(57)【要約】本発明は、制御された光源を含む幾つかの光援助解析技術の利点を利用する、実用的な低コストの方法と装置に関する。この方法は、テスト環境と光の相互作用を捕らえるのに特に適した検出器を照らすために、プログラム制御されたディスプレイ（コンピューター、携帯電話、テレビ画面など）を光源として用いる。これにより、特有のスペクトルとその環境の化学的又は生化学的な画像を発生することができる。加えて、情報は元の場所で収集されるが、インターネットを介してオンラインですぐに解析される。
2005517195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テスト及び実験のために、プログラム制御されたディスプレイを光源として用いることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、上記光源が、コンピューター、テレビ又は他のアクティブな画面における一つ又は複数の活性化された画素によって構成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、照明領域が可動部品を必要とせずに変位することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、それぞれの画素の光の強度がソフトウェアによってそれぞれに変調されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、それぞれの画素の画面の色がソフトウェアにより可視範囲でそれぞれに走査されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、上記光源の色、サイズ、形、変調及び背景色が、ユーザーインターフェースを介して構成されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において、プログラム制御された光源が、検出器を、又はテスト環境にあるターゲット解析物との相互作用を追跡するテストサンプルを通って検出器を照射し、検出される信号に影響を及ぼすことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、上記テストサンプル自体が、上記ターゲット解析物との相互作用の際、そのスペクトル反応を変えるように化学的に又は生化学的に調整されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の方法において、空間解像度と検出限界を高めるために、特別設計された光学系が光路に挿入されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法において、光の検出器が、独特な要素かウェブカメラのような多数の検出器の配列であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法において、
同じコンピューターが全部のデバイス、つまり、同じ画面に表示されるサンプル物質のスペクトル、化学的画像又は他の特性を提供する光源、計測器及び機器構成のインターフェースを制御することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法において、上記コンピューターが、局所的に又はインターネット接続により、観測された特性の評価を提供することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか一項に記載の方法において、元の場所で実行される収集がオンライン、例えばインターネットを介して専門家によって評価されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項７〜１３のいずれか一項に記載の方法において、検出された結果が、検出デバイスを照射するのに用いられない画面の一部に表示されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法において、操作様式の全てが同時に実行されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項３に記載の方法において、回折要素が移動する光源の前に位置し、従って色の放出スペクトルを提供することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、回折光が、上記光源の制御された変位によってコリメートスリットを介して走査されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、選択された幾何学的配置に依存して、上記回折要素が透過格子、反射格子又はプリズムであることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、上記コリメートスリットがアレー検出器で取り替えられることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法において作動する装置において、プログラム制御されたディスプレイにより供給される上記光を利用するように明確に構成されることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置において、それが光学要素（レンズ、格子、フィルターなど）であることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載の装置において、それが光の検出器であることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２０に記載の装置において、それが上記テスト環境と相互作用することを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２０に記載の装置において、それが、化学的又は生化学的な反応の際、スペクトルの変化を示すように明確に構成された分子又は物質を含むことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置において、それが赤緑青色の照明と共に用いられるように明確に構成された分子又は物質を含むことを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２０に記載の装置において、大面積サンプルを照らし、その後検出器の前の収束レンズを照らすために、それが上記ディスプレイを大面積光源として利用することを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２０に記載の装置において、それが、上記検出器の前の拡大レンズを用いて又は用いずに、上記画面を小面積サンプルに収束する大面積光源として利用することを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項７の方法を実行するための装置において、それがディスプレイを光源として利用し、上記ディスプレイから所定の距離だけ離れたテストサンプルを保持するためのホルダーを利用することを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置において、レンズ又は格子が、サンプルホルダーと上記ディスプレイの間に挿入されることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載の装置において、光検出器が上記テストサンプルの方を向いて配されることを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項２８に記載の装置において、それが、上記画面と上記サンプルホルダーの間の収束レンズであることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項２８に記載の装置において、それが、上記サンプルホルダーと上記検出器の間の拡大レンズであることを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項３１と３２を組み合わせることを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項２８に記載の装置において、上記テストサンプルが上記テスト環境と相互作用していることを特徴とする装置。
【請求項３５】
請求項２８に記載の装置において、上記テストサンプルが、化学的又は生化学的な反応の際、スペクトルの変化を示すように明確に構成された分子又は物質を含むことを特徴とする装置。
【請求項３６】
請求項２８に記載の装置において、それが、赤緑青色の照明と共に用いられるように明確に構成された分子又は物質を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例えば、可視吸収分光（ＶＩＳ分光）、表面光起電力分光（ＳＰＳ）、又は化学的もしくは生化学的感応で用いられる走査光パルス技術（ＳＬＰＴ又はＬＡＰＳ）のような、特定の媒体と光の相互作用に頼る広範囲の解析技術がある。
【０００２】
それらの全てはターゲット環境（以下では時々「解析物」と呼ぶ）の役に立つ補完的な情報を提供する。しかし、主に光源の要件に関連するシステムの複雑さのために実用的な用途にそれらを拡張することが阻まれ、一般的に高価な研究室や、特有の目的専用のデバイスに制限されている。
【０００３】
これらの実験に含まれる複雑な光源の複雑性と高度化は、単一化された光を出口スリットに通すのに必要な制御式微小位置決めと光学要素に関連する。
【背景技術】
【０００４】
一般的に本発明の方法は、プログラム制御されたディスプレイ（コンピューターモニター、携帯電話又はテレビ画面）を光源として用いることから構成される。機械的な位置決めは、暗示される（alluded）様々なディスプレイのいずれかで正確かつ規則的にパターン化された、隣接する画素を順次に照射する画面の能力で取り替えられる。画面上の照明領域を、特に光の前に位置する固定回折要素の前にある可動な光源として用いて光を単色化するために、モノクロメーターの代わりに、これと同じ正確な位置決めが用いられる。
【０００５】
加えて、画面に順次に表示される様々なＲＧＢ色はスペクトル反応測定に適する光源を提供する。これは、比色感知アプローチのためのおもな目的である。さらに、光源の様々な画素が色と強度に関してそれぞれプログラムされている。光源とテスト対象物の間にレンズを用いることにより、小さいテスト対象物も照射される。プログラム制御されたディスプレイを用いることにより、テスト対象物の上に光を走査させることも可能になる。暗示された光源は、テスト対象物の照射の結果を記録するために多数のタイプの光検出器と共に用いられる。
【０００６】
従って、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ウェブカメラのような検出器の使用は一つの興味深い可能性である。
【０００７】
例えば、本発明により、ターゲット環境の影響を受けるように特別に構成されたテストサンプル及び／又は検出器の簡略化した照射が可能になる。この点では、普通の（単色の）光源を用いる光学検出のために、すでに開発されたインジケーター物質や分子が用いられる。ｒｇｂ色と共に用いるのに最適なインジケーターを開発することも可能である。
【０００８】
加えて、情報は元の場所（in situ）で使用者によって処理されるか、元の場所でただ収集されるが、インターネット接続を介してオンラインで解析される。ここでは、専門的な解釈が与えられる。
【０００９】
上で述べた一般的な発明の原理は、見習おうとする解析技術に依存して特定の特徴を有する。
【００１０】
例えば可視分光の場合、標準の技術は可視光源、モノクロメーター、チョッパー及び検出器を必要とする。
【００１１】
モノクロメーターのスリット幅で決定される狭いスペクトル幅を有する単色化された光は、サンプル物質が置かれる透明なキュベット（この場合、液体）を通り、出てくる光は検出器で捕らえられる。検出器の要件に依存して、光チョッパーは光路に置かれる（図１）。
【００１２】
様々な物質の可視吸収特性はそれらの組成に依存し、化学薬剤（発色団や蛍光ラベルなど）を取り入れることにより、多数の化学的又は生化学的特性が追跡され、それらのスペクトル反応を介して選択的に識別される。
【００１３】
原理は液体だけに限られず、ラベルされたＤＮＡ配列スライドやガス感応ポリマーのような吸収固体、ジェル又はポリマーが解析される。
【００１４】
スペクトルの収集には、与えられた波長を調整できるコンピューター制御システムが必要であり、これは、最小限に、技術を実験室に制約しているプログラム可能なモノクロメーターを有する。
【００１５】
ＳＰＳの場合や、電界誘導ＳＰＳ（ＥＦＩＳＰＳ）や内部光電子放出分光（ＩＰＥ）のような半導体インターフェース解析で用いられる同様の技術の場合、主な原理は特定の波長で照射される半導体構造のキャリアを励起することである。走査するスペクトル範囲は半導体のバンドギャップに依存するが、副バンドギャップエネルギーは表面状態の情報を提供する。
【００１６】
ＳＰＳでは、制御されたチョッピング周波数で半導体基板を照射するために、収束した単色光ビームが用いられる。これにより、表面やインターフェースの状態に関連する一過性の光電流がもたらされる（ＳＰＳと関連技術の完全な調査は非特許文献１で見られる）。この技術は感知の用途に適用できるが、まだ高価な制御式光源が必要である（図２）。
【００１７】
光ビーム又はレーザービームが半導体の上を走査すると、空間的に分解されたインターフェース特性のマップがいわゆるＳＬＰＴ技術で構成される（非特許文献２）。空間的に分布する様々な物質と厚さの化学的に感応するバイアス電極を用いて、この技術は混合ガスとにおいに選択的な化学的画像を与える（図３）。
【００１８】
バイアス電極が電解液で取り替えられると、装置は、光でアドレス指定可能な電位差センサーとして知られる、化学的又は生化学的解析用のパワフルな電位差ツールになる（ＬＡＰＳ、非特許文献３）。
【００１９】
これらアプローチの多くでは、関連する収束光学系を有する微小位置決めされる変調レーザービームのような複雑な要素がある。これは実際の場での適用を実行できなくする。
【非特許文献１】L. Kronik, Y. Shapira, Surf. Sci. Reports 37, 1-206 (1999)
【非特許文献２】I. Lundstroem, et al., Nature 352, 47-50 (1991)
【非特許文献３】D. Hafeman, et al., Science 240, 1182-1185 (1988)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、上で述べた技術の利点と正確に制御される光源を必要とする他の点を利用可能にする微小位置決め、単色化及び強度変調を供給する、低コストの方法と関連するデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の目的は、複雑な照明システムをソフトウェアで命令された画面又はディスプレイに取り替えることにより簡単に達成される。
【００２２】
このようにして、結果を映像化し、これらのコンピューター化された技術の全てで必要なユーザーインターフェースを提供するためにすでに用いられているディスプレイは、全ての技術を同時に供給できる設定可能な特性を有する大面積光源でもよい。
【００２３】
先ず、多数の用途に対して特定の解析物を識別するためにスペクトルから必要とされるものが正にそのフィンガープリント能力であると考えると、可視分光の解析は、光源として用いられるディスプレイの領域に連続的にＲＧＢ色を表示すること（カラースキャニング）により実行可能である。
【００２４】
例えば、我々の目的を視野に入れると、ブラウン管（ＣＲＴ）コンピューターモニターが光源である。ここでは広範な電子ビームが画面の内側を覆う燐ドットのマトリックスを励起させる。
【００２５】
燐物質は、電子の流れによって励起させられると光を放出する化学物質であり、異なる燐物質は異なる色の光を放出する。ＣＲＴカラーモニターの場合、画面の各ドットは燐を放出する青、赤及び緑の３つのブラブから成る。これらは、一つの画素として認識されるものを形成する。色の異なる強度が、幅広い範囲内の強度で多数の異なる色の錯覚（illusion）（人間の目に対して）を作る。実際は、それぞれの色（赤、緑、青）は単色光源から成らず、その代わりに特定の強度分布から成る（図４に示されるＲ（λ）、Ｇ（λ）、Ｂ（λ））。ディスプレイから放出されるものは、それぞれ０〜１（２４ビットビデオカードのそれぞれのｒｇｂチャネルに対しては０〜２５５）の範囲の赤、緑及び青の値で重みを付けたそれぞれのスペクトルの和である。
Emitted color（λ）＝ｒ×Ｒ（λ）＋ｇ×Ｇ（λ）＋ｂ×Ｂ（λ）
【００２６】
様々な可能なｒｇｂ値の組み合わせにより、約１６００万通りの色が提供される。可視スペクトルの知覚（perception）を真似るために一組のｒｇｂ色が任意に選択される場合、放出されるスペクトルは図５に示されるスペクトルのようである。
【００２７】
この組は、特有の吸収スペクトルを発生させる能力を維持する多波長カラー走査を実行するために用いられる（図６）。
【００２８】
図６では、テストサンプルはキュベットに容れられた液体か、テスト環境にあるターゲット種で反応する透明な基板上の物質である。溶けた気体種の検出のために多数のインジケーターシステムがすでに開発されている（例えば、非特許文献１のバイオセンサーの用途、非特許文献２の蒸気感応ポルフィリン）。それらの多くは変更することなく本発明で
適用できる。しかしながら、我々はｒｇｂに基づく色の使用のために最適化されたインジケーターを開発する可能性を考えている。本発明の第一の具体化では、それはプログラム可能な光源（モニター、ディスプレイ、携帯電話、テレビ画面）からなる。これは、制御された連続的なｒｇｂ色や、検出しようとする解析物（ホルモン、毒素、環境汚染物質、有毒ガスなど）がある場合にそのスペクトル反応を変えるように構成されたテストサンプル（液体又は固体状物質）や、光検出器を提供する。議論しないが、サンプルの接触するテスト環境を運ぶ手段を提供する必要があることも明らかである。
【００２９】
この新しいアプローチでは、モノクロメーターは、幾つかのタイプの光検出器で必要とされる固有のチョッピング強度をもたらす可動部品なしに、簡単に手に入るシステムで完全に取り替えられる。
【００３０】
これは、いったん電子ビームで励起されると、次にビームがその走査サイクルでそれに達するまで画素強度が減衰するからである。８５Ｈｚの典型的な画素周波数（リフレッシュ周波数とも呼ばれる）に対して、これは、それぞれの画素光源の固有のチョッピング周波数を構成する。
【００３１】
数画素のグループを終了する（exiting）ことにより大きめの光源とサンプル上の高めの全光束が作られる。サンプルから来る光は、検出器のそれぞれの画素の強度を増加させるべく検出器に収束する。連続的な水平画素は、１０２４×６４８画素の解像度に対して〜１４ｎｓの遅れで励起させられる。連続的な鉛直画素はそれぞれ〜１４μｓ（〜７１ｋＨｚ）である。しかし、８５Ｈｚのチョッピングパターンが高周波数の重ね合わせに比べて主流である。
【００３２】
検出器に関しては、これらは、特定の用途に応じて柔らかい基板や固い基板にパターン形成される大面積金属酸化膜半導体デバイス、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ポリマー検出器又は導電感光センサーのような様々なタイプがある。サンプル物質の光学特性に関しては、光吸収だけでなく蛍光もまたモニター可能である。
【００３３】
液晶表示（ＬＣＤ）モニターがＣＲＴの代わりに用いられると、リフレッシュ周波数は異なる意味を持つ。この種の画面では、次の走査サイクルが変化を生じるまで表示しようとする情報に依存せず各画素強度は一定のままである。検出器が裁断された光源を必要とするならば、これは、各リフレッシュサイクルで照射される領域をスイッチ切り替えすることにより取り入れられる。リフレッシュ周波数よりも低い励起周波数が必要であれば、もちろんこのアプローチはＣＲＴ画面にも適する。
【００３４】
表面光起電力分光の場合も上で挙げた同じ考えに従うが、吸収に加えて、感知デバイス（sensing device）との化学的又は生化学的相互作用も起こりうる。これらのデバイスは、例えば、透明な電極（例えばインジウムスズ酸化物−ＩＴＯ）を有する半導体サンプル、金属絶縁膜半導体（ＭＩＳ）構造体、保留された（suspended）ゲートＭＩＳデバイス又は電気化学センサーである。ここで、解析物との相互作用は光検出器自体の電気特性を変える。
【００３５】
光源は、すでに述べた光特性を保ちながら、２５０μｍ程のサイズ及び同じ範囲の走査ピッチを有する個々の画素に減少しうる。これらの条件では、この小さい光源は（又は照射された数画素で構成される他のものも）、高価で複雑な微小位置決めテーブルと収束光学系を除く標準のＳＬＰＴやＬＡＰＳと同様に、大面積感応デバイスの上を空間的に走査できる。
【００３６】
検出器自体に関しては、この種の用途のために、標準技術で用いられるものと同様のデバイスがディスプレイ援助バージョン（display assisted version）で利用される。
【００３７】
可視分光と、通常通り空間的に走査されるデバイスの組み合わせも考えられる。例えば、ＤＮＡチップは生物学的サンプルの遺伝子情報を調査するための媒体である。従って、ＤＮＡチップは現在の遺伝子調査と医療診断のための重要な道具である。これらチップは、しばしば数平方センチメートルの領域を覆う数千に上る測定スポットを含む。それらは一般的に、生物学的サンプルのある特性を表す蛍光でマークされたオリゴヌクレオチドを用いて応答され（interrogated）、配列のスペクトル反応の分布における特有のパターンを作る。
【００３８】
同じ概念が大面積配列で発達すると、それぞれのスポットは、それぞれの配列要素の前にある多波長走査光の位置決めのためのパーツを動かさずにスペクトル反応により、そして完全な配列に面する一つの大面積光検出器の使用により特徴付けられる（図７）。
【００３９】
収集プロセスを加速し、すでに存在するＤＮＡや同様の配列を利用する可能性は、大面積画面の光で完全な配列を照射し、同時にウェブカメラのような配列光検出器で集合スペクトルを収集することである（図８）。
【００４０】
もちろんＤＮＡ配列解読のような用途では、元の場所で得られる情報の全組が専門システムによってオンラインで解明される。
【００４１】
最後の例として、サンプルを単色光に露光するために光路に格子を置くことにより光源（例えば画面上の白い帯）の位置決めを利用して、本当の単色光を得る機会もある。画面上の光源を正確に移動させることにより、回折光はサンプル上に変位する。一つの検出器の場合、回折光が狭いスリットを通って平行（collimated）になると、光源の変位によりサンプルに単色光が与えられる（図１０）。
【００４２】
図１０のダイアグラムは、光源の変位と解像度の間で単純な幾何学的関係を生み出す複雑な変数を示す。
【００４３】
もちろん概念を述べるのに用いられるこの単純な図では、光源の有限のサイズや、色分離効率を高めるための画面からの距離と制限された光強度との間の妥協のような、標準のモノクロメーターで同様に生じる現実的な問題は省いてある。
【００４４】
静電単色(the static monochromatic)はプログラム可能な光源と共に働く装置の例であるだけでなく、標準のＳＬＰＴのセットアップで光を単色化するためのアプローチでもある。
【００４５】
これらの例の全てにおいて、一部の画面だけがマルチタスク式のコンピュータープラットフォームにおける光源として用いられるので、コンピューター画面は同時にテスト結果を表示したり、コンピューターのソフトウェアやインターネットを介してこれらの結果を解析するのに用いたりできる。
【００４６】
大面積光源は小面積サンプルに収束でき、このようにしてサンプル上の光強度が増加することも指摘されるべきである。
【００４７】
従って、本発明の一具体化は、ターゲット環境にある解析物との相互作用を追跡する検出器と適切に構成されたテストサンプルと共に、大面積のプログラム可能な光源を使用することから成る。テストサンプルは例えば、適切な液晶インジケーターを有するキュベット、透明な基板上の膜、又はちょうど検出器のゲートの形状である。テストサンプルは、選択された操作モードに依存して、スペクトル反応の変化や検出器との相互作用を介してその環境にある選択された種を検出するのに必要な特性を備えている（図９）。さらに、本当の単色光を発生させる方法及び装置も備えられている。
【００４８】
従来技術に対して、本発明の方法は、しっかり確立された解析技術の安価で単純なバージョンを実用的な解析の用途に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明の別な特徴と利点が、以下の古い技術の記述と図に関して下に記述する本発明の技術から明らかである。
【００５０】
図１は、標準の可視吸収分光のセットアップを示す図である。白色光源１はチョッパー２で切られ、モノクロメーターで単色化される。モノクロメーターは、入口スリット３、位置制御格子４、鏡５及び出口スリット６で構成されている。モノクロメーターを出る光はキュベット８のテストサンプル７を通る。出てくる光は光検出器９で検出され、その強度がスペクトルとしてコンピューター画面１０に表示される。電子制御ユニット１１を介して、コンピューター１２は格子４の位置を制御する。
【００５１】
図２ａは、標準の表面光起電力分光のセットアップを示す。白色光源１は２で切られ、３〜６で単色化され、次いでサンプル環境１７を介して１３により半導体基板１５に収束する。検出器からの信号は、モノクロメーター３〜６における格子４も制御する電子制御ユニット１１を介してコンピューター１２に伝えられる。検出器は、金属の下面を有する半導体基板１５の上に透明な振動電極１４を有する。波長に対する測定された光電流がコンピューター画面１０に線図として表示される。
【００５２】
図２ｂは、半導体層２０の上部に交互にある絶縁層１９上部の透明な金属層１８を有する代わりの検出器の構成を示す。もう一つの選択肢として、図２ｃの保留されたゲート検出器の構造が用いられる。ここで、透明な金属層２１は半導体基板２２の上に短い距離を置いて保留されている。
【００５３】
二個の電極２４と２５の間に挟まれた半導体基板（又はパウダー）２３を有する図２ｄの検出器の構成を用いることも可能である。その少なくとも一つは透明である。
【００５４】
図３は、標準の走査光パルス技術（ＳＬＰＴ）のセットアップを示す。収束した、切られた、例えばレーザーからの単色光ビーム３１は、透明な金属ゲートを有する金属絶縁半導体（ＭＩＳ）（もう一つの選択肢として、いわゆるＬＡＰＳにおけるイオン高感度デバイス）の検出器３２を空間的に走査する。このゲートは同時に、解析しようとするターゲット環境３６にさらされている。測定された光電流は、検出器上の位置の関数としてコンピューター画面１０に表示される。検出器３２は微小位置決めテーブル３４に位置し、電子デバイス３５を介してコンピューター１２に繋がっている。
【００５５】
例えば、組成と厚さに勾配のあるゲートを用いると、分析物に対する感度と選択性が空間的に分布して存在し、これらはコンピューター画面に化学的イメージとして描かれる。
【００５６】
図４は、ＣＲＴ画面に表示された純粋な赤、緑及び青の典型的なスペクトル分布を示す。
【００５７】
図５は、様々なセットのＲＧＢ値が可視スペクトルの知覚を真似て作るように選択される際の典型的なＣＲＴモニターからの放出スペクトル分布を示す。
【００５８】
図６は、プログラム化された画面援助可視分光を示す。制御インターフェースとして用いられる同じディスプレイ６０が、テストサンプル６２を通る図５に従うカラー光６１を提供する。出てくる光は検出器６３で捕らえられる。この検出器は、同じコンピューターディスプレイの結果のスペクトルをプロットする電子デバイス６４を介してコンピューターに繋がっている。図６ｂでは異なるテストサンプル６５が示されている。このサンプルは、ガラス又はポリマーの基板６６にプリントされ、又は析出されるが、図６ａと同様に用いられる。
【００５９】
図７は、化学的に感知可能な配列を色識別するためにプログラム化された画面援助可視分光を示す。制御インターフェースとして用いられる同じディスプレイが、サンプル配列の個々の要素に面する画面の選択された領域に、図５に従うカラー光を提供する。例えば、ガラス基板７１は画面７２の一部に保留される。このガラス基板ではＤＮＡ標識配列７３が画面に面し、基板の他の側面では、ＤＮＡ標識配列の全領域を覆う一つの大面積光検出器７４が配されている。光検出器は、信号をコンピューター７６に伝える電子インターフェース７５にその信号を伝える。ガラス基板の下の画面は大面積光放出ウィンドウ７７を構成する。このウィンドウは、変調された多波長光で配列の異なる要素を（一度に）交互に照射する。ガラス基板上の各要素に対して、多波長スペクトル反応が記録される。結果のスペクトルは同じコンピューター画面に表示される。データ及び配列解釈の専門的評価は、コンピューター自体により又はインターネットを介してオンラインで提供される。加えて、必要ならば、画面とサンプルの間の回折又は屈折レンズを用いて、画面からの光を収束させることも可能である。
【００６０】
例はＤＮＡ配列だったが、本方法は、配列の様々なスポットの光学的特性を利用する配列に基づく解析にも適用可能である。
【００６１】
図８は図７と同じ原理を示すが、収集プロセスが高められ、サンプル配列全体を照射し、同時にビデオカメラ（ウェブカメラ）で提供される検出器配列８１を有する情報を捕らえる。さらに、必要ならば、画面とサンプルの間及び／又はサンプルとカメラの間で回折レンズや屈折レンズを用いることにより、画面の光を収束させることも可能である。図７と８において、特定の用途のためにフィルターを組み込むことも考えられる。
【００６２】
図９は、左側の上から下に青アニリン、オレンジ・アクリジン及び蛍光性フルオレセイン・ナトリウムの様々な濃度の可視スペクトルを示し、右側にそれがターゲット環境として乾燥空気、水素又はアンモニアにさらされるときのＰｔ−Ｐｄゲート検出器を用いて得たＳＬＰＴ画像を示す。
【００６３】
図１０は静電モノクロメーターの原理を示す。原点Ｏから距離ｘを置いた点光源は可変角度αを張る面Ｓｏで変位し、透過格子の垂線はＳｏに対して一定角度θである。
【００６４】
格子溝ｄと角度αが、回折次数ｍのそれぞれの特定の波長λに対する入射角度（emerging angle）βを決定する。このようにして、完全なスペクトルが面Ｓｏから距離ａ０＋ａ１を置いた面Ｓ１上で距離Δｙｍに沿って分解される。光源がｘにおいて変位するとき、スリット幅ｗを有する平行スリットがＳ１上に置かれると、様々なスペクトルの構成要素がスリットを通って現れ、センサーを照らす。
【００６５】
スリットを省くと、同じ場所で配列検出器を使用し、原則的にその配列検出器の数とサイズで与えられる解像度を有する全スペクトルを得る可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】標準の可視吸収分光のセットアップを示す図である。
【図２】標準の表面光起電力分光のセットアップを示す図である。
【図３】標準の走査光パルス技術（ＳＬＰＴ）のセットアップを示す図である。
【図４】ＣＲＴ画面の１画素における異なるＲＧＢ色スポットの典型的なスペクトル分布を示す図である。
【図５】異なるＲＧＢ値に対するＣＲＴモニターからのスペクトル分布を示す図である。
【図６】画面援助可視分光を示す図である。
【図７】吸収配列の色識別のための画面援助可視分光を示す図である。
【図８】図７と同じ原理だが、デジタルビデオカメラを用いる読み取り法のための画面援助可視分光を示す図である。
【図９】異なる液体サンプルに対する画面援助可視吸収スペクトルと異なる気体に対するＳＰＬＴイメージを示す図である。
【図１０】静電モノクロメーターの原理を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  白色光源
２  チョッパー
３  入口スリット
４  位置制御格子
５  鏡
６  出口スリット
７  テストサンプル
８  キュベット
９  光検出器
１０  コンピューター画面
１１  電子制御ユニット
１２  コンピューター
【図１】
2005517195.tif 000003
【図２】
2005517195.tif 000004
【図３】
2005517195.tif 000005
【図４】
2005517195.tif 000006
【図５】
2005517195.tif 000007
【図６】
2005517195.tif 000008
【図７】
2005517195.tif 000009
【図８】
2005517195.tif 000010
【図９】
2005517195.tif 000011
【図１０】
2005517195.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月2日(2004.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット環境にあるターゲット解析物の化学的又は生化学的解析のための方法において、上記方法が
―上記ターゲット環境にある又は接触するテストサンプルを備え、上記ターゲット解析物との相互作用の際、このテストサンプルがそのスペクトル反応を変えるように、化学的に又は生化学的に調整され、
―光源としてプログラム制御されたディスプレイを用いて上記テストサンプルを照射し、このプログラム制御されたディスプレイは、該プログラム制御されたディスプレイの照射領域から照射を提供する少なくとも一つの活性化された画素から構成され、
―上記プログラム制御されたディスプレイに接続された検出器により、上記テストサンプルから出てくる光を検出し、
―上記検出器の信号から発生するテスト結果を上記プログラム制御されたディスプレイに表示する
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、テストサンプルを備えるステップが、テストサンプルをターゲット環境に備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、テストサンプルを備えるステップが、テストサンプルを上記検出器に備えることを有し、それにより、上記ターゲット解析物との化学的又は生化学的相互作用の際、上記検出器の電気特性が影響を受けることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法において、信号を表示するステップが結果のスペクトルを表示すること特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、信号を表示するステップが、光電流色コード化スケールを用いて化学的又は生化学的画像を表示することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、ソフトウェアを用いてそれぞれの画素の色をそれぞれに変調することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、ソフトウェアを用いてそれぞれの画素の光強度をそれぞれに変調することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、ソフトウェアを用いて可視範囲内でそれぞれの画素の色を走査することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法において、上記照射領域の色、サイズ、形、変調及び背景色がユーザーインターフェースを介して構成されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、ある期間にわたって上記プログラム制御されたディスプレイの上記照射領域を変位させることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法において、表示するためのステップがさらに、上記テスト結果を、照射に用いられない上記プログラム制御されたディスプレイの一部に表示することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、回折要素を上記プログラム制御されたディスプレイと上記テストサンプルの間に配置することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、該方法がさらに、上記回折要素と上記テストサンプルの間にコリメートスリットを配置し、上記照射領域の変位によりコリメートスリットを通る回折光を走査することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、上記プログラム制御されたディスプレイに接続したソフトウェアによって、上記検出器からの上記信号を評価するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、オンライン解析を介して専門家又は専門システムによって、上記検出器からの上記信号を評価するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法において、該方法がさらに、上記プログラム制御されたディスプレイ、上記検出器、電子デバイス及びコンピューターによる上記ユーザーインターフェースを制御することを特徴とする方法。
【請求項１７】
ターゲット環境にあるターゲット解析物の化学的又は生化学的解析のためのシステムにおいて、上記システムが
―上記ターゲット解析物との相互作用の際に、そのスペクトル反応を変えるように化学的に又は生化学的に調整可能に配されたテストサンプルと、
―上記テストサンプルの照射のための光源として用いられ、そしてテスト結果の表示のために用いられるよう配されたプログラム制御されたディスプレイと、
―上記テストサンプルから出てくる光を検出するために配され、そして上記プログラム制御されたディスプレイに接続した検出器
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、上記プログラム制御されたディスプレイが、ブラウン管コンピューターモニター又は液晶表示モニターであることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載のシステムにおいて、上記テストサンプルが、化学的又は生化学的反応の際にスペクトル変化を示すように明確に構成された分子又は物質を有することを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記テストサンプルが、赤緑青照明と共に用いられるように明確に構成された分子又は物質を有することを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記テストサンプルが、キュベット又は解析プレートのキャビティーにおいて、透明基板に層として析出したインジケーターであることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記テストサンプルが検出器ゲートであることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項１７〜２１のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記検出器が、ウェブカメラ、デジタルカメラ又はビデオカメラであることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項１７〜２０又は２２のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記検出器が、半導体デバイス、導電光感知検出器、ポリマー光検出器又はイオン感知デバイスであることを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項１７〜２１又は２３のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記システムがさらに、上記プログラム制御されたディスプレイからある距離を置いて上記テストサンプルを保持するためのホルダーを有することを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項１７〜２１又は２３〜２５のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記システムがさらに、上記テストサンプルと上記検出器の間に拡大レンズを有することを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記システムがさらに、上記プログラム制御されたディスプレイと上記テストサンプルの間に配置された回折要素を有することを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムにおいて、上記システムがさらに、上記回折要素と上記テストサンプルの間に配置されたコリメートスリットを有することを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれか一項に記載のシステムにおいて、上記システムがさらに、上記プログラム制御されたディスプレイと上記テストサンプルの間に収束レンズを有することを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
2005517195.tif 000013
2005517195.tif 000014
2005517195.tif 000015
2005517195.tif 000016