(57)【要約】第１の面および第２の面を有する基板を備えるセンサが記載される。第１の面は、その上に提供される少なくとも１つのセンサ位置を有する。基板は、センサ位置において提供されるサンプルの励起中に、センサ位置から生じているルミネセンスが基板内へ伝搬するように構成される。基板の第２の面は、基板の下に提供された検出器によって検出され得る基板の外方に向いて臨界角より大きい角度の基板内で伝搬するルミネセンスを選択的に伝送するように構成される。
2013527451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング型の光学素子を備える第１の面および第２の面を有する基板を備えるセンサであって、前記第１の面は、前記第１の面上に提供される少なくとも１つのセンサ位置を有し、前記基板は、前記センサ位置において提供されるサンプルの励起中に、前記センサ位置から生じているルミネセンスが前記基板内へ伝搬するように構成され、前記基板の前記第２の面の前記リング型の光学素子は、前記ルミネセンスが前記基板の下に提供される検出器によって検出されるところの前記基板の外方に向いて前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスを選択的に伝送するように構成されたことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記基板から前記検出器へ発光している光を動作可能に繰り返し集光するように、前記リング型の光学素子と協働可能である円錐型のミラーおよび集束レンズを備えたことを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
【請求項３】
前記第２の面は、屈折作用を通して前記基板の外方に向いて前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスの伝送を行わせるように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記リング型の光学素子は、前記基板の外方に向いて前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスのリダイレクションを提供するリングレンズとして提供され、前記光は、十分に軌道を外れずに前記リングレンズを通して前記基板から出射することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記リング型の光学素子は、球状のリング構造を備え、前記球状のリング構造は、前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスが、前記表面に十分に直交する方向に前記リング構造の表面に入射するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記基板は、前記センサの第１の光学素子を定義し、前記センサは、第２の光学素子を備え、前記第２の光学素子は、前記基板から前記検出器へ出射する光の反射を行わせるように、前記第１の光学素子に関連して整列させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項７】
前記第２の光学素子は、
放物形の素子、
円錐形のミラー、
楕円形のくぼみがあるミラー、
平面のミラー、
のうち少なくとも１つから選択されたことを特徴とする請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記検出器上の前記第２の光学素子による反射光を集束するように提供される集束レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
前記第２の光学素子は、放物形の素子を定義し、前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、互いに接触されたことを特徴とする請求項７に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記第１の光学素子の前記第２の面は、前記第２の光学素子の表面上に形成された協働可能な凸部が受信可能の凹部を定義することを特徴とする請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記凹部は、前記第２の光学素子において定義付けられた前記凸部の入射面と十分に平行である出射面を定義することを特徴とする請求項１０に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記第２の光学素子は、前記入射面を通して前記第１の光学素子の外側へ伝送される光の受光において、前記光が前記検出器への前記光のリダイレクションを行わせる前記第２の光学素子の放物形の側壁に対して全内部反射されるまで、前記第２の光学素子内で伝搬するように構成されたことを特徴とする請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記放物形の側壁は、前記光が反射のときに、前記放物形の壁によって全内部反射され、十分にコリメートされるフォームにおいて下方にリダイレクトされるように前記光の伝搬路に関連して方向付けられることを特徴とする請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記第１の面は、十分に連続した平面であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記第２の面は、該第２の面において定義された１または複数の摂動を備え、前記摂動は、前記基板の外方に向いて超臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスの選択可能な伝送を提供することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記超臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスは、蛍光信号であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記超臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスは、ケミルミネセンス信号、またはエレクトロルミネセンス信号であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記基板下で提供される検出器とともに使用されるために構成されることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記基板下で提供される励起源とともに使用されるために構成される励起源を備えたことを特徴とする請求項１８に記載のセンサ。
【請求項２０】
複数のセンサ位置を備え、前記センサ位置の各々は、バイオレコグニション（bio-recognition）の位置を提供する請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項２１】
第１の面および第２の面の上にパターニングされた少なくとも１つのフレネル構造を備える前記第１の面および前記第２の面を有する基板を備えるセンサであって、前記第１の面は、前記第１の面の上に提供される少なくとも１つのセンサ位置を有し、前記基板は、前記センサ位置において提供されるサンプルの励起中に、前記センサ位置から生じているルミネセンスが前記基板内へ伝搬するように構成され、前記基板の前記第２の面の前記フレネル構造は、前記ルミネセンスが前記基板の下に提供される検出器によって検出されるところの前記基板の外方に向いて前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスを選択的に伝送するように構成されたことを特徴とするセンサ。
【請求項２２】
前記フレネル構造は、前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスを分岐しているビームから十分にコリメートされるビームへ変換するように構成されたことを特徴とする請求項２１に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記フレネル構造は、複数のコンセントリックリング（concentric ring）を備えたことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記第２の面は、複数のフレネル構造を備え、前記フレネル構造の各々は、前記第１の面上に提供された特定のセンサ位置に関連付けられたことを特徴とする請求項２１から請求項２３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記複数のフレネル構造は、少なくとも部分的に互いにオーバーラップすることを特徴とする請求項２４に記載のセンサ。
【請求項２６】
第１の面および第２の面を有する基板を備える第１の光学素子と、第１の面および第２の面上に提供される少なくとも１つのセンサ位置を有する前記第１の面と、前記センサ位置において提供されるサンプルの励起中に、前記センサ位置から生じているルミネセンスが前記基板内へ伝搬するように構成された前記基板と、前記ルミネセンスが前記基板の下に提供される検出器によって検出されるところの前記基板の外方に向いて前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスを選択的に伝送するように構成された前記基板の前記第２の面と、第２の光学素子と、を備え、前記第２の光学素子は、前記基板から前記検出器へ出射する光の反射を行わせるように、前記第１の光学素子に関連して整列されることを特徴とするセンサ。
【請求項２７】
前記第２の光学素子は、
放物形の素子、
円錐形のミラー、
楕円形のくぼみがあるミラー、
平面のミラー、
のうち少なくとも１つから選択されたことを特徴とする請求項２６に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記検出器上の前記第２の光学素子による反射光を集束するように提供される集束レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項２６または請求項２７に記載のセンサ。
【請求項２９】
前記第２の光学素子は、放物形の素子を定義し、前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、互いに接触されたことを特徴とする請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３０】
前記第１の光学素子の前記第２の面は、前記第２の光学素子の表面上に形成された協働可能な凸部が受信可能の凹部を定義することを特徴とする請求項２９に記載のセンサ。
【請求項３１】
前記凹部は、前記第２の光学素子において定義付けられた前記凸部の入射面と十分に平行である出射面を定義することを特徴とする請求項３０に記載のセンサ。
【請求項３２】
前記第２の光学素子は、前記入射面を通して前記第１の光学素子の外側へ伝送される光の受光において、前記光が前記検出器への前記光のリダイレクションを行わせる前記第２の光学素子の放物形の側壁に対して全内部反射されるまで、前記第２の光学素子内で伝搬するように構成されたことを特徴とする請求項３１に記載のセンサ。
【請求項３３】
前記放物形の側壁は、前記光が反射のときに、前記放物形の壁によって全内部反射され、十分にコリメートされるフォームにおいて下方にリダイレクトされるように前記光の伝搬路に関連して方向付けられることを特徴とする請求項３２に記載のセンサ。
【請求項３４】
サンプルを検出する方法であって、
第１の面および第２の面を有する基板を備えるセンサを提供するステップであって、前記第２の面は、フレネル構造またはリング型光学素子を備えることと、前記第１の面は、第１の面上に提供される少なくとも１つのセンサ位置を有することと、前記基板は、前記センサ位置において提供されるサンプルの励起中に、前記センサ位置から生じているルミネセンスが前記基板内へ伝搬するように構成されることと、前記基板の前記第２の面のリング型光学素子の前記フレネル構造は、前記ルミネセンスが前記基板の下に提供される検出器によって検出されるところの前記基板の外方に向いて前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスを選択的に伝送するように構成されることと、
ルミネセンス信号を生成するように前記サンプルを励起するステップと、
前記基板の外方に向いて伝送される前記ルミネセンス信号を検出するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３５】
サンプルを検出する方法であって、
第１の面および第２の面を有する基板を備える第１の光学素子と、第１の面上に提供される少なくとも１つのセンサ位置を有する前記第１の面と、前記センサ位置において提供されるサンプルの励起中に、前記センサ位置から生じているルミネセンスが前記基板内へ伝搬するように構成された前記基板と、前記ルミネセンスが前記基板の下に提供される検出器によって検出されるところの前記基板の外方に向いて前記臨界角より大きい角度における前記基板内で伝搬する前記ルミネセンスを選択的に伝送するように構成された前記基板の前記第２の面と、第２の光学素子と、を備えるセンサを提供するステップであって、前記第２の光学素子は、前記基板から前記検出器へ出射する光の反射を行わせるように、前記第１の光学素子に関連して整列されることと、
ルミネセンス信号を生成するように前記サンプルを励起するステップと、
前記ルミネセンス信号を検出するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、センサに関連し、詳細には、発光したルミネセンス（luminescence）の集光に基づくセンサに関する。本発明は、より詳細には、臨界角より大きい角度の基板内で最初に伝搬する光を動作可能に集光するセンサ、いわゆる１つまたは複数のターゲット解析についての情報を提供する超臨界角ルミネセンス（super critical angle luminescence）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス（例えば、マイクロスコープスライド（microscope slide））、または光学ポリマー（例えば、Zeonex（登録商標））から作られた平面基板は、複合のセンサまたは生物学的認識位置（biorecognition site）がパターニング（patterning）され得る低コストの表面として、蛍光ベースの光化学および生物学的センサにおいて広く用いられる。励起を受けて、これらのセンサ位置（sensor site）からの蛍光は、基板の下でCCD若しくはCMOSベースのイメージングシステムによって検出され得る。しかし、この構成は、蛍光の異方性と基板の導光作用との組合せが原因で低い蛍光集束効率をもたらす。基板の導光作用とは、全内部反射（TIR：total internal reflection）によって基板内に閉じ込められる発光した蛍光の大きな割合をもたらすことである。さらに、多くのこのような構成について、検出光学の開口数（NA：numerical aperture）は、検出器によって受光される、伝送された蛍光のわずかな部分を少ししかもたらさない。これはこのセンサ型の光学検出機能上で著しい制限を課すことが考えられ、複数の方策は、光学検出感度を改善するように提案されている。しかし、これらの方策の一般的な特徴は、パターニングするための基板の有用性と、達成された蛍光集束の効率の強化との間のトレードオフである。例えば、このような方策の１つは、基板の上面へ光学素子を集積することによって、ルミネセンス、蛍光、および超臨界角蛍光（SAF：supercritical angle fluorescence）として知られている、より具体的な種類の蛍光の特定の種類の集束を必要とする。SAF光は、典型的に61.5 - 75°の範囲内の角度において基板内に伝搬する。しかし、光学素子として知られているこれらは、最善でないセンサの上面の連続性に作用しうる。
【０００３】
それ故、センサの上面の構成に作用しない超臨界角の最善な構成のために構成されるルミネセンスベースのセンサが必要である。
【発明の概要】
【０００４】
上記その他の問題は、センサ基板の下面の中へ光学リダイレクション素子（optical redirection element）を組み込む本教示によるセンサによって対処され、光学リダイレクション素子は、基板の上面上のセンサ位置から発光される光を選択的に伝送するように構成され、基板の外方に向いて、臨界角より大きい角度において基板内を伝搬する。基板から伝送される光は、基板によって検出器の方へ伝送される光のリダイレクションを提供するように、基板と関係して配置される相補的（complementary）光学素子の使用によってリダイレクトされ得る。検出器は、基板の下に最適に位置付けられる。このようなセンサは、超臨界角光の収集を容易にし、基板の上面の連続性の保存によって、超臨界角光の収集の利益を、その上面上のセンサ位置のパターニングを必要とする光学センサの適用に提供することを可能にする。超臨界角光の選択的な伝送は、ある種に配置において屈折プロセスを通して超臨界角光のリダイレクションを提供し、光学リダイレクション素子は、屈折可能な光学素子を提供する。本明細書内の超臨界角光という用語は、臨界角より大きい角度における基板内を典型的には伝搬し、基板の内側の表面において全内部反射される光を意味することを理解されたい。本教示により、このような光は、光が検出器を用いて後で検出されるところの基板からリダイレクトされる。
【０００５】
よって、本明細書の第１の実施形態は、請求項１に詳述されたセンサを提供する。本明細書はまた、請求項２５に詳述された方法も提供する。有利な実施形態は、従属請求項で提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
次に、本願について、添付の図面を参照して説明する。
【図１】本教示に係るセンサシステムの構成要素の第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】円錐形のミラーを用いて繰り返し集光する、集積された光学素子の使用の本教示に従う別の構成を示す概略図である。
【図３】本教示に従って基板の下面へのフレネル構造の組み込みを示す概略図である。
【図４】検出器システムにおける光学の必要なサイズを減らす、より小さな光束を提供するように、円筒状および円錐形のミラーの組合せを有する図３の配置の変形例の図である。
【図５】２つの隣り合うフレネル構造が、どのようにオーバーラップするように構成されるのか、構造の各々は、特定のセンサ位置に関連付けられることによって、基板の上面におけるセンサ位置の密度の上昇を可能にするのかを示す図である。
【図６】複数のパターニングされたフレネル構造の提供をグラフ形式で示す図である。
【図７】２つの隣り合うセンサ位置についての例示的配列を３次元で示す概略図である。
【図８】球状に集積された素子が、光を、屈折しないで伝搬できるようにし、楕円状の素子は、集束を提供するように使用される、代替の配列を示す図である。
【図９】図８で示されているように基板を組み込んだセンサシステムを通して光の道筋を示す図８の構造についての光線追跡図を示す。
【図１０】図８または図９で示されているように基板から見て下方を示す図である。
【図１１】human-IgG assayから、図９または図１０で示されているようなチップの上へ検出された光を表すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１に示されるように、本教示によるセンサは、上面１０５および下面１１０を有するセンサ基板１００を含む。上面は、基板と表板領域と呼ばれるところとの間の接触面上の領域に位置する１つのセンサ位置１１５としてここに示される１つまたは複数のセンサ位置を定義または支持するように構成される。センサ位置に位置する検体の励起中に、ルミネセンス信号１２０の枠内の光は、生成されて、基板の中を伝搬する。ルミネセンス発光は、異方性がある。表板／基板に対応する臨界角より大きい角度において伝搬する光は、超臨界角の光と考えられ、典型的な媒体は、例を挙げれば61.5−75°の角度の範囲内での伝搬とみなされ得る。ルミネセンス信号は、励起信号に依存する多くの異なる種類を有することを認識されたい。信号が蛍光信号である場合、結果として起こりえるルミネサンスは、蛍光と呼ばれたり、超臨界角蛍光（SAF：supercritical angle fluorescence）と呼ばれる臨界角よりも大きい角度において伝搬される光と呼ばれたりする。そのルミネセンス光が化学ルミネセンスまたは電気ルミネセンスプロセスから生成された場合、光信号の一部は、いわゆる超臨界角、基板／表板の接触面の臨界角より大きい角度でさらに伝搬するが、光信号の一部をＳＡＦ光に分類することが適切ではないことに理解または認識されたい。実際の角度の範囲は、基板および表板の屈折率に依存する。75°を上回る角度で伝搬する超臨界光もまた十分あり、しかし、光強度は、より大きい角度に対して急速に減る。説明の容易さのため、以下に例となる配置を、ＳＡＦ光を参照して述べる。
【０００８】
図１の断面で示されるように、基板１００の下面１１０は、基板上面と実質平行であって、対応するリダイレクション素子の上面上に形成され対応する凸部１３０と協働および接触するような大きさの凹部１２５を定義するように構成される。対応するリダイレクション素子は、この配置例では放物形の素子１３１を定義するように構成される。図１の表示は、凹部および凸部の複合型を提供するが、これは、基板の下面１１０内に定義される領域の周りに広がる窪みで形付けられる単一のリングと、リダイレクション素子１３１の上面の構造で形付けられる対応するリングに提供される対応する単一の凸部とを示す透視図内の断面の表示の結果であることを認識されたい。基板の下面および放物形の素子の上面上の構造への適合の提供によって、きつい締り嵌め（interference fit）が、基板への放物形の素子の提示により形成され得る。この配置では、凹部は、放物形の素子の凸部の入力面１４０と実質平行である出力面１３５を定義する。このように基板から出てくるＳＡＦ光は、放物形の素子に入力されるのに先立って２つの構造の各々の間の非常に小さなギャップを通過する。基板からの出力および放物形の素子へ対応する入力の各々において、その屈折が起こることを理解されたい。しかしながら、その屈折は、基板から出力する第１の方向および放物形の素子へ再入力する第２の反対方向の軌道から外れる光において、第１に補完的である。さらに、２つの構造の間の非常に小さなギャップから生じて、屈折の効果は、最小限になる。
【０００９】
放物形の素子の外側の表面１４５は、放物形の表面を定義するような大きさである。これらの表面に接して、放物形の素子の内部で伝搬する光であって、光の伝送路に関する表面の関係する角度に起因する光は、全内部反射され、実質コリメートされる形で下方にリダイレクトされる。それは、放物形の素子の下面１５０上へ実質的に直角に入射して、放物形の素子から軌道を外れずに出射して、検出器１６０の方へ通る１５５。以下に示されるように、検出器の確かな位置に向けて基板からの出射により実質的に円形のパターニングするＳＡＦ光は、２つばらばらまたは２つの組合せとして、ＣＭＯＳまたはＣＣＤアレイによって提供される典型的な種類の検出器によって選択的に収集され得る。検出器の配置１６０は、単一のブロックとして示されることを認識されたい。しかし、このブロックは、適切な場所にある検出器集合体で認識される典型的な素子を含むことを意図している。例えば、検出器集合体は、フィルタ、レンズおよび開口を前に置く検出器を含むとみなされ得る。フィルタは、通常、例えば周囲の光（ambient light）および励起光から生じる不要の波長を取り除く、狭いバンドギャップのインターフェアレンスフィルタ（interference filter）である。これらのフィルタは、正常な入射角で通常設計される。そのためコリメートされた束に光が集まる必要性がある。レンズは、開口を通して検出器上に光を集束し、付加的な不要な光を取り除くのを助ける。そのためセンサ位置からの光だけ開口を通して集束される。それ故、次に示すように、検出器配置１６０は、次の光学素子の１つまたは複数を含むことを認識されたい。
・不要な波長をフィルタするフィルタ
・（通常コリメートされた）光を検出器へ向かって集束するレンズ
・付加的な不要な光を遮断するように集束される光を通すピンホール
・実際の検出器
【００１０】
基板の協働可能な素子と固体の放物形の素子との間の相互係合（inter-engagement）を提供することによって、２つの間の光路は、液浸油を使用せずに確立する。基板の正確な製造と図１の協働する放物形の素子は、２つの間の締り嵌めと小さなギャップを提供するのに十分に必要な相互係合を提供するために必要である。これは、大量生産するのは難しいことを示す。さらに放物形の素子の正確な製造は瑣末なものではない。本教示による第２の配置は、同じ参照番号が同じ構成要素に使用される図２に示される。この配置では、変更した下面２１０を有する基板２００は、再度提供される。この配置では、しかしながら下面の変更は、基板の中へのリングレンズ２３５の組み込みであり、リングレンズは、基板２００から伝搬するＳＡＦ光のリダイレクションを提供する。このセンサ基板は、別々の素子として基板２００へ提供する例えば円錐型のミラー２３１を含む相補的な光学素子と協働可能であるように構成される。光は、リングレンズを通して基板から出射して、円錐型のミラー２３１に反射し検出器１６０上へ向かう。リングレンズは、光の軌道を外し、光をコリメートする状態を助けるように設計される。図に示すように、軌道が逸れた光線は、円錐型のミラーによってコリメートされた束に形成される。図１と同様に、光学的結合は、提供されるセンサ位置上の基板の下流で光学素子の間で必要とされない。図２のこの配置では、円錐型ミラーとチップの外側の集束レンズとが一体となった「リングレンズ」は、上述したように大量生産には難しい放物形の素子を必要とせずに、ＳＡＦ光を再集束する。しかしながら、このような配置では、発光は、光のコリメートされた大きなリングを形成し、集束するための大きなレンズおよび、より重要に、非常に大きな発光フィルタかレンズの後続のより小さなフィルタのいずれかを必要とする。
【００１１】
図３に、浅いフレネル状の構造４３５が、集積された光学素子として下面４１０上に形成される、基板４００の下面に対する更なる変形例を示す。フレネル構造は、複数のコンセントリックリング（concentric ring）を備え、リングの各々は、単一のレンズの薄い部分から成ることを認識されたい。基板の下面上の摂動等を提供することにより、基板４００内を伝搬していて、下面４１０において通常、全内部反射するSAF光１２０は、基板から伝送される。フレネル構造４３５は、発散ビームから実質上コリメートされたもの４２０へ伝搬するビームの変更も生じさせる。このように単一ミラーの表面または反射板（reflector）４３１は、検出器１６０の方へコリメートされたビーム４２０を下方に反射するように用いられ得る。フレネルリングが成形プロセスを通して製造されるとき、成形段階において基板の中へこれらを容易く集積することが可能になる。さらに、このようなリングは、基板の構造的な整合性に影響を与えない下面上の浅い摂動を形成し、基板が比較的薄い構造として維持されるようにして、基板の上面のシンクマーク（sink mark）の形成の可能性を取り除く。相補的な反射板との組合せでのフレネル構造は、光の再集束を可能にする。このような配置の利点は、小さな開口を有する検出器と一緒に用いられ、任意の周囲／自動蛍光／散乱光他が検出器に到達することをブロックすることである。
【００１２】
図４に、円錐形のミラー２３１との組合せで円筒状３３２ミラーを提供する図３の配置のような変化を示す。この方法では、発光は、複数のコリメートした、より小さな束を形成し、束は、フィルタされ、より小さな（より安価な）素子により再集束され、大きなフィルタの必要性も取り除く。
【００１３】
図３および図４に示されるようなフレネル構造の使用は、複数のセンサ位置１１５に対して、互いに近くで上面上に提供されることを可能にするという点において大いに有利であり、すぐ隣および隣接する位置（site）の各々から伝播するＳＡＦ光は、基板内にオーバーラップするように十分に近接する。図５に示すように、図５は、隣り合う２つのフレネル構造４３５ａ、４３５ｂの様子を示す図であり、基板の下面は、互いにオーバーラップする２つの構造の各々を有するようにパターニングされ得る。第１および第２のセンサ位置のそれぞれは、それぞれのフレネル構造の中点に対応する基板の上面上の場所において形成され、それゆえフレネル構造がオーバーラップできないほど、お互いに非常に近づく。
【００１４】
図６に、この１つの例から派生する、より複雑な配置を示し、複数のオーバーラップする構造が提供される様子を示す。図７に示すように、構造の各々は、協働するレンズ７５０とともに提供され、レンズは、フレネル構造により基板から伝送され協働する光学素子により反射される励起光を集束するため、それぞれのフレネル構造の中心と同軸上に配置される。
【００１５】
フレネル構造の個別のリングの各々は、基板からのＳＡＦ光の反射を提供することを認識されたい。反射可能な構造の個別の素子は、以下に数学的に示される。
【００１６】
【数１】
2013527451.tif 000003
【００１７】
ここでαは、素子と基板の水平面とがなす角度であり、φ0は、基板の水平面からの見掛けの反射角であり、θは、入射光と屈折光と間の角度の差である。
【００１８】
図８から図１０に、ＳＡＦ光が伝播するところの中で基板８２０の下面８１０を通って出射する、他の全内部反射されるＳＡＦ光を提供するように本教示の文脈内で役立つように採用されるさらなる構造を示す。この構造では、図２の配置と同様に、単一の球形のリング構造８３５は、リングレンズの代わりに定義される。それゆえ、屈折が起こらない。ＳＡＦ光は、楕円形にくぼんだミラー８３１によって下方に提供される検出器１６０上へ集束される。チップ上のリング型の球形構造は、反射しないＳＡＦ光を集束するが、実質的に光のコリメーション（collimation）がないような構造を用いることを理解されたい。ＳＡＦ光は、構造に直角に伝送し、ＳＡＦ光を集束する、楕円形にくぼんだミラー８３５に衝突する。必要とされる部品が非常に少ないため、この設計は、集光のために焦点を共有する光学設定を作り上げる方法であって、とても容易で安価な方法である。図１０で示されるような底面図では、リング構造８３５は、底面８１０において定義され、基板の底から中の方に広がる複数の個別の表面１０３５ａ、１０３５ｂを備えることがわかるであろう。これら個別の表面のこれらの空間と大きさは、ＳＡＦ光の効率的な捕集に最適であり得る。
【００１９】
任意の１つの励起源は本発明の教示の制限を意図しないが、図９に、基板の下に提供される光源９５０の使用によって（この配置例ではレーザーとして提供される）、センサ位置１１５が下からどのように励起されるかを示す。光は、コリメートされ、またはピンホールの使用を通して別に最適化され、および当業者が認識されるであろう態様であり得る。基板の下からのサンプルのこのような励起は、本明細書に記載される他の構造のいずれか１つを採用し得ることを認識されたい。
【００２０】
図１１に、図９および図１０で示されるようなリング型の球形の構造を使用して、基板の上面と結合するHuman IgGサンプルから生成するＳＡＦ光が、屈折しない適切な角度における基板から出射するサンプル位置（site）を提供することを可能にするため、どのように使用されるかを示す。ＳＡＦ光は、構造から直角に出射して、ＳＡＦ光を検出器１６０へ集束する楕円形のくぼんだミラー８３１に衝突する。
【００２１】
明細書に記載された構造は、静的光学（static optics）を採用し、ＳＡＦ光が通常伝播するところの中の基板内に別の方法で留まるＳＡＦ光を選択的に集光および再集束するように用いられることを認識および理解されたい。基板の下面上の１つまたは複数の摂動を提供することによって、基板の上面の整合性に影響を与えずに関連のある浅い基板の構造を提供することが可能である。液浸油または個別の素子の間の他の流体の光学的結合部品を必要とせずに光学システムの複数の素子との間に光路を提供することが可能である。２つまたは２つ以上のセンサ位置が同じ基板上に組み込まれ、基板内の伝送においてＳＡＦ光のオーバーラップが生成される、多重化される配置を提供するようにこのような構造も生成することが可能である。このような配置は、基板の利用可能な表面上のセンサ位置の光強度の増幅を可能にする。本教示を用いて、移動しない部品が必要な光路を提供するのに必要であるという点において固定されたリーダー（reader）を提供することを可能にすることを認識されたい。
【００２２】
基板の配置例は、記述された基板からの発光角度の選択された範囲内で基板内を伝播する光の伝送を強化するように構成される下面を有することを理解されたい。基板は、検出器へ伝送される光のリダイレクションを提供する、協働する反射可能な光学素子を用いて使用され得る。本教示により提供される主な利点の１つは、センサシステムがＳＡＦの集光を容易にし、基板の上面の連続性を保持することによって、ＳＡＦの集光の利益をセンサ位置のパターニングが必要な光学センサの適用に提供されることを可能にすることである。さらに、配置例の各々の単純な配置は、複数の方法による低コストにおける製造を可能にする。複数のセンサ位置の使用によって、このようなシステムは、複数の解析の適用における使用のために構成され得ることを認識されたい。
【００２３】
含む／含んでいるという語は、本明細書で用いられる場合、述べられた特徴、完全体、
ステップ、または構成要素の存在を明示することになるが、１つまたは複数の他の特徴、
完全体、ステップ、構成要素、またはこれらの群の存在または追加を排除しない。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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