(57)【要約】ターゲットを照明する方法および装置。装置は、光源（１０）からの光を受光するように構成された第１のレンズ（３０）、第１のレンズから光を受光しその光を調節された光（５０）に調節するように構成された回析光学素子（４０）、および調節された光を受光し調節された光をターゲット（７０）の選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズ（６０）を含み得る。本発明の特定の実施形態によれば、ターゲットを照明するための装置が提供される。装置は、光源、第１のレンズ、回析光学素子および第２のレンズを含む。第１のレンズは、光源からの光を受光するように構成されている。回析光学素子は、第１のレンズからの光を受光し、その光を調節された光に調節するように構成されている。第２のレンズは、調節された光を受光し、調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成されている。
2005504312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットを照明するための装置であって、
光源と、
該光源からの光を受光するように構成された第１のレンズと、
該第１のレンズから光を受光し、該光を調節された光に調節するように構成された回析ディフューザと、
該調節された光を受光し、該調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズとを含む、装置。
【請求項２】
ターゲットを照明するために装置であって、
レーザー、エレクトロルミネセンス光源、白熱光源、アーク灯および発光ダイオードのうちの少なくとも１つから選択される光源と、
該光源からの光を受光するように構成された第１のレンズと、
該第１のレンズから光を受光し、その光を調節された光に調節するように構成された回析光学素子と、
調節された光を受光し、該調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズとを含む、装置。
【請求項３】
前記光源は、レーザー、エレクトロルミネセンス光源、化学発光光源、電気化学発光光源、白熱光源、蛍光光源、アーク灯および発光ダイオードのうちの少なくとも１つから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光源は、ガスレーザー、固体レーザー、光ファイバーレーザーおよび有機系レーザーから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光源はコヒーレント光源よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光源はコヒーレント光源よりなる、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記光源は少なくとも第１の光源および第２の光源よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第２の光源は第１および第２の光学スペクトルを有する光をそれぞれ放出し、前記第２の光学スペクトルは該第１の光学スペクトルと異なる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１のレンズは前記光源からの光を視準するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２のレンズは、選定区域の大きさに合致するために調節された光を合焦させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２のレンズは、前記調節された光を視準し、調節された光を選定区域の大きさに合致した大きさに縮小するように構成されたレンズ系よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２のレンズは対物レンズよりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記対物レンズは、前記選定区域からの光を集めるようにさらに構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１および第２のレンズは、屈折光学素子、反射光学素子および回析光学素子から独立に選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のレンズおよび第２のレンズのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの円柱レンズから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記回析ディフューザは、透過型ホログラム、反射型ホログラム、平面ホログラム、体積ホログラム、吸収ホログラムおよび位相ホログラムから選択される少なくとも１つの回析光学素子よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記回析ディフューザは、光学的エッチド回析光学素子、エンボスド回析光学素子、成形回析光学素子および化学的エッチド回析光学素子から選択される少なくとも１つの回析光学素子よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記回析ディフューザは、光を調節し、光源および、装置の光学素子との光の相互作用のうちの少なくとも一方に起因する光強度分布および光の形状のうちの少なくとも一方を補償するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記回析ディフューザは、回析光学素子以前に素子の効果を光学的に後補償し、回析光学素子以降の素子の効果を光学的に前補償するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
スペックルを除去するように構成された光学ディフューザをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記光学ディフューザは、前記第１のレンズと前記回析ディフューザとの間に配置されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記光学ディフューザは回転ディフューザである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記調節された光は選定区域の大きさおよび形状に合致するように整形される、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記調節された光は、前記第２のレンズによる調節された光の合焦後に選定ターゲット区域の大きさに合致する、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記調節された光は、非法線入射角での選定区域のほぼ均一な照明のための勾配強度プロフィールを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記装置は、ターゲットの正方形状の選定区域を非法線入射角でほぼ均一に照明するように構成されており、前記回析ディフューザは、台形形状の調節された光の平行短辺に向けて増大する光学強度勾配を有する台形形状の調節された光を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記装置は選定区域をほぼ均一に照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
前記装置は、前記調節された光が選定区域を非法線入射角で照明した時に選定区域をほぼ均一に照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記回析ディフューザは、前記調節された光がターゲットのほぼ均一な照明に適した強度分布を有するように光を調節する、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記装置は、前記選定区域を５０％未満の強度変動で照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
前記装置は、前記選定区域を１０％未満の強度変動で照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記装置は、前記選定区域を５％未満の強度変動で照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３３】
前記装置は、前記選定区域を１％未満の強度変動で照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３４】
前記装置は、前記光源からの光の少なくとも１％割合を前記選定区域に方向づけるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３５】
前記装置は、前記光源からの光の少なくとも１０％割合を前記選定区域に方向づけるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３６】
装置は、光源からの光の少なくとも２５％割合を選定区域に方向づけるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３７】
前記装置は、前記光源からの光の少なくとも５０％割合を前記選定区域に方向づけるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３８】
前記装置は、前記光源からの光の少なくとも７５％割合を前記選定区域に方向づけるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３９】
前記装置は、前記光源からの光の少なくとも９０％割合を前記選定区域に方向づけるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
前記装置は、前記光源からの光の少なくとも１０％割合を前記選定区域に方向づけ、２５％未満の強度変動で該選定区域を照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４１】
前記装置は、選定された被写界深度および選定されたエッジシャープネスを生じるために、前記選定区域に指向される調節された光の開口数を制御するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４２】
前記ターゲットは少なくとも１つの光ファイバー束よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
前記ターゲットは少なくとも１つのマイクロカードよりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４４】
前記ターゲットは少なくとも１つのガラススライドよりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４５】
前記ターゲットは束の光ファイバーの末端に別個のウェルを備える光ファイバー束よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４６】
前記ターゲットは少なくとも１つの光学活性種よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの光学活性種は、量子ドットおよびコロイド粒子から選択される、請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記ターゲットは少なくとも１つの発光種よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４９】
前記ターゲットは少なくとも１つの蛍光種よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５０】
前記ターゲットは化学的認識要素および生化学的認識要素のうちの少なくとも１つよりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５１】
前記選定区域は少なくとも２つの空間的に分離した区域よりなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５２】
前記選定区域は矩形である、請求項１に記載の装置。
【請求項５３】
前記選定区域は約１ｍｍ×１．５ｍｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項５４】
ターゲットを照明するための装置であって、
光源と、
該光源からの光を受光するように構成された第１のレンズと、
該第１のレンズから光を受光し、該光を調節された光に調節するように構成された回析ディフューザと、
該調節された光を受光し、該調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズとを含み、
ターゲットはマイクロウェルよりなる、装置。
【請求項５５】
ターゲットを照明するための装置であって、
光源と、
該光源からの光を受光するように構成された第１のレンズと、
該第１のレンズから光を受光し、該光を調節された光に調節するように構成された回析ディフューザと、
該調節された光を受光し、調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズとを含み、
該ターゲットは化学的に機能化されたビーズよりなる、装置。
【請求項５６】
ターゲットを照明するための装置であって、
光源と、
該光源からの光を受光するように構成された第１のレンズと、
該第１のレンズから光を受光し、該光を調節された光に調節するように構成された回析ディフューザと、
該調節された光を受光し、該調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズとを含み、
該ターゲットはターゲットアレイよりなる、装置。
【請求項５７】
サンプルのアッセイを実行する装置であって、
サンプルを受けるように構成されたターゲットと、
光源と、
該光源からの光を受光するように構成された第１のレンズと、
該第１のレンズから光を受光し、該光を調節された光に調節するように構成された回析ディフューザと、
該調節された光を受光し、該調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズとを含む、装置。
【請求項５８】
前記ターゲットおよびサンプルのうちの少なくとも一方は少なくとも１つの光学活性種よりなる、請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記ターゲットおよびサンプルのうちの少なくとも一方は少なくとも１つの蛍光種よりなる、請求項５７に記載の装置。
【請求項６０】
サンプルのアッセイを実行する装置であって、
サンプルを受けるように構成されたターゲットと、
光源と、
該光源からの光を受光するように構成された第１のレンズと、
該第１のレンズから光を受光し、該光を調節された光に調節し、該調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された回析ディフューザとを含む、装置。
【請求項６１】
前記ターゲットおよびサンプルのうちの少なくとも一方は少なくとも１つの光学活性種よりなる、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記ターゲットおよびサンプルのうちの少なくとも一方は少なくとも１つの蛍光種よりなる、請求項６０に記載の装置。
【請求項６３】
ターゲットの照明を付与する方法であって、光源から光を発生させることと、該光を第１のレンズにより回析ディフューザに方向づけることと、該回析ディフューザにより調節された光を生成することと、該調節された光を第２のレンズによりターゲットの選定区域に合焦させることとを包含する、方法。
【請求項６４】
光学的応答を生じる方法であって、光源から光を発生させることと、該光を第１のレンズにより回析ディフューザに方向づけることと、該回析ディフューザにより調節された光を生成することと、該調節された光を第２のレンズによりターゲットの選定区域に合焦させることとを包含し、該選定区域は少なくとも１つの光学活性種を含む、方法。
【請求項６５】
前記少なくとも１つの光学活性種は少なくとも１つの蛍光種よりなる、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
ターゲットの照明を付与する方法であって、レーザー、白熱光源、蛍光光源、アーク灯および発光ダイオードのうちの少なくとも１つから選択される光源から光を発生させることと、該光を第１のレンズにより回析光学素子に方向づけることと、該回析光学素子により調節された光を生成することと、該調節された光を第２のレンズによりターゲットの選定区域に合焦させることとを包含する、方法。
【請求項６７】
分析方法であって、光源から光を発生させることと、該光を第１のレンズにより回析ディフューザに方向づけることと、該回析ディフューザにより調節された光を生成することと、該調節された光をターゲットの選定区域に送達することであって、該ターゲットは少なくとも１つの光学活性種よりなり、その少なくとも１つの光学活性種の光学的シグネチャーの変化を検出することとを包含する、方法。
【請求項６８】
前記少なくとも１つの光学活性種は少なくとも１つの蛍光種よりなる、請求項６７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（Ｉ．発明の分野）
本発明は、ターゲットを照明するための方法および光学システムに関する。本発明はまた、サンプルのアッセイを実行し、光学的応答およびシグネチャーを生成し測定するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（ＩＩ．発明の背景）
光学変換化学的および／または生化学的アッセイが実行される区域といったターゲットは、光源によって照明される必要があり得る。ターゲットを、ターゲット領域全体にわたり強度の増強された均一性を有する光で照明することが、しばしば望ましい。光学的シグナルは一般に、照明強度の関数であり、照明強度がターゲットにわたりより大きく変化すればするほど、光学的シグナルもまたより大きく変化する。結果として生じる光学的シグナルの分散は、望ましくないかもしれない。
【０００３】
しかし、増強されたかまたは高度な均一性を有する照明を効率的に付与することは、困難となり得る。例えば、ターゲットを照明するために普通に使用されているレーザーは一般に、その中心にピークがありエッジに向けて放射状に漸減する強度プロフィールを有する。この強度プロフィールはしばしば、ガウスまたはベル形プロフィールである。従って、ターゲットが直接そのようなレーザーで照明される場合、ターゲットの照明は一定の強度を持たないであろう。むしろ、ターゲットの中心部は、周辺区域より大きい照明強度を受ける。
【０００４】
従って、ターゲットまたは選定区域を、与えられた光源でターゲットを直接照明する際に比べて増強された均一性で照明するための装置および方法の必要性が存在する。さらに、化学的および／または生化学的アッセイシステムにおけるものといった光学的ターゲットに増強された照明均一性を付与する装置および方法の必要性が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（ＩＩＩ．発明の要旨）
本発明の特定の実施形態によれば、ターゲットを照明するための装置が提供される。装置は、光源、第１のレンズ、回析光学素子および第２のレンズを含む。第１のレンズは、光源からの光を受光するように構成されている。回析光学素子は、第１のレンズからの光を受光し、その光を調節された光に調節するように構成されている。第２のレンズは、調節された光を受光し、調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成されている。
【０００６】
本発明の特定の実施形態によれば、ターゲットを照明するための方法が提供される。この方法は、光源から光を発生させることと、その光を第１のレンズにより回析光学素子に方向づけることと、回析光学素子により調節された光を生成することと、調節された光を第２のレンズによりターゲットの選定区域に合焦させることとを含む。
【０００７】
本発明のまた別の態様によれば、本発明の装置および方法は、その光源が同じ非法線入射角で選定区域を直接照明するために使用された場合に達成されるよりも、大きい程度の均一性を伴い与えられた光源により選定区域の非法線入射角照明を付与する。
【０００８】
本発明の特定の実施形態によれば、本発明の装置および方法は、サンプルの分析に向けられており、ここにおいて、光が光源から発生され、その光は第１のレンズにより回析光学素子に方向づけられ、調節された光が回析光学素子により生成され、調節された光は少なくとも１つの光学活性種を含むターゲットの選定区域に送達され、その少なくとも１つの光学活性種の光学的シグネチャーの変化が検出される。
【０００９】
上述の概略的な説明および以下の詳細な説明は両方とも、例示的かつ解説的なものにすぎず、クレームする本発明を制限するものではないことを理解しなければならない。
【００１０】
（Ｖ．発明の特定の実施形態の説明）
ここで、その実例が添付図面において例示されている、本発明の特定の実施形態について詳細に説明する。可能な限り、図面を通じて同じ参照番号が同一または同様の部分を指示するために使用される。
【００１１】
ここで使用される項目見出しは、編成目的だけのためのものであり、記載された内容を限定するものとして解釈されるべきではない。以下に限らないが、特許、特許出願、記事、書籍および論文を含め、本願において引用される全部の文書は、いずれの目的であれ参考として全体として明白に援用される。
【００１２】
選定領域の照明に関してここで使用される語句「均一な照明」および「均一に照明する」は、その選定領域にわたる光の光学強度の変動をいうものと理解しなければならない。変動が小さくなればなるほど、照明はより均一になる。従って、均一な照明は、相対測定値として質的に特徴づけられ得る。照明の変動はまた、例えば、選定領域にわたる光学強度の相対偏差（「強度変動」）によって量的に特徴づけられることもでき、より小さい強度変動は、照明がより高度の均一性を有することを意味する。
【００１３】
強度の相対偏差は、選定領域内でそれぞれ測定された、強度の標準偏差と強度の平均値との比から求めることができる。相対偏差はまた、スケーリングされた強度変動を特徴づけることもでき、それは、選定領域内でそれぞれ測定された、スケーリングされた強度の標準偏差とスケーリングされた強度の平均値との比から計算される。スケーリング因子は、例えば、選定領域における各点の相対的な深さであるかもしれない。選定領域は、選定されたターゲット、選定された区域、およびいずれかの選定された場所または装置であるかもしれず、単一の連続した区域または複数の空間的に分離された区域であるかもしれない。
【００１４】
特定の実施形態によれば、相対偏差は、選定された区域を複数の下位区域または点に分割し、各下位区域または点における局所光学強度を測定し、複数の局所測定値から平均局所光学強度およびその平均値の標準偏差を求め、標準偏差と平均値との比として相対偏差を求めることによって測定され得る。特定の実施形態によれば、相対偏差はまた、１００と、標準偏差と平均値との比との積を求めることによって、百分率相対偏差として表すことができる。
【００１５】
特定の実施形態によれば、相対偏差は、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）といった二次元多素子光検出器のような光検出器を用いて測定され得る。特定の実施形態において、局所光学強度は、光検出器の複数の素子の一部または全部で測定され得て、相対偏差はそれらから求めることができる。
【００１６】
ここで使用される語句「ほぼ均一な照明」および「ほぼ均一に照明する」は、選定領域の照明の均一性が、光源から初めに放出された場合の光の均一性より大きい（そしてその強度変動はより少ない）ことを意味する。すなわち、与えられた光源について、ほぼ均一な照明を用いた選定領域における照明の均一性は、その与えられた光源による選定領域の直接照明から生じる照明の均一性より大きい。例えば、光源が、ガウス強度分布で光を放出するレーザーである場合、選定領域でのほぼ均一な照明の均一性はガウス分布より大きい。同様に、光源が１／ｒの動径強度分布を有する場合、選定領域でのほぼ均一な照明の均一性は１／ｒ分布より大きい。
【００１７】
「ほぼ均一な照明」および「ほぼ均一に照明する」に関する光強度均一性はまた、選定領域の、深さを含む形状によってスケーリングされ得る。従って、例えば、選定領域が曲線状の深さプロフィールを備える１つ以上のウェルを含む場合、ほぼ均一な照明の均一性は、曲線状プロフィールに合致され、例えば、ウェルが深いところにはより強い照明を、ウェルが浅いところにはそれほど強くない照明を付与することができる。この場合、強度分布が例えば選定領域の可変の深さによってスケーリングされる場合、スケーリングされた強度分布はほぼ均一のはずであり、同様にスケーリングされた場合、光源から初めに放出された場合の光強度の均一性より少なくとも大きいことを意味する。
【００１８】
光に関してここで使用される用語「強度プロフィール」および「光強度分布」は、光の断面積における光学強度の分布をいい、ここで断面は光の伝搬軸に対して垂直である。照明の場合と同様に、強度プロフィールは、例えば、断面積における光学強度の相対偏差（すなわち強度変動）によって測定される、均一性の所与の程度を有し得る。強度プロフィールは、以下に限らないが、形状、全強度、最大強度、最小強度、平均強度および強度変動を含め、任意の数の特性を有し得る。従って、強度プロフィールは、任意の断面形状および断面積における光学強度の任意の分布を有し得る。例えば、強度プロフィールはほぼ均一であるとしてよく、すなわち、光の断面積において本質的にいかなる測定可能な強度変動もないとしてよい。さらに、強度プロフィールは勾配強度プロフィールを有するとしてよく、その場合、断面積における光学強度はある範囲の強度を含み、強度の範囲は、あるレベルの強度から別のレベルの強度へ勾配または段階パターンで変化する。
【００１９】
ここで使用される「照明効率」は、光源によって放出された光に対する選定区域に入射する光学強度をいう。特定の実施形態において、照明効率は、例えば、選定区域に入射する光の強度および光源から放出された光の強度を光検出器で測定し、それらの２つの測定値の比を取ることによって測定され得る。特定の実施形態によれば、照明効率は、１００と、光源から放出された光学強度に対する選定区域に入射する光学強度の比との積を求めることによって、百分率相対照明効率として表され得る。
【００２０】
本明細書中で使用される「開口数」は、レンズ系空間を占める媒質の屈折率と、レンズ系に入る最も傾斜した光線と光軸との間の角度の正弦とを掛けることによって計算される、光学レンズ系の解像力を特定する尺度をいう。本明細書中で使用される「Ｆナンバー」は、レンズの等価焦点距離とその入射瞳の直径との比を示す表現であり、１／（２ＮＡ）に等しく、本明細書中でＮＡは開口数である。本明細書中で使用される「被写界深度」は、適切なデフィニションおよび／または鮮明さを付与しつつ、光が与えられた被写体に合焦され得る距離範囲をいう。
【００２１】
本明細書中で使用される用語「エッジシャープネス」は、照明のために選定された領域のエッジにおける強度の変化をいう。本発明の特定の実施形態によれば、エッジシャープネスは、光源から放出された時の光のエッジシャープネスより大きくなるように随意で選定され得る。例えば、光源がガウス強度分布で光を放出するレーザー源である場合、調節された光のエッジシャープネスは、最初に放出された光より大きくなる（すなわち、選定領域のエッジでより急激に変化する）ように随意に選定され得る。さらに、調節された光は、例えば、概ね正方形にされているエッジシャープネスを有し得る。調節された光は、例えば、選定領域の、深さを含む形状に合致されたエッジシャープネスを有し得る。従って、例えば、選定領域が曲線状の深さプロフィールを有する１つ以上のウェルを含む場合、エッジシャープネスは、ウェルが深いところにはより強い照明を、ウェルが浅いところにはそれほど強くない照明を付与するよう、１つ以上のウェルの曲線状プロフィールと随意に合致され得る。当然、逆の強度分布（すなわち、ウェルが浅いところにより強く、ウェルが深いところにはそれほど強くない）も可能である。
【００２２】
本明細書中で使用される用語「光学活性種」は、平面偏光の振動面を回転させる種（例えば、複屈折種）だけではなく、光と相互作用し、それらの少なくとも一方が光を吸収し（例えば、染料）、光を放出する（例えば、フルオロフォアまたは他の発光種、量子ドット、およびコロイド粒子）種についてもいう。本明細書中で使用される場合、「光」、「光学」およびそれらの同義語は可視放射に限定されないと解釈される。例えば、「光」および「光学」は、以下に限らないが、紫外（ＵＶ）、可視および赤外（ＩＲ）放射を含む。
【００２３】
本明細書中で使用される「発光」およびその同義語は、光を吸収した後に異なる波長で光を放出するプロセスをいう。従って、発光は、蛍光および燐光の両方だけでなく、単光子および多光子プロセスの両方を含む。
【００２４】
本明細書中で使用される「光学的シグネチャー」は、光と光学活性種との特定の相互作用をいう。例えば、光学活性種が光を吸収する場合、種の吸収スペクトルはその光学的シグネチャーの構成要素となる。さらに、光学活性種が光を放出する場合、種の発光スペクトルはその光学的シグネチャーの構成要素となる。当然、光学的シグネチャーは、任意の数の構成要素を有し得る。しかし、光学的シグネチャーの測定値は、光学的シグネチャーの単一の構成要素または下位構成要素の測定値だけを含み得る。
【００２５】
光学活性種の光学的シグネチャーは、変化し得る。例えば、それは、その環境の変化、別の光学的活性種とのその相互作用および／または光励起に対するその応答に応答して変化し得る。光学的シグネチャーの変化は、以下に限らないが、光学活性種または光学活性種を保持する基質との染料標識検体の結合、光学活性種でのまたはその近辺での染料種の産生、既存の染料種の破壊、光学活性種または光学活性種を保持する基質の染料との検体相互作用時の光学的シグナルの変化、または他のいずれかの光学的呼掛け可能事象（すなわち光により測定またはプローブされ得るあらゆること）を含む、多くの異なる機構に起因して生じ得る。光学的シグネチャーの変化は、本明細書中では、「光学的応答」と呼び、それは、光との光学活性種の一部および全部の相互作用（例えば、吸収、発光、複屈折）をさらに含むと解釈される。しかし、光学的応答の測定は、光学的応答の単一の構成要素または下位構成要素、または光学的応答の単一の変化の測定だけを含み得る。
【００２６】
光学活性種は「インジケータ分子」を含み得、それは増幅反応の間または後における増幅産生物の存在を決定するために使用され得るあらゆる分子であると解釈される。当業者は、多くのインジケータ分子が本発明において使用され得ることを理解している。例えば、特定の実施形態によれば、インジケータ分子は、以下に限らないが、フルオロフォア、放射性同位体、クロモゲン、酵素、抗原、重金属、染料、磁気プローブ、燐光基、化学ルミネセンス基および電気化学的検出部分を含む。
【００２７】
「蛍光インジケータ」は、増幅産生物の量を蛍光シグナルによって指示するように設計されたいずれかの分子または分子群である。特定の実施形態において、そのような蛍光インジケータは、例えば、イオン結合、疎水性相互作用または共有結合相互作用によって核酸と結合または相互作用する、「核酸結合分子」である。二本鎖ＤＮＡの副溝との複合体生成、核酸ハイブリダイゼーション、およびインターカレーションは全部、本発明の目的のための核酸結合の非限定的な実例である。特定の実施形態において、そのような蛍光インジケータは、二本鎖核酸と相互作用する分子である。特定の実施形態において、蛍光インジケータは「インターカレーティング蛍光染料」であり得、それはそれらが二本鎖核酸とインターカレーションすると増強された蛍光を呈する分子である。特定の実施形態において、「副溝結合蛍光染料」は二本鎖ＤＮＡの副溝と結合し得る。特定の実施形態において、蛍光染料および他の蛍光分子は、光の特定の波長によって蛍光に励起され、その後、別の波長で蛍光に励起され得る。特定の実施形態によれば、染料は、これらに限らないが、以下を含み得る：アクリジンオレンジ；臭化エチジウム；チアゾールオレンジ；ピコグリーン；クロモマイシンＡ３；ＳＹＢＲ（登録商標）グリーンＩ（米国特許第５，４３６，１３４号参照）；二ヨウ化４−［（３−メチル−２（３Ｈ）−ベンゾキサゾリリデン）メチル］−１−［３−（トリメチルアンモニオ）プロピル］キノリニウム（ＹＯＰＲＯ（登録商標））；および、二ヨウ化４−［（３−メチル−２（３Ｈ）−ベンゾチアゾリルイデン）メチル］−１−［３−（トリメチルアンモニオ）プロピル］キノリニウム（ＴＯＰＲＯ（登録商標））。ＳＹＢＲ（登録商標）グリーンＩ、ＹＯＰＲＯ（登録商標）およびＴＯＰＲＯ（登録商標）は、モレキュラー・プローブズ・インコーポレーテッド（オレゴン州ユージン）から入手可能である。
【００２８】
特定の実施形態によれば、本発明は、ターゲットを照明するよう構成された装置を提供する。装置は、光源、第１のレンズ、回析光学素子および第２のレンズを含む。第１のレンズは、光源から光を受光するように構成されている。回析光学素子は、第１のレンズから光を受光し、その光を調節された光に調節するように構成されている。第２のレンズは、調節された光を受光し、その調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成されている。
【００２９】
特定の実施形態によれば、本発明は、ターゲットを照明するための方法を提供する。この方法は、光源から光を発生させることと、その光を第１のレンズにより回析光学素子へ方向づけることと、回析光学素子により調節された光を生成することと、その調節された光を第２のレンズによりターゲットの選定区域に合焦させることとを含む。
【００３０】
図１は、本発明の特定の実施形態に従った装置を図式的に例示している。光源１０は、光２０を放出し、それは第１のレンズ３０で受光される。光２０は、第１のレンズ３０によって回析光学素子４０に方向づけられる。これらの例示実施形態において、光源１０から放出される光２０は、発散角度αで発散し、中心で最も暗いシェーディングプロフィールによって図示されたように、中心で最も明るい強度プロフィールを有する。これらの例示実施形態において、第１のレンズ３０はまた、図示される通り、光２０を視準するように構成されている。
【００３１】
回析光学素子４０は、光２０を受光し、それを調節された光５０に調節する。この例示実施形態において、調節された光５０は、ほぼ均一なシェーディングプロフィールによって図示されたように、ほぼ均一である強度プロフィールを有する。これらの実施形態において、回析光学素子４０はまた、光２０を楕円形状から矩形の調節された光５０に再整形するように構成されている。第２のレンズ６０は、調節された光５０を受光し、それをターゲット７０の選定区域７５に方向づける。この例示実施形態において、第２のレンズ６０は、図式的に示された通り、選定区域７５に向けて調節された光５０を合焦させるように構成されている。
【００３２】
特定の実施形態において、光源、第１のレンズ、回析光学素子および第２のレンズの形式および特性は、所要の形状、大きさおよび／または均一性がターゲットの照明で達成されるように、一諸に選択され得る。これらの素子の各々に関する付加的な考慮事項もまた以下で検討される。
【００３３】
光源は、機能的に光を放出するあらゆる有効な光源であり得る。特定の実施形態において、光源の特性は、例えば、一定または調整可能な出力波長または波長範囲；一定または調整可能な出力強度；安定、振動またはパルス化出力；視準または非視準出力；一定または可変の発散；および、コヒーレントまたは非コヒーレント出力、から選択される１つ以上の特性を含み得る。
【００３４】
特定の実施形態によれば、光源は、完全にまたは部分的にコヒーレントまたは非コヒーレントであり得、例えば、以下の非限定的な例のうちの少なくとも１つから選択され得る。レーザー、エレクトロルミネセンス光源、化学発光光源、電気化学発光光源、白熱光源、蛍光光源、アーク灯および発光ダイオード。特定の実施形態によれば、光源はまた、連続波（ＣＷ）およびパルスレーザーならびに、ガス、固体、光ファイバおよび有機系レーザーから選択され得る。
【００３５】
特定の実施形態によれば、光源は１つ以上の光源を含み得る。例えば、光源は、第１の光源と第２の光源を含み得る。複数の光源を含む実施形態において、光源はあらゆる有効な光源から独立して選択され得る。さらに、第１および第２の光源といった複数の光源を含む実施形態において、第１の源は、第２の光源から放出される光の第２の光学スペクトルと異なる第１の光学スペクトルを有する光を放出し得る。本明細書中で使用される場合、光学スペクトルは、電磁スペクトルの紫外域、可視域および赤外域のうちの少なくとも１つにおけるいずれの放射波長を有するあらゆるスペクトルを含む。特定の実施形態によれば、異なる光学スペクトルを有する複数の光源を含む複数の光源が、例えば、異なる吸収スペクトルを有する異なる光学活性種を照明するために、および／または、波長に基づく分光分析を実行するために使用され得る。特定の実施形態によれば、異なる光学スペクトルを有する複数の光源を含む複数の光源が、例えば、同時的または順次的態様で使用され得る。
【００３６】
特定の例によれば、光源の選定は、例えば、一定または調整可能な出力波長または波長範囲；一定または調整可能な出力強度；安定、振動またはパルス化出力；視準または非視準出力；一定または可変の発散；および、コヒーレントまたは非コヒーレント出力を含む光源の特性のうちの１つ以上に全面的にせよ部分的にせよ基づき得る。
【００３７】
特定の実施形態によれば、光源の選定はまた、その効率、その有効波長値または範囲、およびその角受光角を含む、回析光学素子の特性の１つ以上に全面的にせよ部分的にせよ基づき得る。特定の実施形態によれば、例えば、光源の発散は、回析光学素子の角受光に合致され得る。特定の実施形態によれば、光源の選定は、それらの吸収および散乱スペクトルといったそれらの光学特性を含む、サンプルおよび／または光学活性種の特性のうちの１つ以上に全面的にせよ部分的にせよ基づき得る。特定の実施形態によれば、光源の選定は、例えば、回析光学素子の角受光との組合せによる第１のレンズの視準および／または発散特性を含む、光学系の組合わされた特性に全面的にせよ部分的にせよ基づき得る。
【００３８】
本発明の特定の実施形態によれば、第１のレンズは、図１に図式的に図示された通り、光源からの光を視準するように構成され得る。しかし、特定の実施形態によれば、第１のレンズは、光源からの光を発散または合焦させるように構成され得る。特定の実施形態によれば、第１のレンズは、レンズ系であり得、それは例えば、光源からの光を視準する、かつ／または回析光学素子の角受光に合致するように光源からの光の発散を調節するように構成され得る。
【００３９】
特定の実施形態によれば、第２のレンズは、図１に図式的に図示された通り、選定区域の大きさにほぼ合致するように調節された光を合焦させるように構成され得る。しかし、特定の実施形態によれば、第２のレンズは、調節された光を視準または発散させるように構成され得る。特定の実施形態によれば、第２のレンズはレンズ系であり得、それは、調節された光を視準し、そして調節された光を選定区域の大きさにほぼ合致した大きさに縮小するように構成され得る。特定の実施形態によれば、第２のレンズはまた、対物レンズを含み得、それはさらに、選定区域からの光を集めるように構成されていてもいなくてもよい。特定の実施形態によれば、例えば、選定区域の非法線軸照明および選定区域からの光（例えば、ルミネセンス放出）の集光のどちらか一方または両方のために、対物レンズが使用され得る。
【００４０】
装置の第１および第２のレンズは、任意の適切な光学素子または素子の組合せから独立して選定され得る。機能的に、レンズは光線を曲げて、それらに例えば収束および発散の少なくとも一方を生じさせる。レンズは、物体または物体の群であり得、反射性、屈折性および回析性のうちの少なくとも１つであり得る。特定の実施形態によれば、第１および第２のレンズは、以下の非限定的な例から独立して選定され得る。屈折光学素子、反射光学素子および回析光学素子。特定の実施形態によれば、第１および／または第２のレンズは、回析光学素子、透過格子といった格子、光学フィルタおよびプリズムといった屈折素子といった、１つ以上の他の光学素子と、表面におけるように一体に組合わせられ得るかまたは、非一体的に組合わせられ得る。特定の実施形態によれば、第１および／または第２のレンズは、サンプルホルダ、流体システム、取付システムおよび／またはターゲットといった、１つ以上の他の非光学素子と、表面におけるように一体に組合わせられるかまたは、非一体的に組合わせられ得る。特定の実施形態によれば、第１および／または第２のレンズは、使い捨てであり得る。例えば、第２のレンズは、例えば射出成形によって作られたサンプルホルダおよび／またはターゲットといった使い捨てサンプルホルダおよび／またはターゲットにおいて一体に形成され得る。
【００４１】
特定の実施形態によれば、第１のレンズおよび第２のレンズは、１つ以上の円柱レンズから選択され得る。特定の実施形態によれば、単数または複数の円柱レンズは、例えば、光の１軸に沿って光の発散を選択的または優先的に調整するために使用され得る。特定の実施形態によれば、少なくとも１つの円柱レンズが、例えば、楕円形に整形された光を放出する光源とともに使用され得る。
【００４２】
特定の実施形態によれば、第１および第２のレンズならびにそれらの特性の選定は、以下の非限定的な基準のうちの１つ以上に依存し得る；その波長および強度といった光源の特性；その回析特性を含む回析光学素子；調節された光の大きさおよび形状（発散を含む）；ターゲットの大きさ、形状、距離および角度；焦点深度；開口数；光学活性種；光源の帯域幅；および、ターゲット距離を含む装置内の光学経路の長さおよび角度。
【００４３】
回折光学素子は、波面を制御するために回折（障害物を通過する際の光の屈曲）を使用する光学素子である。回析光学素子は、以下に限らないが、回折格子、表面レリーフ回析レンズ、ホログラフィック光学素子およびコンピュータ生成ホログラムを含む。回析光学素子は、例えば、ダイヤモンドマシニング、コヒーレントビームの干渉（ホログラフィー）、射出成形、例えば液晶空間光モジュレータを含む固定および調節可能な空間光モジュレータ、および最先端のマイクロリソグラフィー技法のうちの少なくとも１つを用いて形成され得る。
【００４４】
本明細書中で使用される用語「回析ディフューザ」およびその文法的異体は、少なくとも１つの回析光学素子を含むが、少なくとも１つの回析光学素子として回折格子のみからなることはない、光学素子を意味すると解釈される。特定の実施形態において、回析ディフューザは、例えば２次元および３次元といった１次元より大きい次元において光を回析させ得る。
【００４５】
本明細書中で使用される用語「回析光学素子」は、回析ディフューザおよび、回折格子のみからなる回析光学素子の両方を包む。
【００４６】
本発明の特定の実施形態によれば、回析光学素子は、所与の形状および強度分布の光を受光し、その光を所望の形状および／または強度分布を生じるために再分布させるように構成されている。特定の実施形態において、光の再分布は、光学的回折にのみ基づくことができる。特定の実施形態において、光の再分布は、光学的反射および／または屈折といった他の光学的プロセスとの組合せで光学的回折に基づくことができる。光学的屈折は、波が１つの媒質から異なる密度または屈折率の他の媒質に通過する場合の伝搬の方向の変化である。
【００４７】
本発明の特定の実施形態によれば、回析光学素子は、第１のレンズから受光した光を調節するように構成されている。特定の実施形態によれば、機能的に、回析光学素子は、所与の形状および強度分布の光を受光し、その光を所望の形状および／または強度分布を生じるために再分布させるように構成されている。再分布は、回折光学素子による光の回折から生じる。本明細書中で使用される「調節された光」の意味は、第１の断面形状および／または強度分布から、第２の断面形状および／または強度分布に再分布された光である。
【００４８】
特定の実施形態によれば、再分布は、波長依存再分布を含み得る。特定の実施形態において、例えば、その断面における第１の点での調節された光の相対波長分布は、（１）その断面における第２の点での相対波長分布および、（２）回析光学素子によって受光された光の平均波長分布、のうちの少なくとも一方と異なり得る。
【００４９】
特定の実施形態によれば、再分布は、いかなる波長依存再分布も含まなくてよい（または、最小限の波長依存再分布を含み得る）。特定の実施形態において、例えば、その断面における第１の点での調節された光の相対波長分布は、（１）その断面における第２の点での相対波長分布および、（２）回析光学素子によって受光された光の平均波長分布、のうちの少なくとも一方と異ならない（またはターゲットを照明する目的で著しく異なることはない）。
【００５０】
特定の実施形態によれば、回析光学素子は、回折平面において所望の強度分布を付与することができる。特定の実施形態によれば、これらの素子は、幾何光学法および反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ）を含む、多くの方法を用いて設計され得る。ＩＦＴＡは、入射ビームのいずれかの強度断面に基づき回折平面においていずれかの所望の強度分布を生じる回析光学素子を設計するために使用され得る。例えば、Ｍ．ヨハンソン（Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ）他，「Ｒｏｂｕｓｔ  ｄｅｓｉｇｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈｌｙ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｂｅａｍ−ｓｈａｐｉｎｇ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｉｔｅｒａｔｉｖｅ−Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｗｉｔｈ  ｓｏｆｔ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃｓ，４７（８），１３８５−１３９８（２０００）（すべての目的のために、その全体が、本明細書中で参考として援用される）を参照されたい。特定の実施形態によれば、光学素子および、例えば回析光学素子を含むそれらの組合せは、例えばＦｏｃｕｓ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃ．製のＺＥＭＡＸ（登録商標）といったソフトウェアパッケージを用いて設計され得る。
【００５１】
回析光学素子は、例えばホログラムおよびホログラフィック光学素子を含み得る。特定の実施形態によれば、適切な回析光学素子は、例えば、振幅（例えば、吸収）および位相ホログラム；光学的エッチド回析光学素子；エンボスド回析光学素子；成形回析光学素子；化学的エッチド回析光学素子；薄いまたは表面（２次元）ホログラフィック光学素子および体積（３次元）ホログラフィック光学素子；反射型および透過型ホログラム；多重ホログラム；例えばラスタスキャンを生成するためにスピンする際に種々の角度で光を回析する一連のホログラフィック光学素子からなる例えば回転ディスクといった回転ホログラム；フレネルホログラム；および、それらの組合せ、から選択されるものを含む。
【００５２】
特定の実施形態によれば、回析光学素子は、受光した光を調節し、光源および、装置の光学素子との光の相互作用のうちの少なくとも一方に起因する光強度分布および光の形状のうちの少なくとも一方を補償するように構成されている。非限定的な例として、回析光学素子は、レーザーからの光のガウス強度プロフィールを、より均一な強度プロフィールといった別の強度プロフィールに再分布するように構成され得る。別の非限定的な例として、回析光学素子は、光源からの光の円形プロフィールを、矩形プロフィールといった別の形状に再分布するように構成され得る。さらに別の非限定的な例として、回析光学素子は、装置の光学素子との光の相互作用に起因する収差のような、球面収差および色収差といった収差を補償するように構成され得る。
【００５３】
特定の実施形態によれば、回析光学素子は、所与の均一性の程度を有する受光した光を、出力光がターゲットの選定区域においてより高い均一性の程度を有するように調節する。特定の実施形態によれば、増強された均一性は、強度分布に関して測定され得る。すなわち、出力光は、（受光された光が回析光学素子で調節されることなく選定区域に透過され測定された場合に）受光された光より均一な強度分布（選定区域で測定される場合）を有し得る。
【００５４】
特定の実施形態によれば、回析光学素子は、光の断面プロフィールを再整形することによって受光した光を調節し得る。例えば、回析光学素子は、受光した光をほぼ円形断面または楕円形断面から再整形してほぼ矩形断面を有する調節された光を形成することができる。当然、回析光学素子は、円形以外の形状を有する受光された光を調節し、矩形以外の形状を有する調節された光を生成するように構成され得る。
【００５５】
例えば、図１に図示された通り、楕円形断面および（暗い中央の斜線で示すように）中心にピークがある強度分布を有する光２０は、回析光学素子４０によって調節されて、矩形断面および（均一な斜線で示すように）一定の強度分布を有する調節された光５０に調節される。当然、上述の通り、特定の実施形態によれば、光は一定の強度分布を有する調節された光に調節される必要はない。
【００５６】
結果として得られる強度再分布され、かつ／または再整形された光は、標的の選定区域の照明に直ちに適することもあれば適さないこともある。例えば、特定の実施形態において、回析光学素子は、回析光学素子以前に素子の効果を光学的に後補償するだけでなく、回析光学素子以降の素子の効果を光学的に前補償するように構成され得る。従って、特定の実施形態によれば、調節された光は、それが第２のレンズおよび／または他の以降の素子と相互作用した後、選定区域の照明に最も適する。さらに、特定の実施形態によれば、調節された光は、選定区域のその照明の前に、大きさ、形状および、それらから生じる強度分布のあらゆる変化を含め、その伝搬を可能にするように設計され得る。
【００５７】
特定の実施形態によれば、回析光学素子は、受光した光より均一でないが、以降の光学素子との相互作用および／またはさらなる伝搬の後、それがサンプルを照明する時に、より均一である、調節された光を生成するように構成され得る。特定の実施形態によれば、回析光学素子は、標的の選定区域に（例えば、大きさおよび／または形状に関して）合致していないが、以降の光学素子との相互作用および／またはさらなる伝搬の後、選定区域に（例えば、大きさおよび／または形状に関して）合致している断面を有する、調節された光を生成するように構成され得る。
【００５８】
装置の特定の実施形態は、調節された光が第２のレンズと相互作用することなく選定区域をほぼ均一に照明するように構成され得る。特定の実施形態によれば、そのような装置は、ビーム径に比べて大きい距離で選定区域を照明するために有利となり得る。特定の実施形態によれば、そのような装置は、ビーム径より少なくとも１．５倍大きい距離で選定区域を照明するために有利となり得る。特定の実施形態によれば、そのような装置は、ビーム径より少なくとも２倍大きい距離で選定区域を照明するために有利となり得る。特定の実施形態によれば、そのような装置は、ビーム径より少なくとも１０倍大きい距離で選定区域を照明するために有利となり得る。特定の実施形態によれば、そのような装置は、複数の空間的に分離した選定区域を含む標的を照明するために有利となり得る。
【００５９】
適切な回析光学素子は、ウォルダーンら（Ｗａｌｄｅｒｎ  ｅｔ  ａｌ．）に対する米国特許第６，１７５，４３１号（いずれの目的であれその全体が本明細書中で参考として援用される）に開示されたものといった、再構成可能ホログラフィック光学系を含むが、それらに限定されない。本発明の特定の実施形態に従った回析光学素子は、特定の用途のために設計および選定され得、以下に限らないが、カンダら（Ｋａｎｄａ  ｅｔ  ａｌ．）に対する米国特許第６，１６３，３９０号（いずれの目的であれその全体が本明細書中で参考として援用される）に開示されたものを含む方法に従って調製され得る。本発明において使用される回析光学素子はまた両方とも、ハートら（Ｈａｒｔ  ｅｔ  ａｌ．）に対する米国特許第６，１５１，１４３号およびハットリら（Ｈａｔｔｏｒｉ  ｅｔ  ａｌ．）に対する米国特許第６，１１１，６７０号（いずれの目的であれその全体が本明細書中で参考として援用される）に開示された方法によって製造され得る。
【００６０】
特定の実施形態によれば、光はほとんどあらゆる形状に整形され得る。特定の実施形態によれば、調節された光は、選定区域の大きさおよび形状に合致するように整形され得る。そのような実施形態は、代表的に、光が選定区域より大きい区域を照明することによって浪費されないので、選定区域の効率的な照明を付与する。特定の実施形態によれば、調節された光は、例えば、調節された光の第２のレンズによる合焦後といった、標的に向けた発散または収束後に選定された標的区域の大きさにそれが合致するように、整形され得る。
【００６１】
各種実施形態によれば、選定区域は、ほとんどあらゆる入射角で照明され得る。従って、特定の実施形態によれば、選定区域は、法線入射で（すなわち、選定区域の表面の平面に対してほぼ９０°で）照明され得る。特定の実施形態によれば、選定区域が、非法線（「傾斜した」または「オフアクシスの」）入射角で照明され得る。特定の実施形態によれば、非平坦な表面を備える選定区域といった選定区域が、法線入射角および非法線入射角を含む一定の範囲の角度で照明され得る。さらに、特定の実施形態によれば、調節された光は、非法線入射角で選定区域の照明を補償するように設計され得る。
【００６２】
特定の実施形態において、傾斜した標的といった標的のほぼ均一な照明を達成するために、回析光学素子は、強度勾配を有する調節された光を付与するように構成される。例えば、特定の実施形態によれば、図２において斜線で図示された通り、調節された光が非法線入射角で標的に向けて収束している時、調節された光５０の強度プロフィールは、角度βだけ法線から傾斜した角度で照明される標的７０の選定区域７５にわたりほぼ均一な照明強度を付与するために、（より大きい光強度を示すより暗い斜線によって図示されたように）一方の縁端に向けて大きくなっている。特定の実施形態において、強度勾配は傾斜角度に比例し得、勾配のついた強度は選定区域から最も遠く離れた縁端に向けて増大する。
【００６３】
特定の実施形態によれば、装置は、法線入射角または非法線入射角で所与の形状の選定区域を照明するように構成され得る。例えば、特定の実施形態において、非法線照明が存在し得る。特定の実施形態において、選定区域が例えば方形形状である場合、調節された光は、非法線入射角で選定区域に入射した時に、光が方形形状の区域を照明するように整形される。しかし、非法線入射角に起因して、調節された光は、必ずしも方形形状のプロフィールを有するとは限らない。
【００６４】
特定の実施形態によれば、与えられた断面プロフィールの光による選定区域の非法線角度照明は、非法線角度で表面に投じられた物体の形状が歪んだ影との類似性を有する。例えば、図３Ａに図示されたように、正方形の物体１１０が、非法線角度で、歪んだ台形である影１１５を投じ得る。また、台形の物体１２０が、非法線角度で、平行四辺形である影１２５を投じることもある。従って、特定の形状の影が望まれる場合（例えば平行四辺形）、物体の形状は、特定の角度で投じられた時にこの影を生じるように選定または設計され得る。
【００６５】
同様に、特定の実施形態において、本発明は、標的の矩形形状の選定区域を非法線入射角で照明することができる。特定の実施形態によれば、回析光学素子は、台形形状の調節された光の平行短辺に向けて増大する光学強度勾配を有する台形形状の調節された光を生成するように構成され得る。例えば、図３Ｂに図示された通り、台形形状および台形形状の調節された光１３０の強度勾配（例示のために、相対的により強い黒から相対的にそれほど強くない白までの色の範囲によって指示されたように段階的な強度の形態での勾配として図示される）は、選定区域が非法線入射角で照明された時に、より均一な照明を付与する。さらに、図示されたような実施形態において、非法線入射角に起因して、台形に整形された調節された光１３０の使用は、矩形形状の区域１３５の照明をもたらす。
【００６６】
種々の実施形態によれば、照明は、一定範囲の強度変動を備え得る。例えば、実施形態は、１０％以下の強度変動を含み、５％以下の強度変動を含み、１％以下の強度変動を含み、そして５０％ないし１％未満のいずれかの値の強度変動を含む、５０％以下の強度変動により、選定区域を照明するように構成され得る。特定の実施形態によれば、適切な強度変動の選定は、以下の非限定的要因のいずれか１つ以上を考慮し得る。光源の強度変動、標的照明の要件、および使用される回析光学素子の形式とともに、大きさ、コスト、ならびに装置および／または方法の許容限界といった他の要因。特定の実施形態によれば、強度変動は、スケーリングされた強度変動とすることができる。
【００６７】
特定の実施形態によれば、選定区域の照明のための一定範囲の照明効率が付与され得る。例えば、実施形態は、光の少なくとも１０％割合を含み、光の少なくとも２５％割合を含み、光の少なくとも５０％割合を含み、光の少なくとも７５％割合を含み、光の少なくとも９０％割合を含み、光の少なくとも９９％を含み、そして１％ないし１００％のいずれかのパーセントを含む、光源からの光の少なくとも１％割合を選定区域に方向づけるように構成され得る。特定の実施形態によれば、適切な照明効率の選定は、以下の非限定的要因のいずれか１つ以上を考慮し得る。光源およびその強度を含む装置における光学素子の数および型、ならびにサンプル照明のための強度要件。特定の実施形態において、例えば、相対的に高い効率がバッテリー電源動作にとって望ましくあり得る場合、システムの電源の型を要因の１つに入れることもある。
【００６８】
特定の実施形態において、本発明は、光源からの光の少なくとも１０％割合を選定区域に方向づけ、２５％未満の強度変動で選定区域を照明するように構成され得る。特定の実施形態において、本発明は、光源からの光の１０％ないし１００％割合のいずれかのパーセントを選定区域に方向づけ、２５％未満のいずれかのパーセントの強度変動で選定区域を照明するように構成され得る。
【００６９】
本発明の特定の実施形態において、装置は、選定区域に方向づけられる調節された光の開口数を制御するように構成され得る。特定の実施形態において、そのような設計は、選定された場の深度および選定されたエッジシャープネス（ｅｄｇｅ  ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）を生じるために使用され得る。
【００７０】
種々の実施形態によれば、ほとんどあらゆる標的または選定区域が照明され得る。例えば、特定の実施形態によれば、標的は、束の光ファイバーの末端に別個のウェルを備える光ファイバー束を含み、そしてウォルトら（Ｗａｌｔ  ｅｔ  ａｌ．）に対する米国特許第６，０２３，５４０号（いずれの目的であれその全体が本明細書中で参考として援用される）に開示されたものといった光ファイバー束を含む、少なくとも１つの光ファイバー束を含み得る。特定の実施形態によれば、標的は、例えば、アプライド・バイオシステムズによりＴＡＱＭＡＮ（登録商標）サイトカイン・ジーン・エクスプレッション・カードの商品名で販売されているものを含む、少なくとも１つのマイクロカードを含み得る。特定の実施形態によれば、標的は、米国特許第６，１２６，８９９号、国際特許出願第９７／３６６８１号および米国特許第６，２７２，９３９号（それらの開示は、いずれの目的であれその全体が本明細書中で参考として援用される）に開示されたものといった、基質、フルイディクスネットワークおよびデバイスのうちの少なくとも１つを含み得る。特定の実施形態によれば、標的は、ガラススライド、標的アレイおよびマイクロウェルのうちの少なくとも１つを含み得る。
【００７１】
特定の実施形態によれば、標的は、量子ドットおよびコロイド粒子から選択される少なくとも１つの光学活性種を含む、少なくとも１つの光学活性種を含み得る。特定の実施形態によれば、標的は、アッセイにおける基線および／または結果を測定するために光学活性種の量および／または型および／または光学的シグネチャーの変化の測定を行うことができるように、少なくとも１つの光学活性種を含むように構成することができる。
【００７２】
特定の実施形態によれば、標的はまた、少なくとも１つの蛍光種を含む、少なくとも１つの発光種を含み得る。発光種は、それらが吸収するものとは異なる波長の光を放出し、それは代表的には、励起光と放出光との容易な分離を付与する。
【００７３】
特定の実施形態によれば、標的は、少なくとも１つの認識要素を含み得る。機能的に、認識要素は、１つ以上の抗原といった１つ以上の物体を識別する能力を付与し、かつ／または有する。識別は、非限定的な例として、物理的相互作用、電気的相互作用、化学的相互作用および生物学的相互作用、ならびにそれらの組合せを含む、あらゆる相互作用に起因し得る。特定の実施形態において、その少なくとも１つの認識要素は、化学的認識要素および生化学的認識要素から選択され得る。例えば、標的は、ウォルトらの機能化された光学的にコード化されたマイクロスフィアといった認識要素を含み得る。
【００７４】
特定の実施形態によれば、標的の選定区域は、あらゆる形状を有することができ、単一の連続的区域であってもそうでなくてもよい。例えば、選定区域は、約１ｍｍ×１．５ｍｍを含む矩形であり得る。
【００７５】
特定の実施形態によれば、選定区域は、少なくとも２つ以上の空間的に分離した区域を含み得る。例えば、選定区域は、ある距離によって分離された少なくとも２つのウェルであり得、本発明の特定の実施形態において、空間的に分離したウェルは照明されるが、ウェル間の区域は照明されない。特定の実施形態において、選定区域は、９６、１２８、３８４および１５３６のウェルを有するマイクロタイタープレートから選択されるマイクロタイタープレートのウェルを含み得る。特定の実施形態において、例えば、選定区域は、ＴＡＱＭＡＮ（登録商標）サイトカイン・ジーン・エクスプレッション・カード、ＭＩＣＲＯＡＭＰ（登録商標）３８４−ウェル・リアクション・プレートおよびＭＩＣＲＯＡＭＰ（登録商標）９６−ウェル・チューブ／トレイ／リテーナ・アセンブリの商品名でアプライド・バイオシステムズにより販売されているものといった、複数のウェルプレートを含み得る。特定の実施形態によれば、空間的に分離した区域は、同時に、順次に、そして／またはそれらのいずれかの組合せで照明され得る。特定の実施形態において、空間的に分離した区域の列は、順次に照明され得る。
【００７６】
特定の実施形態によれば、マイクロウェルを有するターゲットを照明し得る装置が提供される。特定の実施形態において、装置は、マイクロウェルを備えるターゲット、光源、光源からの光を受光するように構成された第１のレンズ、第１のレンズから光を受光しその光を調節された光に調節するように構成された回析光学素子、および調節された光を受光し調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズを備える。特定の実施形態において、マイクロウェルは小さなアッセイウェルである。特定の実施形態において、マイクロウェルは、９６、１２８、３８４、１５３６のウェルマイクロタイタープレートから選択される。特定の実施形態において、マイクロウェルは、米国特許第６，０２３，５４０号；Ｊ．Ａ．ファーガソン他（Ｆｅｒｇｕｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．），アナリティカル・ケミストリー，７２，５６１８（２０００）；Ｆ．Ｊ．スチーマーズ他（Ｓｔｅｅｍｅｒｓ），ネイチャー・バイオテクノロジー，１８，９１−９４（２０００）；および、Ｄ．Ｒ．ウォルト，サイエンス，２８７，４５１−４５２（２０００）（これらの開示は、全て目的のために本明細書中に参考としてその全体が援用される）に記載されたものから選択される。
【００７７】
特定の実施形態によれば、化学的に機能化されたビーズを有するターゲットを照明し得る装置が提供される。特定の実施形態において、装置は、化学的に機能化されたビーズを含むターゲット、光源、光源からの光を受光するように構成された第１のレンズ、第１のレンズから光を受光しその光を調節された光に調節するように構成された回析光学素子、および調節された光を受光し調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズを備える。化学的に機能化されたビーズは一般に、少なくとも１つの種との選択的または準選択的な化学相互作用の能力がある１つ以上の官能基を保持する、マイクロスフィアといったビーズをいう。１つ以上の官能基の機能性の非限定的な例としては、酵素の機能性といった触媒機能性；抗体のそれといった結合またはレセプター機能性；酸化還元反応性といった反応機能性；および、検体の存在下で、ビーズ、ビーズと関係する種およびサンプル中の種のうちの少なくとも１つの光学的シグネチャーを変える機能性が挙げられる。
【００７８】
特定の実施形態によれば、少なくとも１つの自己消光蛍光プローブを有するターゲットを照明し得る装置が提供される。特定の実施形態において、例えば、ターゲットは、蛍光性レポーター分子およびレポーター分子の蛍光を消光することができるクエンチャー分子を含むオリゴヌクレオチドプローブを有し得る。特定の実施形態において、オリゴヌクレオチドプローブは、クエンチャー分子がレポーター分子の蛍光を消光するためにレポーター分子に十分に近い所でアンハイブリダイズされる場合、プローブが少なくとも１つの一本鎖コンホメーションに存在するように構成され得る。特定の実施形態において、オリゴヌクレオチドプローブは、クエンチャー分子がレポーター分子の蛍光を消光するためにレポーター分子に十分に近くに位置していない場合に、ターゲットポリヌクレオチドにハイブリダイズされる場合、少なくとも１つのコンホメーションに存在することができる。これらのハイブリダイズおよびアンハイブリダイズされたコンホメーションを採用することによって、レポーター分子およびプローブのクエンチャー分子は、プローブがハイブリダイズおよびアンハイブリダイズされた場合に、例えば、異なる蛍光シグナル強度を呈示することができる。その結果、特定の実施形態において、プローブが、レポーター分子、クエンチャー分子またはそれらの組合せの蛍光強度の変化に基づいて、ハイブリダイズまたはアンハイブリダイズされるかを決定することが可能となり得る。さらに、特定の実施形態において、プローブがハイブリダイズされない場合、クエンチャー分子がレポーター分子を消光するようにプローブが設計され得るので、このプローブは、プローブがハイブリダイズまたは消化されるかのどちらかまで、レポーター分子が限定された蛍光を呈するように設計され得る。例えば、米国特許第５，７２３，５９１号、同第５，８０１，１５５号および同第６，０８４，１０２号（これらの開示は、本明細書中に参考として援用される）を参照されたい。
【００７９】
特定の実施形態によれば、プローブは、短いオリゴヌクレオチドによって蛍光消光分子に付着された蛍光性分子を含む。特定の実施形態において、蛍光性分子を備えるプローブは、ターゲット分子と結合するが、それらがＰＣＲまたは他のいずれかの鎖置換プロトコルの間に新しく重合された鎖で置換される場合、ＤＮＡポリメラーゼの５’ヌクレアーゼ活性によって破壊される。オリゴヌクレオチド部分が破壊される場合、蛍光性分子は消光分子によってもはや消光されず、蛍光シグナルを発する。そのようなシステムの例が、参照によってここに採り入れられる、米国特許第５，５３８，８４８号（参考として本明細書中に援用される）に記載されており、また、（アプライド・バイオシステムズから入手可能な）ＴａｑＭａｎＴＭアッセイシステムの一部であるＴａｑＭａｎＴＭ分子によって例証される。
【００８０】
特定の実施形態によれば、プローブは、「分子ビーコン」であり得、それは、オリゴヌクレオチドによって蛍光消失分子に付着された蛍光性分子を含む。二本鎖核酸としてポリヌクレオチドに結合される場合、消失分子は蛍光性分子から離間され、蛍光インジケータは蛍光シグナルを付与し得る。分子ビーコンが一本鎖である場合、オリゴヌクレオチド部分は柔軟に屈曲でき、蛍光消失分子は蛍光性分子を消光することができ、蛍光シグナルの量を低減する。そのようなシステムは、米国特許第５，７２３，５９１号（参考として本明細書中に援用される）に記載されている。
【００８１】
特定の実施形態によれば、ハイブリダイゼーションおよび電気泳動のうちの少なくとも一方のために構成されたターゲットを照明できる装置が提供される。ハイブリダイゼーションは、二本鎖分子を作るための相補的な核酸鎖の対合である。例示的なハイブリダイゼーションは、サムブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ  ｅｔ  ａｌ．）他編，「分子クローニング：実験室マニュアル」，第２版，第５章，コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス（１９８９）；グロスマン（Ｇｒｏｓｓｍａｎ）およびコールバーン（Ｃｏｌｂｕｒｎ），「キャピラリー電気泳動の理論と実践」，第１章，アカデミック・プレス（１９９２）；アニュアル・レビュー・オブ・バイオメディカル・エンジニアリング，３：１９５−２２３（２００１）；プロシーディングズ・オブ・ＩＥＥＥ，８８（１２）１９４９−１９７１（２０００）；および、アニュアル・レビュー・オブ・ジェノミクス・アンド・ヒューマン・ジェネティクス，１：３２９−６０（２０００）；アルフィー（Ａｌｐｈｅｙ），「ＤＮＡシーケンシング」，第７章，ＢＩＯＳサイエンティフィック・パブリッシャーズ・リミテッド（１９９７）（これらの開示は、その全体において、全て目的のために参考として本明細書中に援用される）、に記載されている。電気泳動は、溶液中に懸濁している電気的に帯電した粒子が、印加された電界の影響を受けて溶液内を移動するプロセスである。例示的な電気泳動は、グロスマンおよびコールバーン，「キャピラリー電気泳動の理論と実践」，第１章，アカデミック・プレス（１９９２）；アニュアル・レビュー・オブ・バイオメディカル・エンジニアリング，３：１９５−２２３（２００１）；ケミカル・レビュー，９９，３０８１−３１３１（１９９９）；プロシーディングズ・オブ・ＩＥＥＥ，８８（１２）１９４９−１９７１（２０００）；ジャーナル・オブ・バイオケミカル・アンド・バイオフィジカル・メソッズ，４１，１０３−１１９（１９９９）；ノヴォトニー（Ｎｏｖｏｔｎｙ），「キャピラリー電気泳動」，バイオテクノロジー，７：２９−３４（１９９６）；および、米国特許第５，７４１，４１１号、第６，２３６，９４５号、第５，７９０，７２７号および第４，８３３，８２７号（これらの開示は、その全体において、全て目的のために参考として本明細書中に援用される）に記載されている。
【００８２】
特定の実施形態によれば、ターゲットアレイを有するターゲットを照明できる装置が提供される。特定の実施形態において、装置は、ターゲットアレイを含むターゲット、光源、光源からの光を受光するように構成された第１のレンズ、第１のレンズからの光を受光しその光を調節された光に調節するように構成された回析光学素子および、調節された光を受光し調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズを備える。ターゲットアレイは、１つより多い部分ターゲットを含むターゲットであると解釈される。ターゲットアレイの非限定的な例としては、ウォルトら（Ｗａｌｔ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第６，０２３，５４０号；Ｊ．Ａ．ファーガソン他（Ｆｅｒｇｕｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．），アナリティカル・ケミストリー，７２，５６１８（２０００）；Ｆ．Ｊ．スチーマーズ他（Ｓｔｅｅｍｅｒｓ），ネイチャー・バイオテクノロジー，１８，９１−９４（２０００）；および、Ｄ．Ｒ．ウォルト，サイエンス，２８７，４５１−４５２（２０００）（これらの開示は、その全体において、全て目的のために参考として本明細書中に援用される）に開示された複数のファイバーウェルが挙げられる。
【００８３】
特定の実施形態によれば、サンプルのアッセイを実行するために構成されている装置が提供される。特定の実施形態において、装置は、サンプルを受けるように構成されたターゲット、光源、光源からの光を受光するように構成された第１のレンズ、第１のレンズからの光を受光しその光を調節された光に調節するように構成された回析光学素子および、調節された光を受光し調節された光をターゲットの選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズを備える。種々の実施形態によれば、サンプルは、固体、液体、気体およびそれらの混合物といった、あらゆる形態であり得る。そのようなサンプルの非限定的な例としては、血液および血液に由来するサンプル、タンパク質のサンプル、核酸のサンプル、空気サンプルならびに／あるいは、抗体および／または抗原を含む溶液が挙げられる。特定の実施形態によれば、ターゲットおよびサンプルのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの光学活性種を含む。特定の実施形態によれば、ターゲットおよびサンプルのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの蛍光種を含む。
【００８４】
特定の実施形態によれば、サンプルは、「生物学的サンプル」を含み得、それは広義に使用され、核酸を含有する多様な生物学的源泉を含むように意図される。そのような源泉は、限定を伴わず、生検物質および吸引物を含む全体組織；一次および二次細胞、形質転換細胞系、ならびに組織および細胞外植体を含むインビトロ培養細胞；全血、赤血球、白血球およびリンパ；尿、痰、精液、分泌物、眼洗浄液および吸引物、肺洗浄液および吸引物といった体液を含む。特定の実施形態によれば、葉、根、茎および笠（ｃａｐ）といった菌類および／または植物組織を含むサンプルもまた、本発明の範囲内である。特定の実施形態によれば、生物学的サンプル上または内に存在し得る微生物および／またはウイルスを含むサンプルは、本発明の範囲内である。
【００８５】
特定の実施形態によれば、サンプルのアッセイを実行するために構成されている装置が提供される。特定の実施形態によれば、図４に図示された通り、装置は、サンプルを受けるように構成されたターゲット７０を備える。特定の実施形態によれば、ターゲットはサンプルホルダおよび／またはサンプルを含み得る。装置はさらに、光源１０、光源１０からの光２０を受光するように構成された第１のレンズ３０、および回析光学素子４０を備える。回析光学素子４０は、第１のレンズ１０からの光２０を受光し、光２０を調節された光５０に調節し、調節された光をターゲット７０の選定区域７５に方向づけるように構成される。調節された光５０の勾配のついたシェーディングによって例示されるように、調節された光は、非法線入射角βで照明された場合（強度勾配をまったく有していない光に比べて）より均一な照明強度を選定区域７５に付与するために強度勾配を有し得る。特定の実施形態において、調節された光５０は、非法線入射角での選定区域の照明後、選定区域に合致する形状により整形され得る。種々の実施形態によれば、調節された光を選定区域に方向づけるように構成された第２のレンズは、随意選択である。
【００８６】
特定の実施形態によれば、図４に図示された通り、選定区域７５は、サンプルを受けるように構成されたウェルといった、ウェルであり得る。特定の実施形態によれば、ターゲットおよびサンプルのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの光学活性種９０を含む。特定の実施形態によれば、光学活性種９０は、少なくとも１つの蛍光種を含む。
【００８７】
特定の実施形態において、装置は、コヒーレント光の干渉に起因するスペックルといったスペックルを除去するように構成された光学ディフューザを必要に応じて含み得る。特定の実施形態によれば、図４に図示された通り、光学ディフューザ８０は、第１のレンズ３０と回析光学素子４０との間に配置され得る。しかし、光学ディフューザは、装置の内部のどこにでも配置することができる。特定の実施形態によれば、光学ディフューザは、スペックルを除去するために有用なあらゆる適格な光学素子であり得る。特定の実施形態において、光学ディフューザは、回転光学ディフューザおよび、例えば、ランダムな非周期的構造を備える表面レリーフホログラムを含むＬＳＤといったライトシェーピング光学ディフューザ（ＬＳＤ）のうちの少なくとも一方を含み得る。特定の実施形態において、カタログ番号ＬＳＤ−ＫＩＴ−ＣＮ−ｘ−ｙを有するものを含む、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製の光学ディフューザを使用することができ、ここでｘは０．５、１、５および１０°から選択されるディフューザ角度、ｙは２５および５０ｍｍから選択される直径である。
【００８８】
特定の実施形態によれば、本発明は、ターゲットの照明を付与するための方法を提供する。特定の実施形態によれば、方法は、光源から光を発生させること、その光を第１のレンズにより回析光学素子に方向づけること、回析光学素子により調節された光を生成すること、および調節された光を第２のレンズによりターゲットの選定区域に合焦させることを含有する。
【００８９】
特定の実施形態によれば、本発明は、光学的応答を生じるための方法を提供する。特定の実施形態によれば、方法は、光源から光を発生させること、その光を第１のレンズにより回析光学素子に方向づけること、回析光学素子により調節された光を生成すること、および調節された光を第２のレンズによりターゲットの選定区域に合焦させるを包含し、ここでこの選定区域は少なくとも１つの光学活性種を含む。特定の実施形態によれば、その少なくとも１つの光学活性種は、少なくとも１つの蛍光種を含む。
【００９０】
特定の実施形態によれば、本発明は、分析方法を提供する。方法は、光源から光を発生させること、その光を第１のレンズにより回析光学素子に方向づけること、回析光学素子により調節された光を生成すること、調節された光を、少なくとも１つの光学活性種を含むターゲットの選定区域に送達すること、およびその少なくとも１つの光学活性種の光学的シグネチャーの変化を検出することを包含する。特定の実施形態によれば、その少なくとも１つの光学活性種は、必要に応じて少なくとも１つの蛍光種であり得る。
【００９１】
説明および事例は例示的なものとしてのみみなすべきであり、本発明の真の特許請求の範囲および精神は以下の特許請求の範囲によって指示されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
本明細書に採り入れられその一部を構成する添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を例示している。
【図１】図１は、本発明の装置の１実施形態の略図である。
【図２】図２は、非法線入射角での選定区域の照明の略図であり、ここで、調節された光は非法線入射角で選定区域のほぼ均一な照明を付与するために勾配強度プロフィールを有する。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、選定区域の非法線角度照明の歪曲効果および、所与の形状の選定区域をより均一に照明するためにこの効果を補償するために調節された光の使用を例示している。
【図４】図４は、第１のレンズと回析光学素子との間にスペックルを除去するための光学ディフューザが配置されている、本発明に従った実施形態の略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2005504312.tif 000052