(57)【要約】  励起光源（１４）からマイクロアレイ（１１）中の単一のスポット（１２）まで励起光を各々伝達する１またはそれ以上の光ファイバ（２０）を通して励起光を供給する照明および検出システムにより、マイクロアレイ（１１）の画像が形成される。各スポットからの発出光は、次にコリメータレンズにより収集され、従来のソフトウェアによりマイクロアレイ（１１）全体の画像へとコンパイルされる信号に変換される。光ファイバ（２０）およびコリメータレンズは、励起光（１４）の走行方向と発出光が収集される方向とが同軸でなく、好ましくは両方がマイクロアレイの平面に対し垂直な軸に対し鋭角をなすように構成される。
2005515405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロアレイの画像を形成するための装置において、
（ａ）前記マイクロアレイを保持するための支持手段と、
（ｂ）（ｉ）励起光源と、
（ii）前記支持手段によりキャリヤが保持されているときに、前記マイクロアレイの単一のスポットまで前記励起光源からの励起光を伝達するように構成された光ファイバと、
（iii）前記光ファイバと同軸でない発光収集経路に沿ってテスト領域からの発出光を収集するように構成されたコリメータレンズと、
を含んでなる光学系と、
（ｃ）前記支持手段により前記キャリヤが保持されているときに、前記マイクロアレイの全てのスポットへ励起光が伝達されてしまうまで、前記光学系および前記支持手段のうちの一方を他方に対してラスター移動するためのラスター手段と、
（ｄ）前記コリメータレンズにより収集された発出光を受光し、前記スポットにより発出された発出光を表わす各スポットからの信号を生成するための検出手段と、
（ｅ）前記スポットの全てからの信号をコンパイルし、これにより前記マイクロアレイの画像を形成するための画像形成手段と、
を含んでなる装置。
【請求項２】
前記マイクロアレイが該マイクロアレイに対し垂直な軸を画定し、前記光ファイバは前記励起光を前記スポットに向けて前記軸に対し第１の鋭角で導くように構成され、前記発光収集経路は前記軸に対し第２の鋭角をなす請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および第２の鋭角が各々約１０°〜約４５°である請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記光ファイバが、約０．１０〜約０．３０の開口数を有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光学系が、前記励起光源からの光を前記マイクロアレイ内の複数のスポットのうちの１へと伝達するように各々が構成された複数の光ファイバを含んでなる請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記励起光源が、発光ダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードからなるグループの中から選択された部材であり、前記光ファイバが前記ダイオードと直接または光学的に透明な接着剤、ジェルまたはオイルからなるグループの中から選択された部材を通して接触する請求項に記載の装置。
【請求項７】
前記励起光源が、発光ダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードからなるグループの中から選択された部材であり、前記発光ダイオードからの光を前記光ファイバ内に導くレンズ系を通して前記光ファイバに対し光学的に結合する請求項に記載の装置。
【請求項８】
マイクロアレイの画像を形成するための方法において、
（ａ）光ファイバを通して励起光源から前記マイクロアレイ上の単一のスポットまで励起光を伝達する段階と、
（ｂ）前記光ファイバと交差しない経路に沿って、発出光を収集すべく配置されたコリメータレンズにより前記スポットからの該発出光を収集する段階と、
（ｃ）前記コリメータレンズにより収集された前記発出光を検出し、前記スポットにより発出された発出光を表わす各スポットからの信号を生成する段階と、
（ｄ）前記発出光が前記マイクロアレイの全てのスポットまで伝達されてしまいかつ該発出光がこれらの全てのスポットから収集されてしまうまで、前記光ファイバおよび前記コリメータレンズに対し前記マイクロアレイを、または前記マイクロアレイに対し前記光ファイバおよび前記コリメータレンズを、ラスター移動する段階と、
（ｅ）前記スポットの全てからの発出光を表わす信号をコイパイルし、これにより前記マイクロアレイの画像を形成する段階と、
を含んでなる方法。
【請求項９】
前記段階（ｂ）が、発光収集経路に沿って前記発出光を収集する段階を含んでなり、前記光ファイバと前記発光収集経路とが互いに約４０°〜約５０°の角度をなし、前記アレイに対して垂直な軸を中心にして対称に配置される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光ファイバが、約０．１０〜約０．３０の開口数を有する請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ内の材料の光学的励起によるマイクロアレイの画像形成および励起の結果としての発光の検出の分野、特に励起光をマイクロアレイに伝達するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡマイクロアレイならびにその他の材料のマイクロアレイを読取るために用いる数多くのデバイスが市販されている。これらのデバイスの例としては、米国カリフォルニア州サンタクララにあるＡｆｆｙｍｅｔｒｉｘ，  Ｉｎｃ．のチップスキャナー技術、米国カリフォルニア州パロアルトにあるＡｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓの共焦点レーザースキャナー、米国カリフォルニア州ユニオンシティーにあるＡｘｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｉｎｃ．のＧｅｎｅＰｉｘ  マイクロアレイスキャナー、カナダオンタリオ州ウォータールーにあるＧｅｎｅＦｏｃｕｓのＤＮＡｓｃｏｐｅTM共焦点スキャナー、米国ミシガン州アンアルボールにあるＧｅｎｏｍｉｃ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，  Ｉｎｃ．のＧｅｎｅＴＡＣTMマイクロアレイ分析装置、米国コネチカット州メリデンにあるＰａｃｋａｒｄ  ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅ  ＣｏｍｐａｎｙのＳｃａｎＡｒｒａｙTM  マイクロアレイ分析システム、およびカナダオンタリオ州ウォータールーにあるＶｉｒｔｅｋ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のレーザー走査システムがある。
【０００３】
これらのデバイスは、スポットアレイ内の個々のスポット上に１またはそれ以上のレーザーからの励起光を集束させるレンズおよびミラー系を利用する。各スポットからの発出光は、帯域通過発光フィルタを伴うレンズ系および１またはそれ以上の光電子倍増管（ＰＭＴ）検出器により収集される。アレイの画像が、標本（sample）上の発光収集光学系および狭帯域励起源ビームの走査により形成される。これは、光学部品あるいは標本のいずれか一方を移動させることによって行うことができる。この機構には、感度および結果として得られた画像の検出レベルならびに解像度レベルに関して制限がある。非常に強い励起光のリジェクションには、はるかに弱い発出光の実質的部分のリジェクションが伴うことから、共通のレーザー経路を備えるシステムは一般にダイクロイック光学フィルタの効率の問題に苦しんでいる。信号光をも同時に低減するという理由により、近隣アレイスポットからのクロストークを含む望ましくないバックグラウンドを除去するために共焦点ピンホールを使用するこれらのデバイス内のレーザー走査システムからはさらなる非効率性が発生する。
【０００４】
標本の広い部分上に広帯域白色光を送達するデバイスもまた利用可能であり、これは、発出光を収集し定量化するためにバイパス発光フィルタを伴うレンズ系およびＣＣＤ検出器を利用する。米国ワシントン州ＩｓｓａｑｕａｈのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｃ．から入手可能であり、２０００年１０月１９日を国際公開日とする国際特許公報第ＷＯ００／６２５４９号の中で記述されているこのような１つのデバイスにおいては、光ファイバ・リング照明器によって小さい部分（数平方ミリメートル）が照明される。この照明器は、多数のマイクロアレイスポットを均等な照明で満たすべく１０分の数インチ（＝２．５４センチメートル）乃至数インチの範囲内の作用距離をもつマルチ光ファイバ束である。画像は、ファイバ束により同時に照明されたマイクロアレイスポットの全てを各々収納しているパネルの形で形成される。光学系に対して標本を移動させることによって、標本（sample）の異なる部分を表わす異なる画像パネルが得られ、標本全体を包含すべく、この要領で充分な数の画像パネルが収集される。次に隣接パネルが接合されるか、または「ステッチ」されて、標本の完全な画像を形成する。この要領での完全な画像の形成は、高価な精密動作段を必要とし、ステッチは複雑かつ骨の折れるプロセスであり、このデバイスが生成しうるデータの品質を制限している。米国カリフォルニア州サンリーンドロのＡｌｐｈａ  Ｉｎｎｏｔｅｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な類似のデバイスが、標本全体を光で満たし、マイクロアレイ全体の画像を得るためにＣＣＤカメラを使用する。しかしながら、現行の市販のＣＣＤ検出器の解像度には限界がある。Ａｐｐｌｉｅｄ  ＰｒｅｃｉｓｉｏｎとＡｌｐｈａ  Ｉｎｎｏｔｅｃｈとの両方のデバイスにおいて、アレイスポットの間でクロストークが発生する。
【特許文献１】国際特許公報ＷＯ００／６２５４９号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、１またはそれ以上の励起光源からアレイ内の単一のスポットまで励起光を各々伝達する１またはそれ以上の光ファイバを通して励起光を供給する、マイクロアレイ用の照明および検出システムに関する。各スポットにより生成された発出光は、好ましくは光ファイバを使用することなく、コリメータレンズにより収集され、検出器により、従来の画像形成ソフトウェアにより処理され得る信号に変換される。コリメータレンズは好ましくは光学フィルタと合わせて使用される。マイクロアレイまたは光学系のいずれかをラスター移動することによりさらなる信号が得られ、さまざまな信号は、マイクロアレイ全体の画像を形成するべく画像形成ソフトウェアによりコンパイルされる。このシステムは、光学的に励起されたときに信号を発出する標識（label）を利用する、あらゆるマイクロアレイに適用可能である。好ましい標識は蛍光体および蛍光発光であるが、本発明は、生化学検定の当業者にとっては既知のリンおよび光学的励起可能なその他のタイプの標識にも拡大される。
【０００６】
光学系は、励起光の走行方向が発出光が収集される方向と異なるように、すなわち２つの経路が共通の軸をもたないように構成される。光ファイバは、スポットを直接、好ましくはマイクロアレイに対して垂直な軸に対して鋭角に照明するように構成されている。励起光の入射角もまた、好ましくは鋭角である。照明ファイバは、ファイバから出現するビームが全く発散しないかまたはわずかしか発散しないように構成されている。
【０００７】
好ましい光源は、光源からの光の実質的に全てが、照明すべきスポットに対する伝達のためファイバ内に入るように、光ファイバと光学的に結合された、紫外線、可視光線または近赤外線を供給する光源である。結果として、光源とスポットとの間には実質的に強度損失が全くなくなる。光ファイバは、単純なファイバであってもよいし、また、コリメータ、光学フィルタまたはコリメータ・フィルタ・コリメータアセンブリまたは、特定の利用分野および検定のためのその使用を増強するようなさまざまな要領で光を処理するその他のいかなる光学要素またはコンポーネントを含むものであってもよい。ファイバの出力チップは好ましくは、出現する光ビームの発散を減少させるように成形されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によるシステムは、従来技術に比べて数多くの利点を提供する。問題のテスト領域のみを照明することによって、これらのシステムはクロストークを除去し、問題の信号を最大限にする。さらに、励起光および発出光の経路を分離することにより、本発明によるシステムは、励起および発光光学部品を各々単一の機能に制限し、これによりこれら２つの光学系の個々の最適化を可能にする。こうして、任意の与えられた検出レベルおよび感度レベルでの最大限の信号収集およびより優れた性能が導かれる。照明ファイバおよび発光収集光学部品が、垂直軸に対し異なる角度にあるシステムにおいては、発出光経路内で励起光がきわめてわずかしか検出されず、最大の信号対雑音比が達成される。本発明によるシステムは、かくして、最高の感度および解像度でクロストークを最小限にし発出光の収集を最適化しながらきわめて効率の良いやり方でマイクロアレイの個々のスポットに励起光を導く手段を提供する。その上、本発明の励起システムは、励起ファイバとマイクロアレイとの間に付加的なレンズまたはその他の光学要素を全く必要とせず、かくしてこれらの付加的な要素によって応々にしてひき起こされる光強度の損失を回避することができる。ＬＥＤまたはＳＬＤ光源に直接光学的に結合された光ファイバに導かれる本発明の態様においては、このように結合された製品は廉価で耐久性があり、コンパクトで、最小限の熱しか発生せずに明るい光を伝達する。この単純化されていながらなおきわめて効率の良い設計は、パッケージング、コストおよびサイズの削減に関する利点を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
マイクロアレイは一般に、本明細書においては「スポット」と呼ばれるマイクロドットの平面アレイ、標準的には二次元矩形アレイであり、各スポットは最大で直径５００マイクロメータあり、診断またはスクリーニングのいずれかを目的として化学的または生化学的検定により分析されるべき検体を収納している。最も一般的なかかる検体は、核酸セグメント（acid segment）であるが、さまざまな種類の生物学的種がこれまでに使用されてきており、ここでもそれらを使用することができる。マイクロアレイ内のスポットは、分析に基づいて並行処理され、スポットは、合格した検体を示すため蛍光体といった標識（label）を含む。このタイプのマイクロアレイは標準的に、顕微鏡のスライドグラスといったような、平坦で不活性でありかつしばしば光透過性の基板の上に被着される。その他の微視的（microscopic）アレイは、バイオチップ（「ラボ（lab）・オン・チップ」）技術および、マイクロ規模および／またはナノ規模の流体チャンネルを含む電気泳動配列決定読取り装置を含む。このタイプのマイクロアレイデバイスの例としては、Ａｃｌａｒａ  ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．（米国カリフォルニア州サンタクララ）、  Ｎａｎｏｇｅｎ，Ｉｎｃ．（米国カリフォルニア州サンディエゴ）、およびＣａｌｉｐｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐ．(米国カリフォルニア州マウンテビュー) から入手可能なものがある。
【００１０】
本発明の励起システムは、異なるタイプのさまざまな光源のいずれかを収納し得る。例としては、キセノン閃光電球、石英ハロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器表面発光半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ:vertical cavity surface-emitting laser）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）といったような、広帯域光源および、シングルまたはマルチ離散波長レーザーといったような１またはそれ以上の同時光源がある。光源は、好ましくは、光学的に光ファイバに結合されている。点光源または、ほぼ点光源である光源、例えば半導体光源については、光学的結合を、近接結合によって達成可能である。そうでなければ、光源からファイバまで光の実質的に全てを伝達することになる結合レンズまたはレンズ系を使用することができる。このシステムはまた、光学的励起フィルタ、モノクロメータまたは音響光学チューナブルフィルタを含むことができる。光ファイバは、光源から標本まで光を伝達して、標本内に存在する単一の標識または多数の標識のいずれかを励起させる。励起の結果得られた発出光は、発光フィルタを通り、次にまず任意にはモノクロメータまたは音響光学チューナブルフィルタを通った後、検出器まで光を導くコリメータレンズ系により収集される。適切な検出器の例としては、光電子増倍管、マイクロチャンネルプレート、シリコンＰＩＮダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、ＣＣＤ検出器およびＣＭＯＳ検出器がある。
【００１１】
光ファイバは、その長さに沿って直線かまたはテーパーがかかっている。ファイバの選択は、画像形成されるべきアレイの特定のタイプと共に変動することになる。クラッディングおよび外部緩衝コーティングを有する単一モードファイバ、特に単一スポットに適した照明ビームを生成するのに充分小さなモードフィールド直径（ＭＦＤ）を有するファイバが好ましい。好ましいモードフィールド直径範囲は、３〜５マイクロメータである。クラッド単一モード光ファイバの一例としては、４／１２５／２５０マイクロメータというＭＦＤ／クラッディング／バッファ寸法および０．１２という開口数（発散角度θの正弦）をもった３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（米国ミネソタ州サンポール） の部品番号ＦＳ−ＳＮ−３２２４である。
【００１２】
光ファイバは、そのいずれか一方のまたは両方の端部上の標準チップまたは特殊チップのいずれか、またはその両方の組合せを備えることができる。ファイバの伝達端部上で特に有用である特殊チップには、ビームの形状を制御するよう溶解または切断により成形されたチップ、ならびにフリット化、膠付けまたはその他の方法によりボールレンズといったような導光コンポーネントが付加または組込まれたチップ、を含む。この段落で記述された通りの成形または組込み型チップを備える光ファイバは、以上で言及されたＰｏｌｙｍｉｃｒｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能である。光ファイバの伝達チップは、好ましくはスポットに非常に近いところ、好ましくはスポットから約０．１ｍｍ〜約３ｍｍ以内、最も好ましくは約０．１ｍｍ〜約１ｍｍ以内に設置される。
【００１３】
光ファイバからマイクロアレイ上の個々のスポットまで走行する励起光の入射角および、経路であって発出光がそれに沿って検出されるところの経路の方向は、両方共、マイクロアレイに対し垂直な軸との関係において測定される。好ましい実施形態においては、これらの角度は、各々約５°〜約６０°、好ましくは約１０°〜約４５°の範囲内にある。ファイバから出現する励起光と発光収集経路とは好ましくは、軸を中心にして対象に配置され、共に約４０°〜約５０°の範囲の一つの角度すなわちアレイに対し垂直な軸に対するファイバの角度と同じ軸に対する発光経路の角度を組合わせることによって形成される角度を形成する。特に好ましい組合せ角度は４５°である。
【００１４】
本発明の実施において使用可能なさまざまなタイプの光源のうち、広帯域ＬＥＤが好ましい。この光源およびその他のタイプの光源にはまた、ファイバに対する結合の上流側にはリンまたはその他の広帯域変換要素を含むことができる。この変換要素は光源上のコーティングであってもよいし、そうでなければ、光源のプラスチックパッケージング内またはジェルまたはその他の離散的な閉鎖パッケージ内に内蔵されていてもよい。さらなる代替案としては、その変換要素は、ファイバ自体の端部内に沈み彫り（intagliate）してもよい。
【００１５】
光源と光ファイバとの間の光学的結合は、これら光源と光ファイバとの間に位置づけされた集束レンズまたはレンズ系によってか、または光源に対する光ファイバの直接結合によって、達成可能である。集束レンズ系の一例としては、ボールレンズ、一対の顕微鏡対物レンズおよび平凸レンズの集光レンズ対がある。近接結合すなわち光源に対するファイバの直接結合が好ましい。商業的供給業者から容易に入手可能なものであるＬＥＤおよびＳＬＤは、メーカーにより供給されたレンズ系を取外して平坦なファイバ端部を、発光するＬＥＤそのもの極く近くでかつ好ましくはこのＬＥＤと直接固定された接触状態で、設置することによって、容易に変更可能である。低い自己蛍光をもつ光学的に透明な接合剤を使用することができる。かかる接合剤の例としては、米国ニュージャージー州クランバリーのＮｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，  Ｉｎｃ．，製のノーランド光学接合剤ＮＯＡ７３およびＮＯＡ６１がある。接合剤の代替物としては、光学的に透明なジェルまたはオイルがある。結合を安定化するため、ＬＥＤまたはＳＬＤおよびファイバ端を、ＬＥＤまたはＳＬＤにコネクタの片端が接合されもう一方の端部が光ファイバに接合された状態で、金属管、ストレートチップ（ＳＴ）コネクタまたはその他の何らかのパッケージング内に収容することができる。
【００１６】
本発明の新規性を画定する概念および特徴は数多くの異なる構成および配置で実施可能であるが、これらの特徴を理解するための便利な方法は、本発明の範囲内の個々のシステムを研究することにある。このようなシステムが、図面中に描かれている。
【００１７】
図１に示されるシステムは、核酸、オリゴヌクレオチド、非核酸有機または無機化学種、オリゴマ、重合体およびタンパク質を含む（ただしこれらに制限されるわけではない）さまざまな材料のいずれかをそのスポット１２が収納しうるマイクロアレイ１１の画像形成として構成されている。マイクロアレイ１１はまた、非位置的（non-positional）アレイまたは「ラボ（lab）・オン・チップ」システムでもありうる。各スポット内の種は、さまざまな標識のいずれかで、特に蛍光色素染料またはプローブで、処理されており、マイクロアレイはガラス板、ナイロン膜またはその他の同等の支持体により支持されている。スポットサイズはさほど重要ではなく、変動することができるが、大部分の場合、スポットサイズは直径５００マイクロメータ以下、好ましくは５〜５００マイクロメータとなる。マイクロアレイ１１は、励起および発光収集がそれを通して実施される光路の方向に対し横方向をなす一平面内でｘおよびｙ方向にマイクロアレイを移動させるかまたはラスター（raster）する保持用固定具１３によって保持されている。このラスター動作によりシステムは、マイクロアレイ全体から逐次的に信号を捕捉することができる。代替的には、マイクロアレイを静止状態に保持しておいて、光学部品をマイクロアレイ表面を横断してｘおよびｙ方向に移動できるようにすることができる。
【００１８】
例えばキセノンランプ、石英ハロゲンランプ、ＬＥＤ、ＳＬＤといったような広帯域光源、または例えばシングルまたはマルチ離散波長レーザーといったような狭帯域光源でありうる励起光源１４が、コリメータレンズ１５を照明する。代替的には、単一のファイバを用いて２つ以上の離散的レーザーを同時に使用することが可能である。コリメータレンズ１５から出現する平行光は、マルチポジションフィルタホイール１７上の光学励起フィルタ１６を通過する。このフィルタホイールは、さまざまな波長からの特定の励起波長の選択を可能し、ホイールの回転および位置（ポジション）は、特定の実験プロトコルに適切に適合されたソフトウェアによって制御可能である。光学励起フィルタの代替案としては、モノクロメータまたは音響光学チューナブルフィルタを使用することができる。第２のレンズ１８は、光を集束させ、それを光ファイバ２０に結合させる。ファイバはファイバホルダー２１内でそれぞれ終結し、このファイバホルダーの出力または送達端部はマイクロアレイ１１上のスポット１２にきわめて近いところに位置づけされている。
【００１９】
図１に示されるシステムにおいては、ファイバホルダー２１とマイクロアレイ１１の間には、付加的なレンズまたは光学部品が全く設けられていない。上述のとおり、ファイバホルダーは、出現するビームの発散を少なくするかまたは発散を完全に無くするため、組込み型ボールレンズまたはその他のタイプの組込み型レンズといったような成形されたファイバチップを有することができる。発散角度の一例は６．９度であるがこれ以上のまたはこれ以下の角度も使用可能である。開口数に関しては、開口数の好ましい範囲は約０．１０〜約０．３０であり、現在好ましい開口数は０．１２（６．９度の発散角度に対応する）である。これらの目的およびその他の目的のための成形チップをもつファイバおよびファイバホルダーが、米国アリゾナ州フェニックスのＰｏｌｙｍｉｃｒｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓおよびその他の供給業者から入手可能である。
【００２０】
図１に戻ると、ファイバチップから出現する光は、ファイバが向けられている単一のスポットのみまたはそのスポットの一部分のみを照射している。そのファイバチップは、あるとしてもわずかしか励起光を近隣のスポットに到達させないようにスポットに充分近いところにあり、クロストークは結果として無くなるかまたは取るに足らないレベルまで低減されることになる。任意には、問題のスポットがいかなる漂遊（stray）励起も受けないことをさらに保証するため、またはマイクロアレイを塵埃またはその他のアレイ汚染物質から保護するため、マイクロアレイの上にマスク２３を位置づけすることができる。
【００２１】
スポット１２が励起されたときに発出する発出光は、コリメータレンズ３１により収集され、平行発出光はマルチポジションフィルタホイール３３上で発光フィルタ３２を通過する。代替的には、モノクロメータまたは音響光学チューナブルフィルタを、発光フィルタ３２の代わりに使用することができる。このとき、第２のレンズ３４が、漂遊（stray）光を制御すべく開口３５を通して平行光を集束させ、この開口から出現する光は光検出器３６により受光される。適切な光検出器の例としては、光電子倍増管、シリコンＰＩＮダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、ＣＣＤ検出器およびＣＭＯＳ検出器がある。この検出器３６は、発出光強度を記録し、まずは処理用および制御電子部品３７に対し、そして次にさまざまなスポットからの信号をマイクロアレイ全体の画像の形にコンパイルするコンピュータ３８に対し、出力信号を送る。マイクロアレイの平面に対して垂直な軸に対し、ある角度にファイバホルダー２１がある状態では、極めてわずかな励起光しか発出光経路内に入らない。
【００２２】
これらのシステムおよび本発明の範囲内のその他のシステムは、時間分解蛍光（Time-Resolved Fluorescence）により信号の生成および処理を実行するようにすることが、容易に可能である。これは、例えば、フラッシュランプ、ＬＥＤまたはＳＬＤを光源として用い、光源の閃光と信号収集との間に制御された時間遅延を課し、プログラミング可能な可変信号収集積分時間を可能にすることによって達成される。これを達成するのに必要とされる唯一の修正は、ソフトウェアと電子部品の修正であり、かかる修正は、時間分解蛍光の当業者には容易に明らかとなるだろう。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態におけるシステムは、単一のファイバではなく、線形アレイまたはｘ−ｙ（２次元）アレイのいずれかに配置された多数の光励起ファイバを含む。個々の励起ファイバは別々の収集チャンネルと連携し、ファイバアレイ全体をマイクロアレイを横断して移動させることもできるし、またはファイバアレイに対してマイクロアレイを移動させることもでき、いずれの場合でも、単一のファイバのみが使用された場合に必要とされるよりも短かいタイムスパン内で、マイクロアレイの全てのスポットから信号が得られる。
【００２４】
光源が光ファイバに光学的に結合されているＬＥＤまたはＳＬＤ照明システムの例が、図２および図３に示されている。図２のシステムには、上述のもののような光学接合剤を通して光ファイバ６３の平坦な端部に直接結合されたＬＥＤまたはＳＬＤ源６１が含まれる。結合は、エポキシ封入材料６２またはリングまたは管により取囲まれている。ＬＥＤまたはＳＬＤから出現する光は、光ファイバ６３により効率よく収集され、ＬＥＤまたはＳＬＤから出現する光のための第１のファイバコリメータ、光学バイパスフィルタおよび光学バイパスフィルタから出現する光のための第２のファイバコリメータからなる光ファイバデバイス６４へと伝達される。フィルタは、ユーザーが手動式かまたは自動化された手段によって特定のフィルタを選択しかくして特定の蛍光体を励起することができるようにする、ホイールまたはスライド上に取り付けられた単一の光学バイパスフィルタまたは多数のフィルタのいずれかであり得る。第２のファイバコリメータから出現する光は、ファイバチップ６５からマイクロアレイ上のスポット６６まで送達するためのファイバに、戻る。図３のシステムは、図２の封止剤およびパッケージング６２がコンパクトなレンズまたはレンズシステム７２によって置換されているという点を除いて、図２のシステムと同じコンポーネントを有する。
【００２５】
以上の記述は、主として例示を目的として提供されている。本発明の精神および範囲内に尚も入るさらなる修正、変形形態および置換が、当業者には容易に明らかになることだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の特徴を利用するマイクロドットアレイのための画像形成システムの構成図である。
【図２】ファイバに光学的に結合されたＬＥＤまたはＳＬＤ光源およびファイバの出力端上の光ファイバを用いた、図１の画像形成システム内で使用する照明システムの構成図である。
【図３】同じく図１の画像形成システム内で使用するための、図２の照明システムの一変形形態である第２の照明システムの構成図である。
【図１】
2005515405.tif 000003
【図２】
2005515405.tif 000004
【図３】
2005515405.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月15日(2004.12.15)
【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】
マイクロアレイの画像を形成するための装置において、
（ａ）前記マイクロアレイを保持するための支持手段と、
（ｂ）（ｉ）励起光源と、
（ii）前記支持手段により前記マイクロアレイが保持されているときに、前記マイクロアレイの単一のスポットまで前記励起光源からの励起光を伝達するように構成された光ファイバと、
（iii）前記光ファイバと同軸でない発光収集経路に沿って前記スポットからの発出光を収集するように構成されたコリメータレンズと、
を含んでなる光学系と、
（ｃ）前記支持手段により前記キャリヤが保持されているときに、前記マイクロアレイの全てのスポットへ励起光が伝達されてしまうまで、前記光学系および前記支持手段のうちの一方を他方に対してラスター移動するためのラスター手段と、
（ｄ）前記コリメータレンズにより収集された発出光を受光し、前記スポットにより発出された発出光を表わす各スポットからの信号を生成するための検出手段と、
（ｅ）前記スポットの全てからの信号をコンパイルし、これにより前記マイクロアレイの画像を形成するための画像形成手段と、
を含んでなる装置。
【請求項２】
前記マイクロアレイが該マイクロアレイに対し垂直な軸を画定し、前記光ファイバは前記励起光を前記スポットに向けて前記軸に対し第１の鋭角で導くように構成され、前記発光収集経路は前記軸に対し第２の鋭角をなす請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および第２の鋭角が各々約１０°〜約４５°である請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記光ファイバが、約０．１０〜約０．３０の開口数を有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光学系が、前記励起光源からの光を前記マイクロアレイ内の複数のスポットのうちの１へと伝達するように各々が構成された複数の光ファイバを含んでなる請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記励起光源が、発光ダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードからなるグループの中から選択された部材であり、前記光ファイバが前記ダイオードと直接または光学的に透明な接着剤、ジェルまたはオイルからなるグループの中から選択された部材を通して接触する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記励起光源が、発光ダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードからなるグループの中から選択された部材であり、前記発光ダイオードからの光を前記光ファイバ内に導くレンズ系を通して前記光ファイバに対し光学的に結合する請求項１に記載の装置。
【請求項８】
マイクロアレイの画像を形成するための方法において、
（ａ）光ファイバを通して励起光源から前記マイクロアレイ上の単一のスポットまで励起光を伝達する段階と、
（ｂ）前記光ファイバと交差しない経路に沿って、発出光を収集すべく配置されたコリメータレンズにより前記スポットからの該発出光を収集する段階と、
（ｃ）前記コリメータレンズにより収集された前記発出光を検出し、前記スポットにより発出された発出光を表わす各スポットからの信号を生成する段階と、
（ｄ）前記発出光が前記マイクロアレイの全てのスポットまで伝達されてしまいかつ該発出光がこれらの全てのスポットから収集されてしまうまで、前記光ファイバおよび前記コリメータレンズに対し前記マイクロアレイを、または前記マイクロアレイに対し前記光ファイバおよび前記コリメータレンズを、ラスター移動する段階と、
（ｅ）前記スポットの全てからの発出光を表わす信号をコイパイルし、これにより前記マイクロアレイの画像を形成する段階と、
を含んでなる方法。
【請求項９】
前記段階（ｂ）が、発光収集経路に沿って前記発出光を収集する段階を含んでなり、前記光ファイバと前記発光収集経路とが互いに約４０°〜約５０°の角度をなし、前記アレイに対して垂直な軸を中心にして対称に配置される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光ファイバが、約０．１０〜約０．３０の開口数を有する請求項８に記載の方法。
【国際調査報告】
2005515405.tif 000006