(57)【要約】  コンパクトなマイクロプレート画像化システムであって、チューナブル光源と、光源をマイクロプレート上に視準し、マイクロプレートから反射された光を透過させるレンズアンサンブルと、反射光の一部分を逸らすビームスプリッタと、逸らされた光を収集し、マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの光画像を生じさせる画像化レンズと、マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの光画像を受け取るイメージセンサとを含む、システム。明細書において更に説明するコンパクトマイクロプレート画像化システムを用いてセンサをインターロゲートする方法も又、開示される。
2014517270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンパクトなマイクロプレート画像化システムであって、
マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅を有するチューナブル光源と、
前記光源をユーザ提供マイクロプレート上に視準して前記マイクロプレートから反射された光を透過させるレンズアンサンブルと、
前記反射光の一部分を逸らすビームスプリッタと、
逸らされた光を収集し、前記マイクロプレートの前記少なくとも１つのセンサの光画像を生じさせる画像化レンズと、
前記少なくとも１つのセンサの前記光画像を受け取るイメージセンサとを含む、システム。
【請求項２】
前記レンズアンサンブルは、単一集束レンズ又はレンズ群を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記レンズ群は、集束レンズ及び対物レンズを含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記集束レンズ及び前記対物レンズの相互作用により、ビームエキスパンダが構成される、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記対物レンズは、２つの球面レンズを含むレンズ群から成る、請求項３又は４記載のシステム。
【請求項６】
前記対物レンズは、単一の非球面を有する、請求項３〜５のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項７】
前記対物レンズは、少なくとも２つの非球面を有する、請求項３〜６のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項８】
前記チューナブル光源は、実質的に視準されたＬＥＤ及びチューナブル光フィルタを含む、請求項１〜７のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項９】
前記マイクロプレートの前記少なくとも１つのセンサからの反射ビームは、前記イメージセンサ上に像を作る前に、同一の前記ビームスプリッタ、前記画像化レンズ及び前記レンズアンサンブルの少なくとも対物レンズを通過する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１０】
前記イメージセンサは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ又はこれらの組み合わせから成る、請求項１〜９のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１１】
前記画像化レンズの光学的ストップは、前記対物レンズの焦点のところに位置決めされている、請求項３〜１０のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１２】
前記単一の集束レンズは、非球面レンズであり、マイクロプレート上に一様な照明をもたらす、請求項２〜１１のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１３】
前記対物レンズのディストーションは、前記画像化レンズのディストーションを補償する、請求項３〜１２のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１４】
前記マイクロプレートは、２枚又は３枚以上のマイクロプレートから成る、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１５】
前記マイクロプレートは、前記マイクロプレートの分数部分を含む、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１６】
前記画像化システムは、共振導波路格子バイオセンサのための掃引波長光学的インターロゲーション画像化システム、共振導波路格子バイオセンサのための角度インターロゲーションシステム、空間走査波長インターロゲーションシステム、表面プラズモン共振画像化システム又はこれらの組み合わせを含む、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載のシステム。
【請求項１７】
請求項１〜１６のうちいずれか一に記載のシステムを用いてマイクロプレートの共振導波路センサをインターロゲートする方法であって、
前記マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅を有するチューナブル光源から光ビームを放出するステップと、
前記光ビームをレンズアンサンブルにより１つ又は２つ以上のインターロゲーションビームに変換するステップと、
前記インターロゲーションビームのうちの１つ又は２つ以上により前記マイクロプレートの１つ又は２つ以上のセンサを照明するステップと、
前記照明された１つ又は２つ以上のセンサの反射光を収集するステップと、
イメージセンサ上に像を形成するステップとを含む、方法。
【請求項１８】
前記マイクロプレートは、複数枚のマイクロプレート、単一のマイクロプレート、マイクロプレートのフラクション部分又はこれらの組み合わせを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
ラベルフリー画像化装置であって、
光学式文字読取り装置を含み、前記光学式文字読取り装置は、
少なくとも１つの光センサを有するマイクロプレートを受け入れる入れ物と、
前記マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅を有するチューナブル光源と、
前記チューナブル光源を前記マイクロプレート上に視準して前記マイクロプレートから反射された光を透過させるレンズアンサンブルと、
透過された前記光の一部分を逸らすビームスプリッタと、
逸らされた光を収集して画像ビームを生じさせる画像化レンズと、
前記画像ビームを受け取ってこれを画像化するイメージセンサとを含む、装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置内に設けられたエバネッセント波センサを読み取る方法であって、
前記入れ物をウェルを備えたマイクロプレートに係合させることによってマイクロプレート組立体を形成するステップを含み、少なくとも１つのウェルは、少なくとも１つのセンサを有し、
前記マイクロプレートを前記視準されたチューナブル光源で照明するステップを含み、
前記反射光を前記照明されたマイクロプレートから収集するステップを含み、
前記反射光の像を前記イメージセンサ上に形成するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容、即ち、本発明は、一般に、センサを画像化するコンパクトな装置及び方法に関する。
【０００２】
〔関連出願の説明〕
本願は、２０１１年４月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／４８０，６９８号並びに２０１２年２月１３日に出願された米国特許出願第１３／３７１，６９３号の優先権主張出願であり、かかる米国特許仮出願及び米国特許出願を参照により引用し、これらの記載内容全体を本明細書の一部とする。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、例えばラベル独立検出のためのマイクロプレート光学式文字読取り装置に用いられるセンサを画像化するコンパクトな装置及び方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】例示のコンパクトなラベルフリー画像化システムの略図である。
【図２】インターロゲーション角度の関数としての共振導波路（ＲＷＧ）センサの共振波長を示すグラフ図である。
【図３】フルプレート画像化のためのデュアル両凸球面対物レンズ設計を利用した展開状態の光学レイアウトを示す図である。
【図４】フルプレート画像化のため非球面デュアルレンズ対物レンズ設計を利用した展開状態の光学レイアウトを示す図である。
【図５】デュアル両凸レンズ設計（５ａ）及び非球面レンズ設計（５ｂ）のための１６ｍｍＦ１．４レンズ（実線）及び６ｍｍＦ１．４レンズ（破線）の絞りサイズと比較した画像化レンズのアパーチュア停止平面のところのスポット図である。
【図６】完全なＣＣＤ画像化レンズを想定したシミュレートされた画像化システムを示す図である。
【図７】０．４３％まで最小限に抑えられた球面光学系画像化システムのグリッドディストーションを示す図（７ａ）及び０．２７％まで最小限に抑えられた非球面光学系画像化システムのグリッドディストーションを示す図（７ｂ）である。
【図８】デュアル両凸対物レンズを含むエッジ効果システムを用いて測定されたセンサマイクロプレートのカラー画像の共振波長グレースケールバージョンを示す図である。
【図９】非球面対物レンズを含むシステムを用いて測定されたセンサマイクロプレートのカラー画像の共振波長グレースケールバージョンを示す図である。
【図１０】デュアル両凸対物レンズを含むシステムを用いて測定されたセンサマイクロプレートのカラー画像の共振光出力グレースケールバージョンを示す図である。
【図１１】非球面対物レンズを含むシステムを用いて測定されたセンサマイクロプレートのカラー画像の共振光出力グレースケールバージョンを示す図である。
【図１２】球面収差を是正するために単一要素非球面対物レンズを利用した展開状態の光学レイアウトを示す図である。
【図１３ａ】更に器材高さを一段と減少させるために用いられる１２ｍｍ焦点距離を示す図である。
【図１３ｂ】ＣＣＤレンズの−１．５％ディストーションを補償するよう１．５％であるよう設計された画像ディストーションを示す図である。
【図１４】フルプレート画像化のためのスーペリアデュアルエレメント球面対物レンズを利用した展開状態の光学レイアウトを示す図である。
【図１５】１６ｍｍＦ１．４レンズ（実線）及び６ｍｍＦ１．４レンズ（破線）の絞りサイズと比較した画像化レンズのアパーチュア停止平面のところのスポット図である。
【図１６】球面光学系画像化システムのグリッドディストーションが約４．５％であることを示す図である。
【図１７】フルプレート画像化のためのデュアル平凹球面対物レンズを利用した展開状態の光学レイアウトを示す図である。
【図１８】１６ｍｍＦ１．４レンズ（実線）及び６ｍｍＦ１．４レンズ（破線）の絞りサイズと比較とした画像化レンズのアパーチュア停止平面のところのスポット図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図面を参照して本発明の種々の実施形態について詳細に説明する。種々の実施形態の参照は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載にのみ基づいて定められる。加うるに、本明細書に記載された実施例は、本発明を限定するものではなく、クレーム請求された本発明について考えられる限り多くの実施形態のうちの幾つかを説明しているに過ぎない。本発明の任意の観点、任意の特徴又は任意の実施形態は、特許請求の範囲に記載された１つ又は２つ以上の他の観点、特徴又は実施形態と任意の組み合わせ状態で又は置換した状態で利用できる。
【０００６】
定義
「バイオセンサ」、「センサ」等の用語は、適当な装置と組み合わせて所望の分析物又は状態を検出することができる物品を意味している。バイオセンサは、生物学的コンポーネントと物理化学的検出器コンポーネントを組み合わせたものである。バイオセンサは、代表的には、３つの部分、即ち、生物学的コンポーネント又は要素（例えば、組織、微生物、病原体、細胞、細胞成分、受容体等又はこれらの組み合わせ）、検出器要素（物理化学的仕方で、例えば、光学的、圧電的、電気化学的、温度測定的、磁気的等の仕方で動作する）及び両方のコンポーネントと関連したトランスデューサから成る。実施形態では、バイオセンサは、表面境界細胞成分又は細胞、例えばタンパク又は受容体中で生じる分子認識、分子相互作用、分子刺激等の事象を検出可能な且つ定量化可能な信号に変換することができる。本明細書で用いられるバイオセンサは、静的、動的又はこれらの組み合わせである液体取り扱いシステムを含む場合がある。本発明の実施形態では、１つ又は２つ以上のバイオセンサをマイクロ物品中に組み込むことができる。バイオセンサは、有用なツールであり、幾つかの例示の使用及び形態が例えば２００６年１２月１０日付けで公開されたファン・イー等（Fang, Y., et al.）名義で公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１３５３９明細書（国際公開第２００６／１０８１８３号パンフレット）（発明の名称：Label-Free Biosensors and Cells）及び米国特許第７，１７５，９８０号明細書に開示されている。侵入深さ、検出ゾーン又は検知ボリュームを有するバイオセンサ利用細胞アッセイが記載されており、これについては、例えば、ファン・イー等，「レゾナント・ウェーブガイド・グレーティング・バイオセンサ・フォー・リビング・セル・センシング（Resonant waveguide grating biosensor for living cell sensing）」，２００６年，バイオフィジカル・ジャーナル（Biophys. J.），９１，１９２５‐１９４０を参照されたい。マイクロフルイディック物品も又、有用なツールであり、幾つかの例示の使用、形態及び製造方法が例えば米国特許第６，６７７，１３１号明細書及び同第７，００７，７０９号明細書に開示されている。米国特許出願公開第２００７／０１４１２３１号明細書及び米国特許第７，１７５，９８０号明細書は、マイクロプレート組立体及び方法を開示している。これら特許文献を参照により引用し、これらの記載内容全体を本明細書の一部とする。
【０００７】
本発明の装置及び方法は、ラベル独立検出（label-independent detection ：ＬＩＤ）を利用したバイオセンサ、例えばＥｐｉｃ（登録商標）システム又は表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を利用したシステムに特に好適である。本発明の物品及び方法は又、別のＬＩＤセンサ、例えば二重偏波干渉分光法（ＤＰＩ）と適合性がある。実施形態では、バイオセンサシステムは、例えば、共振導波路格子バイオセンサのための掃引波長光学的インターロゲーション画像化システム、共振導波路格子バイオセンサのための角度インターロゲーションシステム、空間走査波長インターロゲーションシステム、表面プラズモン共振画像化システム並びに同様なシステム及び用途又はこれらの組み合わせを含む場合がある。
【０００８】
共通所有者且つ共通譲受人の係属中の米国特許出願ＵＳＳＮ１３／０２１，９４５号明細書及び同第１２／９３９，６０６号明細書は、マイクロプレートを光学的に読み取るシステム及び方法を開示している。これら特許文献及び対応の暫定的用途を参照により引用し、これらの記載内容を本明細書の一部とする。
【０００９】
例えば量、寸法、プロセス温度、プロセス時間等の値並びにこれらの範囲を修飾し、本発明の実施形態を説明する際に用いられる「約」という用語は、例えば用いられる代表的な測定及び取り扱い手順により、これらの手順における偶発的な誤差により、コンポーネントの製造、源又は品質の差による等の検討事項により生じる恐れのある数値的量のばらつきを意味している。「約」という用語は又、コンポーネントのエージング又はコンポーネントに対する環境による影響に起因して異なる量を含む。本明細書に添付された特許請求の範囲は、これらの「約」量の相当語句を含む。
【００１０】
「オプションの」、「オプションとして」等のような用語は、その後に説明する事象又は環境が起こることができる又は起こることができないことを意味すると共に説明に事象又は環境が起こる場合及び起こらない場合を含むことを意味している。例えば、「オプションとしてのコンポーネント」等のような表現は、このコンポーネントが存在することができ又は存在することができず、又、本発明がそのコンポーネントを含み又は排除した実施形態の両方を含むことを意味している。
【００１１】
実施形態において「本質的に〜から成る（consisting essentially of ）」という表現は、例えば、光学式文字読取り装置及び関連コンポーネント、アッセイ、アッセイを用いて化合物を選別する方法及び本発明の物品、器具又は任意の装置を意味し、かかる表現は、特許請求の範囲に記載されたコンポーネント又はステップに本発明の物品、装置又は製造及び使用方法の基本的且つ新規な特性に著しい影響を及ぼさない他のコンポーネント又はステップ、例えば特定のコンポーネント、特定の光源又は波長、特定の表面改造手段若しくは条件又は同様な構造、材料又は選択されたプロセス変数を加えて含んでも良いことを意味している。本発明のコンポーネント又はステップの基本的特性に著しい影響を及ぼし又は本発明の望ましくない特性又は観点を与える場合のあるアイテムとしては、例えば、放射線源又は画像記録装置の望ましくない向きが挙げられる。
【００１２】
原文明細書において用いられている不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”及びその対応の不定冠詞“ｔｈｅ”は、別段の指定がなければ、少なくとも１つ又は１つ若しくは２つ以上を意味している。
【００１３】
当業者には周知である略語（例えば、１時間又は複数の時間について“ｈ”又は“ｈｒ”、室温について“ｒｔ”、ナノメートルについて“ｎｍ”等の略語）が用いられる場合がある。
【００１４】
コンポーネント、時間、操作等の観点について開示された特定の且つ好ましい値及びこれらの範囲は、例示に過ぎず、これらは、他の規定された値又は規定された範囲内の他の値を排除するものではない。本発明の物品、装置及び方法は、任意の値又は値、特定の値、より特定の値及び本明細書において説明した好ましい値の任意の組み合わせを有する物品、装置及び方法を含む。
【００１５】
コーニング・インコーポレイテッド（Corning, Inc.）のＥｐｉｃ（登録商標）システムは、生体分子相互作用及び生きている細胞を研究するための高スループットラベルフリー検出技術プラットホームである。市販のＥｐｉｃ（登録商標）器材は、マイクロプレート内の各バイオセンサの平均応答を検出することができる。ラベルフリー画像化方法は、技術進歩を続けており、今や、各センサ内の空間分解ハイコンテントラベルフリー応答を提供することができる（これについては、例えば、ゴリアー等（Gollier et al.）に付与された共通所有者且つ共通譲受人の米国特許第７，５９９，０５５号明細書（発明の名称：Swept wavelength imaging optical interrogation system and method for using same）を参照されたい）。この米国特許を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００１６】
実施形態では、本発明は、生物化学的な生きている細胞及び同様なラベル独立検出（ＬＩＤ）アッセイのための光学式文字読取り装置による画像化のためのコンパクトでしかも安価な装置及び方法を提供する。
【００１７】
共振導波路格子（ＲＷＧ）を利用したＥｐｉｃ（登録商標）バイオセンサをインターロゲート（interrogate ）する掃引波長画像化システムが文献記載されていると共に実証されている。これについては、例えば、共通所有者且つ共通譲受人の米国特許第７，５９９，０５５号明細書を参照されたい。米国特許第７，５９９，０５５号明細書に記載された光学システムは、ＳＢＳフォーマットのマイクロプレート全体をインターロゲートするよう設計されていた。この技術は、最近、狭帯域チューナブルレーザの使用から最適な時間的且つ空間的コヒーレンス方式のチューナブル光源に技術進歩した（これについては、２００９年１１月１０日に出願された共通所有者且つ共通譲受人の同時係属米国特許出願第１２／９３９６０６号明細書（発明の名称：Tunable light source for label independent optical reader）を参照されたい）。チューナブル光源は、チューナブルレーザ及び市販のチューナブルフィルタと比較してコストは極めて低い。より重要なこととして、チューナブル光源は、光学スペックルをなくすと共にデータ処理を単純化した。チューナブル光源の初期実演は、マイクロプレートの４×３ウェルをカバーし且つ直径１インチ（１インチは、２．５４ｃｍ）の光学部品を主として用いた視野の画像化システムを利用した。
【００１８】
係属中の米国特許出願第１２／９３９６０６号明細書に記載された器材の機能をスケールアップすることは、米国特許第７，５９９，０５５号明細書に記載された同様な方式に続くものである。一方式では、光源は、所望のプレート領域を照明するよう光学的に拡張され、テレセントリックレンズは、照明された領域をイメージセンサ中に画像化した。しかしながら、別々の照明及び画像化光学部品を設けることにより、結果的に得られる器材は、比較的大きなフットプリント（例えば、約２４インチ×１２インチ、即ち、約２８８平方インチ（１平方インチは、約６．４５ｃｍ２））を有する。
【００１９】
蛍光画像化プレート読取り装置（ＦＬＩＰＲ）（これについては、ジェイ・ウー・ジアン等（J. Wu Jiang, et al.），「ファスト・アンド・ワイド‐フィールド・レフレクティブ・オプティク・システム・フォー・イメージング・マイクロプレート・リーダーズ（Fast and wide-field reflective optic system for imaging microplate readers），２００４年，プロシーディングス・オブ・ザ・インターナショナル・ソサエティ・フォー・オプティカル・エンジニアリング（Proc. SPIE），第５３２８巻，第１号，ｐ．８７‐９６を参照されたい）がイオンチャネル細胞アッセイの研究において広く用いられると共にマイクロプレートフォーマットの測定用反射干渉分光法（ＲｉＦＳ）センサに関する報告も又存在する（これについては、オー・バーカーツ等（O. Birkert, et al.），「ラベル‐フリー・パラレル・スクリーニング・オブ・コンビネートリアル・トリアジン・ライブラリーズ・ユージング・レフレクトメトリック・インターフェース・スペクトロスコピー（Label-free parallel screening of combinatorial triazine libraries using reflectometric interference spectroscopy），２００２年，アナリティカル・ケミストリ（Analytical Chemistry），第７４巻，第４号，ｐ．８３４‐８４０を参照」が、これら光学システムは、効率的な蛍光収集かオフノーマル角度画像化かのいずれかのために設計されている。フルプレートＲＷＧセンサを画像化する光学的な設計基準は、互いに著しく異なっている。
【００２０】
実施形態では、本発明は、例えば照明と画像化の両方に使用できる単一の共通広視野テレセントリック（ＷＦＴ）対物レンズの共用を含む場合のある従来のシステムよりもコンパクトなアーキテクチャを提供する。ＷＦＴ対物レンズの有効性を最大にすることは、システム性能の重要な観点である。実施形態では、本発明は、改良型のコンパクトなラベルフリー画像化システムの設計及び具体化を提供する。
【００２１】
実施形態では、本発明は、ラベルフリー画像化のためのコンパクトで且つ費用効果が良く、しかもスケール変更可能な光学システムの設計及び拡張をもたらす。ＷＦＴ対物レンズ又はレンズ群を照明ビーム拡張経路と画像化経路との間で共用することができる。デュアル両凸光学設計がコンパクトなフルプレートを画像化システムにおいて実証された。例えば、両凸レンズのうちの１つを非球面レンズで置き換えることによって光学性能を向上させることができる。実施形態では、器材サイズを一段と減少させることができる単一要素両非球面対物レンズ設計が提供される。実施形態では、別の設計により、画像ディストーションを犠牲にして低い球面収差を得るための性能を向上させた非球面光学部品が提供される。
【００２２】
開示される光学的設計は、例えば、約８０パーセント〜約９５パーセント小さいフットプリント及び約９０パーセント〜約９５パーセント少ない容積を有する従来実証されたシステムよりも非常に小さなフットプリント（例えば、約２４インチ×１２インチ、即ち約２８８平方インチと比較して、約１０インチ×４インチ、即ち、約４０平方インチ）及び非常に小さな全体的寸法（例えば、約２４インチ×１２インチ×１８インチ、即ち、約５１８４立方インチ（１立方インチは、１６．３９ｃｍ３）と比較して、約１０インチ×４インチ×１１インチ、即ち、約４４０立方インチ及び約１１インチ×４インチ×８インチ、即ち、約３２０立方インチ）を有する。
【００２３】
開示されるＷＦＴ対物レンズの利点は、これが容易に製造できると共に費用効果が非常に高いということにある。このシステムは、低い画像ディストーション及び低い球面収差を提供する上で特に効果的である。非球面設計実施形態は、球面収差により生じる波長ばらつきをなくし、しかも、プレートを横切って低い角度感度を可能にする。単一要素両非球面レンズを用いると、器材高さを約８インチ以下に減少させることができる。
【００２４】
放射線源は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び同様な低又は非コヒーレント光源であるのが良い。所望ならば他の放射線源を選択することができ、かかる放射線源を開示する装置及び方法に適切に利用することができる。放射線源は、代替的に又は追加的に、例えば、蛍光入射ビーム又は蛍光を誘発させる入射ビームを提供することができる蛍光源であっても良い。
【００２５】
実施形態では、本発明は、コンパクトなマイクロプレート画像化システムであって、
マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅を有するチューナブル光源と、
光源をユーザ提供マイクロプレート上に視準してマイクロプレートから反射された光を透過させるレンズアンサンブルと、
反射光の一部分を逸らすビームスプリッタと、
逸らされた光を収集し、マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの光画像を生じさせる画像化レンズと、
少なくとも１つのマイクロプレートセンサの光画像を受け取るイメージセンサとを含むことを特徴とするシステムを提供する。
【００２６】
実施形態では、本発明は、フルプレート又はマイクロプレート掃引波長画像化システムであって、
フルプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅、例えば共振幅の０．３〜３倍のスペクトル幅を有するチューナブル光源と、
チューナブル光源をフルプレート上に視準すると共にフルプレートから反射された光を透過させるレンズアンサンブルと、
透過光の一部分を逸らすビームスプリッタと、
逸らされた光を収集し、フルプレートの少なくとも１つのセンサの光画像を生じさせる画像化レンズと、
フルプレートの少なくとも１つのセンサの光画像を受け取るイメージセンサとを含むことを特徴とするシステムを提供する。
【００２７】
レンズアンサンブルは、例えば、例えば非球面用途向きの単一集束レンズであるのが良い。代替的に又は追加的に、レンズアンサンブルは、例えば、例えば球面用途向きのレンズ群であっても良い。レンズアンサンブルのレンズ群は、例えば、集束レンズ及び対物レンズであるのが良く、例えば、図１に示されている集束レンズ３４０及び対物レンズ１１０（即ち、１２０，１３０）であるのが良い。
【００２８】
レンズアンサンブルは、視野全体にわたって法線入射角度でフルプレート又はマイクロプレートの少なくとも１つのマイクロプレートセンサ、好ましくは全てのマイクロプレートセンサを例えば約１０ｍｒａｄ、より好ましくは２ｍｒａｄ、例えば約０．１〜１０ｍｒａｄ、約０．１〜５ｍｒａｄ、約０．５〜２ｍｒａｄの精度で一様に照明するよう選択されるのが良く、精度は、ｍｒａｄ精度の値の下限についてのマイクロプレート平坦度特性で決まる場合がある。
【００２９】
集束レンズと対物レンズの相互作用により、例えば、ビームエキスパンダを構成できる。
【００３０】
実施形態では、対物レンズは、例えば、２つの球面レンズを含むレンズ群であるのが良く、これについては、例えば、平凸レンズに関する実施例１及び実施例４を参照されたい。
【００３１】
実施形態では、対物レンズは、例えば、単一の非球面のものであるのが良い。実施形態では、対物レンズは、例えば、少なくとも２つの非球面のものであるのが良い。
【００３２】
実施形態では、チューナブル光源は、例えば、実質的に視準されたＬＥＤ及びチューナブル光フィルタを含むのが良い。放射線源は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び同様な低又は非コヒーレント光源であるのが良い。他の放射線源を必要ならば選択することができ、かかる他の放射線源は、開示する装置及び方法に適正に適合したものであるのが良い。代替的に又は追加的に、放射線源としては、例えば、蛍光入射ビーム又は入射ビームを含む蛍光を提供することができる蛍光源が挙げられる。
【００３３】
実施形態では、マイクロプレートの少なくとも１つのセンサからの反射ビームは、イメージセンサ上に像を作る前に、同一のビームスプリッタ、画像化レンズ及びレンズアンサンブルの少なくとも対物レンズを通過するのが良い。
【００３４】
実施形態では、イメージセンサは、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、これらと同様なイメージセンサ装置又はこれらの組み合わせであるのが良い。
【００３５】
実施形態では、画像化レンズの光学的ストップは、例えば、対物レンズの焦点のところに位置決めされるのが良く、これについては、例えば、図６に示されているアパーチュアの配置場所を参照されたい。
【００３６】
実施形態では、単一集束レンズは、非球面レンズであるのが良く、かかる単一の集束レンズは、マイクロプレート上に一様な照明を提供することができる。非球面レンズは、好ましくは、球面収差が小さい。
【００３７】
実施形態では、対物レンズのディストーションは、例えば負のディストーション、正のディストーション又はこれらの組み合わせを含む画像化レンズに起因するディストーションを補償することができる。
【００３８】
実施形態では、システムは、単一のマイクロプレート、単一のフルプレート又は多くのマイクロプレートの分数部分を同時に画像化することができる。実施形態では、「マイクロプレート」は、例えば、多数のマイクロプレート、例えば２〜２０枚以上のプレートであるのが良い。実施形態では、「マイクロプレート」は、例えば、マイクロプレートの分数部分、例えば１／２、１／３、１／４、１／５、１／６及び中間値及び範囲を含む同様な分数であるのが良い。
【００３９】
実施形態では、本発明は、上述のシステム又は装置のうちの任意のものを用いてマイクロプレートの共振導波路（ＲＷＧ）センサをインターロゲートする方法であって、
マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅を有するチューナブル光源から光ビームを放出するステップと、
光ビームをレンズアンサンブルにより１つ又は２つ以上のインターロゲーションビームに変換するステップと、
インターロゲーションビームのうちの１つ又は２つ以上によりマイクロプレートの１つ又は２つ以上のセンサを照明するステップと、
照明された１つ又は２つ以上のセンサの反射光を収集するステップと、
イメージセンサ上に像を形成するステップとを含むことを特徴とする方法を提供する。
【００４０】
実施形態では、本発明は、ラベルフリー画像化装置であって、
光学式文字読取り装置を含み、光学式文字読取り装置は、
少なくとも１つの光センサを有するマイクロプレートを受け入れる入れ物と、
マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅を有するチューナブル光源と、
チューナブル光源をマイクロプレート上に視準してマイクロプレートから反射された光を透過させるレンズアンサンブルと、
透過された光の一部分を逸らすビームスプリッタと、
逸らされた光を収集して画像ビームを生じさせる画像化レンズと、
画像ビームを受け取ってこれを画像化するイメージセンサとを含むことを特徴とする装置を提供する。
【００４１】
実施形態では、本発明は、上述の装置内に設けられたエバネッセント波センサを読み取る方法であって、
入れ物をウェルを備えたマイクロプレートに係合させることによってマイクロプレート組立体を形成するステップを含み、少なくとも１つのウェルは、少なくとも１つのセンサを有し、
マイクロプレートを視準されたチューナブル光源で照明するステップを含み、
反射光を照明されたマイクロプレートから収集するステップを含み、
反射光の像をイメージセンサ上に形成するステップとを含むことを特徴とする方法を提供する。
【００４２】
光学式文字読取り装置は、例えば約０．５〜約１，０００マイクロメートル、約１〜約１，０００マイクロメートル、約１〜約１００マイクロメートル、約１〜約１０マイクロメートル、約５〜約１０マイクロメートル（任意の中間範囲及び値を含む）の空間分解能を有するのが良い。
【００４３】
この装置は、例えば、マイクロプレート、ウェルプレート、マイクロプレートスライダ、チップフォーマット又は同様な分析物容器、支持部材又はサンプル保存物品を更に有するのが良く、オプションとして、例えばマイクロフルイディックフロー施設を含む。実施形態では、装置は、少なくとも１つのウェルを備えた少なくとも１つのマイクロプレートを有するのが良く、このウェルの中には少なくとも１つの光センサが設けられ、センサが、信号領域及びオプションとしての基準領域を有する。マイクロプレートは、例えばコーニング・インコーポレイテッドから市販されているウェルのアレイであるのが良い。
【００４４】
実施形態では、本発明は、少なくとも１つのセンサを備えた係合状態のユーザ提供マイクロプレートを有する上述の装置でエバネッセント波センサを読み取る方法を提供する。
【００４５】
実施形態では、受け入れられ又は提供されるマイクロプレート（加工物）は、例えば、約１０マイクロメートル〜約１０，０００マイクロメートル、約５０マイクロメートル〜約１０，０００マイクロメートル、約１００マイクロメートル〜約１，０００マイクロメートル（任意の中間の値及び範囲を含む）のベース又は基板厚さを有するのが良い。マイクロプレートベース厚さの特定の実施例は、例えば、約０．１マイクロメートル〜約１０マイクロメートル、例えば約０．３マイクロメートル〜約１．０マイクロメートルのものである。これよりも薄いマイクロプレートベースは、例えば、ディストーションを減少させることができると共に画像品質を向上させることができる。薄いマイクロプレートベースは、例えば、厚さ約０．７ｍｍ〜１．０ｍｍのガラス又は同様な材料であるのが良く、かかる厚さは、或る特定の市販の製品に見受けられる厚さを表している。厚さ約０．４ｍｍ以下のガラス又は同様な材料は、動作上、薄いベースプレート材料である。
【００４６】
実施形態では、入射ビームは、例えば受け入れられたマイクロプレートの単一のウェル、２つ又は３つ以上のウェル、複数個のウェル又は好ましくは全てのウェルのうちの少なくとも１つに設けられている少なくとも１つの光センサに接触することができる。
【００４７】
エバネッセント波センサは、例えば、共振導波路バイオセンサ、表面プラズモン共振（ＳＰＲ）センサ及び同様なセンサ又はかかるセンサの組み合わせであるのが良い。
【００４８】
実施形態では、センサは、その表面に、例えば、生きている細胞、生物学的存在（実態）、化合物、被膜及び同様な実態又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むのが良い。
【００４９】
記録された画像の空間分解能は、例えば、約０．５〜約１０マイクロメートル（中間の値及び範囲を含む）であるのが良く、優れた空間分解能は、例えば、細胞下ラベルフリー画像化及び同様な画像化目的を達成するのに十分である場合がある。
【００５０】
実施形態では、本方法は、例えば、細胞又は細胞下蛍光画像化を達成するため（これについては、例えば、共通所有者且つ共通譲受人の同時係属米国特許出願第１２／１５１，１７５号明細書（発明の名称：SYSTEM AND METHOD FOR DUAL-DETECTION OF A CELLULAR RESPONSE）を参照されたい）、例えば、光センサを入射ビームを含む蛍光に接触させるステップ及び受け取った蛍光画像を適当な記録装置で記録するステップを同時に又は順次更に含むのが良い。
【００５１】
掃引波長画像化技術を用いてセンサをインターロゲートすることができるが、共振幅が広いのでＳＰＲ画像化において一般的に用いられている単純な強度画像化技術を採用することができる。この方法は、低コヒーレンス光源の使用により容易に実施可能であり、かかる低コヒーレンス光源は、寄生干渉縞を除去する（これについては、例えば、共通所有者且つ共通譲受人の同時係属米国特許出願第６１／２５９８０２号明細書を参照されたい）。
【００５２】
実施形態では、開示する画像化技術は、例えば視野を再設計してこれが４×３ウェルプレート形態又は同様な形態をカバーすることによってコンパクトなＥｐｉｃ（登録商標）形態及び用途に利用できる。実施形態では、開示するシステムは、これが高精度掃引波長機構を回避することができるので高い空間分解能及びコストの減少をもたらす。システムの全体的単純さにより、光学式文字読取り装置の全体的コストが低くなる。しかしながら、この動作モードでは、読み取りは、センサ表面上の結果の影響を強く受ける場合がある。
【００５３】
図を参照すると、図１は、米国特許第７，５９９，０５５号明細書の図４に示された方式の改造型具体化例を示している。この図１では、画像化経路と照明経路は、ＷＦＴ対物レンズ光学系１１０を供用している。センサマイクロプレート１００は、好ましくは、領域全体にわたって法線入射角度でインターロゲートされる。フルプレート全体にわたる入射角の一様性は、ＷＦＴ対物レンズ１１０の収差によって決定できる。入射光の関数としてのセンサ共振波長の厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）ＲＣＷＡシミュレーションが図２にプロットされている。法線入射の利点は、３つあり、即ち、１）法線入射は、センサの空間分解能を向上させる（これについては、２０１０年２月２２日に最初に出願された米国特許出願第１３／０２１，９４５号（発明の名称：High resolution label free imaging）を参照されたい）、２）法線入射は、角度変化に対するセンサ共振波長の感度を最小限にする、３）法線入射は、照明と画像化の両方のための光学系の優れた条件を示す。
【００５４】
レンズ群１１０は、照明経路のための視準レンズとして且つ画像化経路のための対物レンズとして役立つ。対物レンズの焦点距離は、器材の全体的サイズに強い影響を及ぼす。実際に、約１．４以下のＦストップ（相対アパーチュア）のレンズは、高い性能であると考えられる。Ｆ／１．４のプレート全体をカバーするためには、焦点距離は、１７７ｍｍである。かかる短い焦点距離では、携帯可能なフットプリントを備えた状態でのプレート光学式文字読取り装置全体を設計することが依然として実行可能である。
【００５５】
照明ビームを視準するためには、マイクロプレート全体の局所インターロゲーション角度が首尾一貫して法線角度の状態であるようレンズ１１０の球面収差を是正しなければならない。画像化システムの場合、対物レンズ１１０は、画像ディストーション及び収差を最小限に抑えることが望ましい。画像化レンズ２２０は、例えば、市販のＣＣＤ又は同様なレンズであるのが良い。その焦点距離は、次式（１）によって推定できる。
2014517270.tif 000003
【００５６】
上式において、ｄＣＣＤは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサの幅であり、Ｆｏｂｊは、対物レンズのＦ数である。ＣＣＤレンズのＦ数が対物レンズのＦ数に等しいと仮定すると、入射アパーチュアストップ直径は、有効イメージセンサ領域のほぼ対角線距離である。アパーチュアストップ直径は、幾つかの観点又は要素、即ち、１）対物レンズの重行路球面収差、２）マイクロプレートの局所角度変化の必要な公差、３）延長光源のサイズ及び４）画像化システムの空間分解能に対応しなければならない。例えば、フルプレート文字読取り装置において±５ｍｒａｄの角度変化を許容するためには、アパーチュアストップ直径は、収差が完全に是正された場合であっても３．５ｍｍを超えなければならない。
【００５７】
実施例
以下の実施例は、上述の開示内容を用いる仕方でより十分に説明を行うと共に本発明の種々の観点の最適実施対応を更に説明するのに役立つ。理解されるように、これら実施例は、本発明の範囲を制限するものではなく、それどころか、例示目的で提供されている。実施例は、更に、本発明の装置及び方法をどのように構成して用いるかについて説明している。
【００５８】
実施例１
デュアル両凸対物レンズを含む光学系（即ち、画像ディストーションに最も有利であるが、入射角度についてはそうではないシステム）。対物レンズの球面収差は、アパーチュアストップサイズ条件にとって最も重要な貢献条件であると言える。Ｆ１．４の単一レンズは、明らかに、十分には働くことができない。本発明者は、まず最初に、２つの同一の両凸レンズを含むレンズ群を考察する。この設計は、費用効果が良い。このレンズ群の球面収差は、単一球面レンズと比較して向上しており、光線追跡シミュレーションにより得られた最小スポット直径は、図３及び図５（ａ）に示されているように約６ｍｍである。絞りは、球面収差のために近軸焦点の前の約２６ｍｍのところに位置決めされる。光線単独のスポット直径は、１／３インチイメージセンサのサイズよりも既に大きい。このシステムのイメージセンサの適当なサイズは、２／３インチを超える。イメージディストーションを図７（ａ）に示されているように０．４４％まで減少させる。球面収差は、物体平面のところでの光線角度を外側周囲のウェルについて法線入射とは実質的に異なるものにしている。エッジのところでの最大角度は、２４ｍｒａｄであり、これは、１３ｍｒａｄ又は０．７６°の有効格子傾斜角度に相当している。この角度は、図２に示されているように２．２ｎｍという相当大きな共振波長シフトを生じさせるのに十分に大きなものである。
【００５９】
この実施形態では、両凸レンズは、３９１ｍｍの曲率半径のＢＫ７ガラスで作られる。ＣＭＯＳイメージセンサは、１４００×１０２４画素を有し、各画素の寸法は、７．４μｍ×７．４μｍであり、これは、１２．８ｍｍの対角線距離に相当している。
【００６０】
システムの画像化性能を図６に示されているようにＣＣＤレンズが完全であるものとしてシミュレートする。画像化解像度は、１．４メガピクセルカメラに必要な空間解像度について十分である。ディストーションは、図７（ａ）に示されているように最小限に抑えられている。
【００６１】
この設計例は、サイズが１０インチ×４インチ×１０．５インチのコンパクトなプロトタイプシステムで具体化された。チューナブル光源は、例えば、８３０ｎｍＬＥＤ３１０（ヴィスヘイ・セミコンダクター（Vishay Semiconductor）社）、３５ｍｍ焦点距離視準レンズ３２０及び角度調整フィルタ３３０であるのが良い。狭帯域フィルタは、８４０ｎｍの法線入射中心波長及び１ｎｍの帯域幅を有する。視準されると共に濾波される光源は、別の３５ｍｍ焦点距離レンズ３４０によって集束されるのが良い。発散ビームは、対物レンズ群１１０によって拡大されると共に視準される。
【００６２】
ＣＣＤレンズ２２０は、コーワ（Kowa）社製の１６ｍｍメガピクセルレンズである。Ｆ１．４レンズは、１１．４ｍｍの最大アパーチュアサイズを有する。照明ビームからの最小ビームウエストは、ＣＣＤレンズの絞りのところに位置決めされる。変形例として、対物レンズに対するレンズの位置は、プレート傾斜角度に対する僅かな交差を犠牲にして光学的倍率を微調整することができる。
【００６３】
図８は、デュアル両凸対物レンズを含むエッジ効果システムを用いて測定されたセンサマイクロプレートの共振波長画像を示している。水の入ったセンサプレートの共振波長を図８にマップしており、ここでは、隅のウェルが、光線追跡シミュレーションにより予想されるように入射角度の増大に起因して、中央領域のウェルよりも共振波長が約２ｎｍ高くなっている。
【００６４】
図９は、以下の実施例４の非球面対物レンズを含むシステムを用いて測定されたセンサマイクロプレートの共振波長画像を示している。
【００６５】
照明の一様性が図１０に示されている。このシステムは、細胞アッセイ並びに生化学的アッセイに使用されている。共振のシフトを利用しているアッセイの結果は、基本的な共振波長変化によっては影響を受けない。
【００６６】
実施例２
非球面対物レンズを含む光学系。非球面レンズ設計例が性能を一段と向上させるために開発される。その目的は、互いに平行な光ビームをフルプレート全体にわたって１ｍｒａｄの範囲内に生じさせることにある。図２のシミュレーションによれば、器材により引き起こされる波長変化を約２ｎｍから事実上ゼロに減少させることができる。外乱に対するセンサ応答は、プレート全体にわたって一貫しているであろう。
【００６７】
平行ビームをマイクロプレートの平面のところで生じさせる簡単な方法は、集束レンズ３４０を非球面にすることである。しかしながら、球面収差が大きい場合、照明の一様性は、強く変更される。この方法は又、球面収差を補償する能力が限られている。それにもかかわらず、この方法を用いると、照明の一様性を向上させることができる。
【００６８】
別の同様に効果的な又は優れた方法は、対物レンズを非球面にすることである。同一のプロトタイプ設計例を用いて結果を比較するため、両凸レンズのうちの一方に置き換えて非球面レンズを用いる。好ましい非球面は、例えば、２４３ｍｍの曲率半径（ＲＯＣ）及び−９．８のコーニック定数を有するのが良い。第２の表面のＲＯＣは、極めて低い画像ディストーションを提供するよう選択されるのが良い。この場合、この第２の表面のＲＯＣは、６２８ｍｍである。
【００６９】
このシステムの光学的レイアウトが図４に示されている。光線追跡シミュレーションにより得られた最小スポット直径は、図５（ｂ）に示されているように約０．６ｍｍである。最大光線角度は、０．８７ｍｒａｄであり、有効角度は、０．４８ｍｒａｄ又は０．０３°であり、これは、１ｍｒａｄの最大光線角度誤差の設計上の目標を超える。
【００７０】
非球面レンズを用いてプロトタイプシステムを実証したが、残りのコンポーネントは、実施例１に記載されたプロトタイプと同一であった。画像化レンズのＦストップを最小スポット位置に配置した。Ｆストップは、それほど大きなビネットなしにＦ１６に近いのが良く、それにより球面収差の有効除去が確認される。
【００７１】
同じマイクロプレートは、図９及び図１１にそれぞれ示すように共振波長及び共振反射能の面でマップされている。共振波長は、マイクロプレート全体にわたって著しく向上した一様性を示している。隅のウェルの人工的に増大させた波長がなくなっている。マイクロプレート全体にわたる照明の一様性も又、先の設計例と比較して実質的に向上している。
【００７２】
実施例３
単一要素非球面光学系を含む光学系。上述の２つの実施例形態において、対物レンズの有効焦点距離は、２００ｍｍであり、結果的に得られる器材の高さは、２６７ｍｍである。器材高さを一段と減少させることが依然として望ましい。また、非球面設計を利用すると、単一要素対物レンズの使用が可能であるということに注目されたい。
【００７３】
以下の内容は、単一用途対物レンズを備えたコンパクトさの高い文字読取り装置のための光学系設計方法を示すと共に光学性能に妥協しない実施例である。
【００７４】
対物レンズの焦点距離は、高さ２００ｍｍの器材エンクロージャ内に嵌まり込むよう設計されている。この光学的レイアウトが図１２に示されている。焦点距離２５ｍｍのプラスチック製の非球面レンズを集束レンズ３４０として用いた。開口数を短い焦点距離の対物レンズに良好に合わせた。対物レンズの両方の表面を非球面にすることによって、単一要素設計例の実現が可能である。最小スポットサイズは、実施例２の設計例と同等である。対物レンズの有効焦点距離は、１４０ｍｍであり、これは、１．１のＦ数に対応している。
【００７５】
焦点距離１２ｍｍのメガピクセルＣＣＤレンズ（コーワ）を用いた。図１３ｂに示されているような画像化性能は、実施例２と比較して同等の性能を示唆している。この場合、レンズは、コーワレンズの既知の−１．５％バレルディストーションを補償するために＋１．５％ピンクッションディストーションを生じさせるよう慎重に設計されており、この場合、％は、相対ディストーションを意味している。
【００７６】
対物レンズは、３２ｍｍの中心厚さを有する。第１の表面の曲率半径（ＲＯＣ）＝１０５ｍｍであり、第１の表面のコーニック定数＝−１．８であった。第２の表面のＲＯＣ＝１７５ｍｍ、第２の表面のコーニック定数＝−４であった。両非球面レンズは、小さな体積で球面光学系を用いた場合よりも僅かにコストが多くかかる場合がある。大量生産のための成形プロセスを用いた場合、レンズは、依然として費用効果の良いものであると言える。
【００７７】
マイクロプレートの互いに異なるサイズ及び１／２、１／４等のバイオセンサ面積を有するＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサのための設計例を利用することが容易である。注目されるように、関連のチューナブル光源を有する光学設計は、実質的に法線入射角度を必要とするアクティブな画像化システムに利用可能である。センサは、例えば掃引波長画像化、数種類の波長での画像化又は単一波長での画像化を用いてインターロゲートされるのが良い。
【００７８】
実施例４
デュアル平凸レンズを含む光学系。低い画像ディストーションを達成するために実施例１を一段と改造した。搭載型器材ピペット操作を用いる場合、マイクロプレートは、アッセイ全体にわたって文字読取り装置内に留まることが望ましいと言える。搭載型ピペット操作が利用できない用途の場合、マイクロプレートは、器材から別個の液体取り扱いステーションに移される必要がある場合がある。マイクロプレートの再位置決め感度は、重要となる場合がある。これは、上述の実施例２及び実施例３によって実現可能であり、この場合、器材は、入射角度のばらつきの影響を受けない。しかしながら、大きなアパーチュアの非球面レンズと関連した製造上のコストがかなり大きいために、非球面光学系を球面光学系で置き換えることが望ましい。この実施形態では、システムコンポーネントは、角度再位置決め性能を最大にするために選択される。画像ディストーションは、最小限には抑えられないが、これは、カメラレンズによって部分的に補償可能であると共にソフトウェアによって一段と是正可能である。
【００７９】
本発明者は、まず最初に、実施例１と同一の焦点距離を有する球面レンズ設計例について説明し、それにより、結果的に同等の器材フットプリントが得られる。このシステムは、フルマイクロプレート全体にわたって最小限の入射角度を提供するよう設計されている。本発明者は、費用効果を良くするために二要素球面対物レンズ設計例を考慮する。追加的又は代替的要素が同様な仕方で含まれると共に改造されるのが良い。このシステムは、図１４に示されており、この場合、レンズの処方箋は次の通りであり、即ち、ＲＯＣ１＝２４６ｍｍ、ＲＯＣ２＝−１７０１ｍｍ、ＲＯＣ３＝１２９ｍｍ、ＲＯＣ４＝３１０ｍｍ、そして材料は、Ｂｋ７ガラスである。インターロゲーション角度は、例えば、好ましくは、マイクロプレート全体にわたって１ｍｒａｄ未満であるのが良い。かかる性能は、非球面レンズの性能に酷似している。最小限のビームサイズは、例えば、１．２ｍｍであるのが良く、これによっても、図１５に示されているような低コスト１／３インチイメージセンサの使用が可能である。画像ディストーションは、例えば、４．５％であるのが良い。
【００８０】
製造コストを一段と減少させるため、２つの互いに同一の平凸レンズを用いた単純化設計例を考察した。このシステムは、図１７に示されている。凸面の曲率半径は、例えば、２１３ｍｍであるのが良い。インターロゲーション角度は、例えば、マイクロプレート全体にわたって好ましくは２ｍｒａｄ未満であるのが良い。画像化レンズのストップの最小スポットサイズは、２．４ｍｍであるのが良く、これによっても、図１８に示されているような低コスト１／３インチイメージセンサの使用が可能である。マージンは、ビネットなしで±２．８ｍｒａｄのマイクロプレート傾斜角度に対応することができる。このマージンを一段と増大させるためには、低いＦ数のカメラレンズを用いるのが良い。例えば、１．０Ｆ数は、±５ｍｒａｄのマイクロプレート傾斜角度に対応することができ、これは、潜在的に、マイクロプレートの製造要件を緩和することができる。画像ディストーションは、３％に向上している。これは、カメラレンズの代表的な負のディストーションにより部分的に補償できる。画像ディストーションを部分的に補償し、そしてソフトウェアによって是正することができる。
【００８１】
図２のシミュレーションによれば、２ｍｒａｄ未満の入射角度は、低い角度感度を得る上で十分である。また、２ｍｒａｄという値は、代表的なプレート平坦度と同等である。
【００８２】
例えば、対物レンズの有効焦点距離を増大させることによってシステム性能を一段と向上させることができる。また、例えば、有効焦点距離を５０ｍｍだけ増大させると、デュアル平凸レンズ設計の場合、入射角度を１ｍｒａｄ未満に減少させることができる。
【００８３】
種々の特定の実施形態及び技術を参照して本発明を説明した。しかしながら、本発明の範囲に収まった状態で多くの改造及び変形が可能であることは理解されるべきである。
【図１】
2014517270.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
2014517270.tif 000021
【図１６】
2014517270.tif 000022
【図１７】
2014517270.tif 000023
【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月9日(2014.1.9)
【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】
コンパクトなマイクロプレート画像化システムであって、
マイクロプレートの少なくとも１つのセンサの共振幅に実質的に等しいスペクトル幅を有するチューナブル光源と、
前記光源をユーザ提供マイクロプレート上に視準して前記マイクロプレートから反射された光を透過させるレンズアンサンブルと、
前記反射光の一部分を逸らすビームスプリッタと、
逸らされた光を収集し、前記マイクロプレートの前記少なくとも１つのセンサの光画像を生じさせる画像化レンズと、
前記少なくとも１つのセンサの前記光画像を受け取るイメージセンサとを含む、システム。
【請求項２】
前記レンズアンサンブルは、単一集束レンズ又はレンズ群を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記レンズ群は、集束レンズ及び対物レンズを含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記集束レンズ及び前記対物レンズの相互作用により、ビームエキスパンダが構成される、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記対物レンズは、２つの球面レンズを含むレンズ群から成る、請求項３記載のシステム。
【国際調査報告】
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