(57)【要約】  波長調整パラメータに参照値を提供することができる波長可変光源システム（２００）は、波長調整パラメータｘに基づいて調整可能な中心波長を有する波長可変光ビーム（１３４）を出射するための波長可変光源（１０６）と、波長調整パラメータを表す電気信号（ＳＦ）を発生させる波長可変光源と、波長可変光ビームの少なくとも一部分（１３４Ｐ）を偏向するために波長可変光ビーム（１３４）に配置された光偏向素子（３００）と、参照帯域幅を有し、波長可変光ビームの偏向部分をフィルタ処理してフィルタ処理光ビーム（１３４ＰＦ）を形成するように配置された参照フィルタ（３１０）と、フィルタ処理光ビームを検出し、検出光スペクトルを表す少なくとも１つの検出器電気信号（ＳＤ）を発生させるように配置された少なくとも１つの光検出器（３２０）と、波長可変光源及び光検出器に作動可能に接続され、波長調整パラメータ電気信号及び少なくとも１つの検出器電気信号を受信し、検出光スペクトルの最大値に基づいて参照調整可能な中心波長に対応する参照波長調整パラメータｘCRを決定するように構成されたコントローラ（１５０）とを含む。【選択図】図１２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長調整パラメータに対する参照値を提供する波長可変光源システムであって、
波長調整パラメータｘに基づいて調整可能な中心波長λCを有する波長可変光ビームを出射して、前記波長調整パラメータを表す電気信号を発生させる波長可変光源と、
前記波長可変光ビーム内に配置されて、該波長可変光ビームの少なくとも一部を偏向するようになった、光偏向素子と、
参照帯域幅を有し、前記波長可変光ビームの前記偏向部をフィルタ処理してフィルタ処理光ビームを形成するように配置された参照フィルタと、
前記フィルタ処理光ビームを検出し、検出光スペクトルを表す少なくとも１つの検出器電気信号を発生させるように配置された少なくとも１つの光検出器と、
前記波長可変光源及び前記光検出器に作動可能に接続され、前記波長調整パラメータ電気信号及び前記検出器電気信号の少なくとも１つを受信し、前記検出光スペクトルの最大値に基づいて参照調整可能な中心波長λCRに対応する参照波長調整パラメータｘCRを決定するように構成されたコントローラと、
を含む、システム。
【請求項２】
前記検出光スペクトルの最大値を前記コントローラに計算させるコンピュータ可読媒体で具現化された命令を有する前記コントローラをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記波長可変光源は、角度調節可能フィルタと、該角度調節可能フィルタに作動可能に結合されて、フィルタ角を調節して前記波長可変光ビームの前記調整可能な中心波長λCを調整するようになった角度調節ユニットとを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記角度調節可能なフィルタはフィルタ角の範囲を有し、前記参照フィルタは、前記フィルタ角の範囲内の参照角を有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記波長可変光源は、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）及び発光ダイオード（ＬＥＤ）のうちの１つを有する広帯域光源を含む、請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記角度調節ユニットは、
ギヤ比を有し、前記調整可能なフィルタに機械的に結合されたギヤボックスと、
前記ギヤボックスに機械的に結合されたモータと、
前記モータ及び前記コントローラに作動可能に接続されたモータコントローラと、
をさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
光偏向部材は、ビームスプリッタ及びミラーのうちの１つを含む、請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光検出器は、それぞれ前記参照帯域通過フィルタに対して配置された第１及び第２の光検出器を含み、それぞれ前記参照帯域通過フィルタから反射する反射光ビームとしての前記フィルタ処理光ビームと、前記参照帯域通過フィルタによって伝達された伝達光ビームとを受け取り、それに応答して第１及び第２の検出器信号を発生させ、前記コントローラは、前記第１及び第２の検出器信号に基づいて前記検出光スペクトルの最大値を計算するように構成される、請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
マイクロプレートによって支持された少なくとも１つの共振導波路回折格子（ＲＷＧ）バイオセンサを読み込むためのラベル非依存光学読取り装置であって、
中心波長λCの範囲にわたって波長可変光ビームを出射する請求項１に記載の波長可変光源システムと、
前記波長可変光ビームを前記少なくとも１つのＲＷＧバイオセンサに向けて送出して、対応する反射光ビームを形成するように構成された照明システムと、
前記反射光ビームを受け取るように配置され、前記反射光ビームからデジタル画像を形成するように構成された光学的結像器と、
前記デジタル画像を処理して前記少なくとも１つのＲＷＧバイオセンサに関する共振波長を規定するように構成されたコントローラと、
を含む、ラベル非依存光学読取り装置。
【請求項１０】
波長可変光源の波長調整パラメータｘに対する参照値を規定する方法であって、該方法は、
前記波長調整パラメータｘを調節することによって調整可能な中心波長λCを調整すると同時に、該調整可能な中心波長λCを有する波長可変光ビームの一部を参照フィルタ処理する段階と、
前記参照フィルタ処理の波長可変光ビームを検出して、これから前記調整可能な中心波長λCの関数として検出光スペクトルを発生させる段階と、
前記検出光スペクトルの最大値に基づいて参照調整可能な中心波長λCRに対応する参照波長調整パラメータｘCRを決定する段階と、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記波長可変光ビームのスペクトルインタロゲーションを行って前記参照調整可能な中心波長λCRに対する絶対波長参照値を規定する段階をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記波長可変光ビームの一部を使用して、前記参照フィルタ処理の波長可変光ビームの検出と実質的に同時にＲＷＧバイオセンサの測定をする段階をさらに含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
曲線適合を用いて、前記検出光スペクトルの最大値を計算する段階をさらに含む、請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
コンピュータ可読媒体で具現化された命令を有するコントローラにおいて前記曲線適合プロセスを実施する段階をさらに含み、前記コンピュータ可読媒体は、前記曲線適合プロセスを用いて前記検出光スペクトルの最大値を前記コントローラに計算させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
広帯域光ビームを角度調節可能なフィルタに通すことによって前記波長可変光ビームの前記中心波長λCを調整する段階と、前記角度調節可能なフィルタの角度を調節する段階とをさらに含む、請求項１０から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
１／３，０００th程度又はそれよりも小さな波長調整パラメータｘの解像度を得るように、ギヤ比Ｒ＞１，０００を有するギヤボックスに作動可能に結合されたモータを用いて前記角度調節可能なフィルタの角度を調節する段階をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記角度調節可能なフィルタは、スペクトル帯域通過ΔλTを有し、前記角度調節可能なフィルタスペクトル帯域通過ΔλTと実質的に同じ参照帯域通過ΔλRを有する参照フィルタでもって前記参照フィルタリングを行う段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
それぞれ参照フィルタによって伝達され、該参照フィルタから反射する伝達光ビーム及び反射光ビームを検出することによって、前記参照フィルタ処理の波長可変光ビームを検出する段階をさらに含む、請求項１０から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の検出、伝達、及び反射された光ビームから第１及び第２の検出光スペクトルを表す第１及び第２の検出器信号ＳＤ及びＳＲを形成する段階と、
前記第１及び第２の検出器信号ＳＤ及びＳＲからの組合せ検出器信号ＳＮを形成する段階と、
をさらに含み、前記組合せ検出器信号が前記検出光スペクトルを表している、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
関係：
2014528578.tif 000009
によって前記組合せ検出器信号ＳＮを形成する段階をさらに含む、請求項１８又は１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１１年９月３０日出願の米国仮特許出願第６１／５４１，３８３号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づく優先権の利益を主張し、その開示内容全体は引用により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、波長可変光源に関し、詳細には、ラベル非依存光学読取り装置のための波長可変光源システムに関し、波長可変光源システムは波長参照値を提供することができる。
【背景技術】
【０００３】
ラベル非依存検出（ＬＩＤ:Label-Independent Detection）光学読取り装置を使用して、例えば、蛋白質のような標的分子に結合した薬物、又は細胞内の物質が薬物に反応して移動する際の生体細胞の変化を検出することができる。いくつかのタイプのＬＩＤ（ラベル非依存検出）光学読取り装置は、共振導波路回折格子（ＲＷＧ）バイオセンサのアレイのＲＷＧバイオセンサの表面における屈折率の変化を測定する。個々のＲＷＧバイオセンサは、マイクロプレートのそれぞれのウェルに配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２０１１／０２９６０８９号明細書
【特許文献２】米国特許公開第２０１１／０１０９９０９号明細書
【特許文献３】米国特許公開第２００７／０２１１２４５号明細書
【特許文献４】米国特許出願番号１１／０２７，５４７号明細書
【特許文献５】米国特許第７，４２４，１８７号明細書
【特許文献６】米国特許第７，５９９，０５５号明細書
【特許文献７】米国特許第７，５７６，３３３号明細書
【特許文献８】米国特許公開第２００６／０２０５０５８号明細書
【特許文献９】米国特許公開第２００７／０２０２５４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１つのタイプのＬＩＤ光学読取り装置において、狭帯域光は、波長範囲にわたってスイープされ、狭帯域の波長可変光源を用いて各ＲＷＧバイオセンサに向けられる。正確なＲＷＧバイオセンサ測定を保証するために、狭帯域光の中心波長は、中心波長を調整するために用いる特定の波長調整パラメータに関して高い解像度を有する必要がある。今日まで、このような高解像度を実現するには非常に費用がかかることが分かっている。同様に、波長調整パラメータに関して高い解像度要件を満たしながら、参照波長を参照することができる費用効果のある波長調整のための代替のシステム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の態様は、波長調整パラメータへの参照値を提供する波長可変光源システムである。システムは、波長調整パラメータｘに基づいて調整可能な中心波長λCを有する波長可変光ビームを放出する波長可変光源を含む。波長可変光源は、波長調整パラメータを表す電気信号を発生する。システムは、波長可変光源に配置された光偏向素子をさらに含み、波長可変光ビームの少なくとも一部分を偏向するようになっている。また、システムは、参照帯域幅を有する参照フィルタを有する。参照フィルタは、波長可変光ビームの偏向部分をフィルタ処理してフィルタ処理光ビームを形成するように配置される。システムは、フィルタ処理光ビームを検出して、少なくとも１つの検出光スペクトルを表す少なくとも１つの検出電気信号を発生するよう構成される、少なくとも１つの光検出器をさらに含む。フィルタ処理光ビームは、参照フィルタからの伝達及び反射のうちの少なくとも１つによって形成された伝達及び反射光ビームを含むことができ、２つの光検出器を用いて、反射及び伝達されたフィルタ処理光ビームを検出することができる。また、システムは、波長可変光源及び光検出器に作動可能に接続されたコントローラを有する。コントローラは、波長調整パラメータ電気信号及び少なくとも１つの検出電気信号を受信し、検出光スペクトルの最大値に基づいて調整可能な参照中心波長λCRに対応する参照波長調整パラメータｘCRを決定するように構成することができる。
【０００７】
本開示の別の態様は、波長可変光源の波長調整パラメータｘへの参照値を確立する方法である。本方法は、調整可能な中心波長λCを有する波長可変光ビームの一部の参照フィルタリングを含むが、波長調整パラメータｘを調節することによって調整可能な中心波長λCを調整する。また、本方法は、参照フィルタ処理の波長可変光ビームを検出して、これから調整可能な中心波長λCの関数として少なくとも１つの検出光スペクトルを発生させる段階を含む。本方法は、少なくとも１つの検出光スペクトルの最大値に基づいて調整可能な参照中心波長λCRに対応する参照波長調整パラメータｘCRを決定する段階を含む。
【０００８】
当業者であれば、本開示の前記の及び他の態様を、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面を参照してさらに理解できるはずである。
【０００９】
添付の図面を一緒に共に以下の詳細な説明を参照することで、本開示をより完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の波長可変光源システムを含む例示的な光学読取り装置システムの一般化された概略図である。
【図２】例示的なＲＷＧバイオセンサの拡大概略図である。
【図３】関連する領域又は「ウェル」においてＲＷＧバイオセンサのアレイを作動可能に支持する例示的なマイクロプレートの上面図であり、マイクロプレートはマイクロプレートホルダにより保持されている。
【図４】例示的なマイクロプレートの一部の切欠き斜視図である。
【図５】波長可変光源がもたらす入射照明の種々の波長に関連するデジタル画像の集合を示す概略図である。
【図６】図１の光学読取り装置システムの光学的結像器の実施形態を示す。
【図７】図１の光学読取り装置システムの光学的結像器の実施形態を示す。
【図８】図１の光学読取り装置システムの光学的結像器の実施形態を示す。
【図９】図１の光学読取り装置システムの光学的結像器の実施形態を示す。
【図１０Ａ】本開示による波長参照機能を有する波長可変光源の例示的な実施形態を示す概略図である。
【図１０Ｂ】本開示による波長参照機能を有する波長可変光源の例示的な実施形態を示す概略図である。
【図１１】参照フィルタの帯域通過に対する異なる中心波長のための波長可変光ビームの一連のスペクトルのプロットを含み、さらに検出光スペクトルの対応するプロットを含む図である。
【図１２Ａ】波長可変光ビームの中心波長を調整するために用いる角度調節可能なフィルタに作動可能に接続された例示的な角度調節ユニットを示す、図１０Ａのシステムに類似した例示的な波長可変光源システムの概略図である。
【図１２Ｂ】検出器の１つ又は２つを使用する検出器配置の例示的な実施形態を示す波長可変光源システムの拡大図である。
【図１３】参照中心波長λCRを決定することができる参照波長調整パラメータｘCRを確立するために曲線適合の使用を示す、波長調整パラメータｘ（任意単位）の関数として正規化検出光スペクトルＤ（ｘ）の概略プロットである。
【図１４】ギヤボックス、モータ、及びモータコントローラを含む例示的な角度調節ユニットの概略側面図である。
【図１５】図１４に類似し、リニアアクチュエータを含む角度調節ユニットとヒンジ上で旋回する角度調節可能なフィルタの他の例を示す図である。
【図１６】図１１に類似し、波長可変光ビームがＧａｕｓｓｉａｎスペクトルを有し、参照フィルタがＧａｕｓｓｉａｎ帯域通過を有し、結果として得られる検出光スペクトルがＧａｕｓｓｉａｎ形状を有する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、本開示の実施形態の参照がなされ、その例示的な実施形態は、添付の図面に示されている。
【００１２】
図１は、本明細書に開示され、以下にさらに詳細に説明する波長可変光源システム及び方法と共に使用するのに好適な例示的な光学読取り装置システム（「システム」）１００の一般化された概略図である。システム１００は、１つ又は２以上の共振導波路回折格子（ＲＷＧ）バイオセンサ１０２をインタロゲーションするために用いられる撮像システム１１４を含む。撮像システム１１４は、照明光学系１３０及び光学的結像器（「光学的結像器」）１４０を含む。例示的な撮像システム１１４は、以下に詳細に説明されている。波長可変光源を有する例示的な光学読取り装置システム１００は、米国特許公開第２０１１／０１０９９０９号明細書及び米国特許公開第２０１１／０２９６０８９号明細書に開示されている。
【００１３】
図２は、回折格子１０３、及び選択された生物学的物質１０４が取り付けられている表面１０５を有する例示的なＲＷＧバイオセンサ１０２の拡大概略側面図である。ＲＷＧバイオセンサ１０２を光学的にインタロゲーションすることができるように、ＲＷＧバイオセンサ１０２を支持する必要がある。一般的な支持構造は、「マイクロプレート」と呼ばれる。図３は、複数のウェル１７５を有する表面１７３を備える支持プレート１７１を含む例示的なマイクロプレート１７０の上面図である。例示的な支持プレート１７１は、図４の部分図に示すように、及び例えば、米国特許公開第２００７／０２１１２４５号で説明するように、上側プレート１７１Ｕ及び下側プレート１７１Ｌの２部構成を有する。
【００１４】
図３のマイクロプレート１７０は、ＲＷＧバイオセンサ１０２をアレイ１０２Ａに配置し、ウェル１７５において作動可能に支持する例示的な構成を示す。例示的なＲＷＧバイオセンサレイ１０２Ａは、２ｍｍ方形のＲＷＧバイオセンサ１０２に対して４．５ｍｍピッチを有し、一列に１６個のＲＷＧバイオセンサと１行に２４個のＲＷＧバイオセンサを含む。実施形態において、基準４２８は、システム１００内においてマイクロプレート１７０を位置決め及び／又は位置合わせするために使用される。また、マイクロプレート１７０を保持するマイクロプレートホルダ１７４が示されている。多くの異なるタイプのプレートホルダは、マイクロプレートホルダ１７４として使用することができる。
【００１５】
さらに図１を参照すると、システム１００は、以下により詳細に説明する波長可変光源システム２００を含む。波長可変光源システム２００は、波長可変光源１０６を含む。波長可変光源１０６は、スペクトル帯域幅及び所定の時間にわたって一連の明確な中心波長λCを有する所定の狭い波長の波長可変光ビーム１３４を発生させるように構成される。実施形態において、波長可変光源１０６は、０．１ｎｍ／ｓｅｃ〜３００ｎｍ／ｓｅｃの調整速度において８３８ｎｍ〜８５３ｎｍに及ぶ中心波長λCを有する時系列の狭帯域の波長可変光ビーム１３４を出射するように構成される。また、時系列の狭帯域の波長可変光ビーム（「波長可変光ビーム」）１３４は、中心波長λCが時間に伴って変化する単一狭帯域光ビームと考えることができる。自由空間に波長可変光ビーム１３４を出射する波長可変光源１０６が示されているが、光導波路（例えば、光ファイバー）を使用する導波構成を選択することもできる。
【００１６】
波長可変光源１０６からの波長可変光ビーム１３４は、撮像システム１１４及び関連する光軸Ａ１を有する照明光学系１３０に送られる。照明光学系１３０は、波長可変光ビーム１３４を少なくとも１つの入射光ビーム（「入射光」）１３４Ｉに変換する。入射光ビーム１３４Ｉは、ビームスプリッタ１２６を通過して、マイクロプレート１７０のある区域１３５にわたって入射し、領域１３５は、１つ又は２以上のＲＷＧバイオセンサ１０２を含む（例えば、３８４ウェル形式のマイクロプレート１７０の４ｘ３のウェル、１つのＲＷＧバイオセンサのみ、又はＲＷＧバイオセンサの全て）。１つの例では、入射光ビーム１３４Ｉは、照明光学系１３０を移動走査することによって、又はマイクロプレートホルダによってマイクロプレート１７０を移動させることによって、ＲＷＧバイオセンサ１０２にわたって移動させられ（走査され）て、様々な領域１３５がカバーされる。
【００１７】
入射光ビーム１３４Ｉは、１つ又は２以上のＲＷＧバイオセンサ１０２から反射し、それによって反射光ビーム１３４Ｒ（すなわち反射光）が形成される。反射光ビーム１３４Ｒは、ビームスプリッタによって光学的結像器１４０に向けて送出される。光学的結像器１４０は、例えば、結像レンズ１４２、及び１つ又は２以上のＲＷＧバイオセンサ１０２を含む照明領域１３５の電子（すなわちデジタル）画像１４５（図５参照）をキャプチャする画像センサ１４４を含む。画像センサ１４４は、捕捉電子画像１４５を表す生の電子画像信号Ｓ１４５を生成する。また、光学的結像器１４０は、画像センサ１４４からの生の電子画像信号Ｓ１４５を前処理し、前処理されたデジタル画像を表す前処理済み電子画像信号Ｓ１４６を生成する画像センサ電子装置１４６を含む。例示的な画像センサ１４４は、米国ニューヨーク州のロチェスター所在のコダック・インコーポレーテッドから入手可能な７．４ミクロンのピクセルサイズのＫＡＩ−０３４０  ＣＣＤチップのような電荷結合デバイス（ＣＣＤ）チップ、又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）チップである。例示的な光学的結像器１４０は、カナダブリティシュコロンビア州のバーナビー所在のプロシリカから入手可能なＰｒｏｓｉｌｉｃａ  ＧＥ６８０  ＧｉｇＥカメラのようなＣＣＤ（電荷結合素子）カメラであり、このカメラは、ＶＧＡ解像度で２１５ｆｐｓの最大フレーム率を有する。実施形態において、画像センサ１４４は、１つ又は２以上のフォトダイオードのアレイとすることができる。
【００１８】
また、システム１００は、プロセッサユニット（「プロセッサ」）１５２及びメモリユニット（「メモリ」）１５４を有するコントローラ１５０を含む。例示的なプロセッサ１５２は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、１つ又は２以上の中央演算処理装置（ＣＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は同様のものを含む。メモリ１５４は、半導体メモリ、磁気メモリ、及び光学メモリなどのコンピュータで用いる任意のタイプのデジタルメモリとすることができる。コントローラ１５０は、画像センサ電子装置１４６から前処理電気画像信号Ｓ１４６を受信し、これをメモリ１５４内に格納する。プロセッサ１５２は、プロセッサ又はメモリ１５２内に格納されている命令（例えば、画像処理ソフトウェア）に基づいて前処理電気画像信号Ｓ１４６に組み込まれたデジタル画像を解析する。この処理は以下に詳細に説明する。
【００１９】
実施形態において、コントローラ１５０は、スペクトルプロット、共振波長プロット、及び他の測定結果、並びにシステム状態及び性能パラメータなどの測定情報を表示するディスプレイユニット１５６に作動可能に接続される。実施形態において、スペクトルを直接処理することができるので、共振波長のみ（計算されたものとして、例えば、測定されたスペクトルのセントロイドの各々として）をメモリ１５４内に格納することができる。
【００２０】
１つの実施例では、コントローラ１５０は、以下に詳細に説明するように、波長可変光源１０６に電気的に接続され、波長調整パラメータｘについての情報を含む波長可変光源からフィードバック信号ＳＦを受信するデータ取得カード１５８を含む。
【００２１】
例示的なＲＷＧバイオセンサ１０２は、入射光ビーム１３４Ｉ及び反射光ビーム１３４Ｒの導波路結合特性に影響を与えるセンサ表面１０５での屈折率の変化を利用して、ＲＷＧバイオセンサ上の生化学的物質１０４（細胞、分子、蛋白質、薬物、化学化合物、核酸、ペプチド、炭水化物等）のラベルフリー検出を可能にする。生化学的物質１０４は、ＲＷＧバイオセンサ表面１０５に堆積したバルク流体内に配することができ、この生化学的物質のバイオセンサ表面への付着は、ＲＷＧバイオセンサ１０２における屈折率を変化させる。
【００２２】
生化学的物質１０４を検出するために、ＲＷＧバイオセンサ１０２を入射光ビーム１３４Ｉで探査され、光学的結像器１４０は反射光ビーム１３４Ｒを受け取る。光学的結像器は、波長可変光源１０６と同期されるので、入射光ビーム１３４Ｉの中心波長λCが波長帯域にわたってスイープ（調整）されると、光学的結像器は異なる波長に対応する一連のデジタル画像１４５を取り込む。従って、光学的結像器１４０は、各々が別個の中心波長λCを有する入射光ビーム１３４Ｉに対応する、ＲＷＧバイオセンサ画像１４５の一連の又はひと続きの「収集物」１４７を取得する。
【００２３】
図５は、異なる（中心）波長λC1、λC2，．．λCj．．．λCnに関する画像１４５の収集物１４７を概略的に示し、この収集物は、画像の「３次元」（３Ｄ）データファイル又は「データキューブ」を構成する。また、図５は、実際の画像１４５の実施例を含む。光学的結像器１４０は、ＲＷＧバイオセンサ１０２の一連の又はひと続きの画像又はピクチャ１４５を取り込み、各画像は、波長可変光源１０６から出射した一連の波長可変光ビーム１３４の別個の中心波長λCjのうちの１つに対応する。最後に、プロセッサ１５２は、画像収集物１４７を受信して処理し、例えば、ＲＷＧバイオセンサ１０２のうちの１つ又は２以上に対して生化学的相互作用又は他の事象があったか否かを判定する。
【００２４】
コントローラ１５０は、生物学的物質１０４の存在によって引き起こされるＲＷＧバイオセンサ１０２の屈折率の変化（例えば、約１００万分の１）を検出するように構成される（例えば、プロセッサ１５２がプログラムされるか又はメモリ１５４内に格納されたソフトウェアの制御下で作動する）。実施形態において、ＲＷＧバイオセンサ表面１０５は、例えば、抗体またはタンパク質等の特定の相補的な生化学的物質１０４の表面付着のみとすることが可能な生化学化合物（図示せず）、又は同様の生物学的もしくは化学的に活性な物質によってコーティングすることができ、それによってＲＷＧバイオセンサ１０２は高い感度かつ高い特異性の両方を持つことが可能となる。このようにして、システム１００及びＲＷＧバイオセンサ１０２を用いて、広範な生物学的物質１０４を検出することができる。同様に、ＲＷＧバイオセンサ１０２を用いて、ＲＷＧバイオセンサ表面１０５に固定された細胞における移動又は変化を検出することができ、例えば、細胞がＲＷＧバイオセンサに対して移動するか又は細胞が物質を取り込むか又は放出する際に、屈折率の変化が生じる。
【００２５】
複数のＲＷＧバイオセンサ１０２が、次にマイクロプレートホルダ１７４で支持されるマイクロプレート１７０のウェル１７５のアレイ１０２Ａに作動可能に支持される場合、これらを用いて、高生産性薬物又は化学スクリーニング調査を可能にすることができる。走査光学読取り装置システム１００を用いる生物学的物質１０４（又は、生体分子結合事象）の検出に関するさらに詳細な説明は、米国特許出願第１１／０２７，５４７号明細書を参照されたい。他の光学読取り装置システム１００は、米国特許第７，４２４，１８７号明細書、米国特許第７，５９９，０５５号明細書、及び米国特許第７，５７６，３３３号明細書、並びに米国特許公開第２００６／０２０５０５８号明細書及び米国特許公開第２００７／０２０２５４３号明細書に記載されている。
【００２６】
コントローラ１５０及び内部のメモリ１５４は、入射光ビーム１３４Ｉの中心波長λCの各々に関して前処理電子画像信号Ｓ１４６を介して収集された前処理画像１４５を受信し、画像された収集１４７は、図５に示す前述の「データキューブ」を形成する。次に、プロセッサ１５２は、画像処理ソフトウェアを用いて画像収集物１４７を自動的に処理して、例えば、１）照明されたＲＷＧバイオセンサ１０２のうちの１つ又は２以上に対して生化学的相互作用又は他の事象が発生したか否かを判定し、２）照明されたＲＷＧバイオセンサ１０２の各々のセンサ領域又は参照領域、或いはその両方を探し、３）照明されたＲＷＧバイオセンサ１０２の各々の欠陥領域を取り除き、４）照明されたＲＷＧバイオセンサ１０２の各々の表面の化学的性質の一様性及び標的分子固定化を調整、又はこれらの組み合せを行なう。
【００２７】
必要に応じて、プロセッサ１５２は、複数の画像領域（ピクセル）を、ＲＷＧバイオセンサ１０２のセンサ及び参照領域（図示せず）の位置に関する事前情報を用いてビンに入れることができる。このモードにおいて、複数のピクセルは、単一検出器としてグループ化され、センサスペクトル／画像の数をビンに入れられた領域の数まで減少させることができる。このようにして、データ処理を大幅に簡略化することができる。
【００２８】
特定の問い合わせ用途に対する１Ｈｚのデータ転送速度を達成するために、波長可変光源１０６の順次的な走査及び光学的結像器１４０によって取り込まれるスペクトル画像１４５の順次的な取得は、１秒内に終了する必要がある。この要件は、波長可変光源１０６及び波長可変光源システム２００の現在の能力で十分である。勿論、この能力又は任意の他のデータ転送速度を満たすために、所望の波長サンプリング点の数は、画像センサ１４４（及び関連の画像センサ電子装置１４６）のフレーム率を指示する。例えば、単一の調整シーケンスの間に５００個の波長サンプルを取得するために、フレーム率は、１秒当たり５００フレーム（ｆｐｓ）に高速化する必要がある。Ｂａｓｌｅｒ  Ａ５０４ｋのようなＣＭＯＳカメラの形態の光学的結像器１４０は、最大の１０２４ｘ１２８０ピクセルフォーマットで５００ｆｐｓを送出することができ、一部領域の画像に対してより高いフレーム率が可能である。１Ｈｚデータ転送速度を達成する必要がない用途において、さらに低速な光学的結像器１４０を使用することができる。
【００２９】
例示的な撮像システム
図６から図９に関連して、４つの例示的な撮像システム１１４及びこれらの作動を説明する。図６において、撮像システム１１４は、マイクロプレート１７０において垂直からほぼ垂直の角度の入射角αを有し、照明光学系１３０は、波長可変光ビーム１３４を受光してそれをコリメーティングレンズ１３３に向けるレンズ１３２を含む。コリメーティングレンズ１３３は、インタロゲーションビームとして機能するビーム１３４Ｉにコリメートされた波長可変光ビーム１３４から形成し、このビームを折り返しミラー１３７に向ける。折り返しミラー１３７は、コリメートされたインタロゲーションビーム１３４Ｉを反射して、ビームスプリッタ１２６を通過させて、領域１３５にわたってマイクロプレート１７０のウェル１７４内に配されている所定数のＲＷＧバイオセンサ１０２を照明させる。もしくは、照明光学系１３０は、複数のインタロゲーションビーム１３４Ｉを形成するように構成され、インタロゲーションビームの各々は、マイクロプレート１７０のウェル１７５内部の１つに位置する対応する検査ＲＷＧバイオセンサ１０２を照明する。さらに、光学的結像器１４０は、照明されたＲＷＧバイオセンサ１０２から画像１４５を収集するために選択された視野を有するテレセントリック撮像レンズ１４２を有する。
【００３０】
図７は、入射光ビーム１３４Ｉが斜めの（すなわち、垂直でない）入射角αを有する、例示的な撮像システム１１４の概略図である。垂直でない入射角αは、ビームスプリッタ１２６の必要性を排除し、４つの因子による光学効果を４倍改善することができる。本実施形態では、照明光学系１３０は、波長可変光ビーム１３４を受光してそれを所定の角度でコリメーティングレンズ１３３に向けるレンズ１３２を含む。コリメーティングレンズ１３３は、波長可変光ビーム１３４を受光し、マイクロプレート１７０のウェル１７５内に位置する所定数のＲＷＧバイオセンサ１０２を照明するコリメートされたインタロゲーションビーム１３４Ｉを出力する。もしくは、照明光学系１３０は、複数のインタロゲーションビーム１３４Ｉを形成するように構成することができ、インタロゲーションビームの各々が対応するＲＷＧバイオセンサ１０２を照明する。さらに、光学的結像器１４０は、所定の角度で位置決めされ、照明されたＲＷＧバイオセンサ１０２から画像１４５を収集するために選択された視野を有するテレセントリック撮像レンズ１４２を有する。
【００３１】
図８を参照すると、照明光学系１３０及び光学的結像器１４０がテレセントリック撮像レンズ１４２の前面レンズ（又はレンズ群）１４２Ａを共有するので、比較的小さな占有面積を有する例示的な撮像システム１１４が示されている。本実施形態では、照明光学系１３０のレンズ１３２は、波長可変光ビーム１３４を受光してそれを発散方式で折り返しミラー１３７に向ける。折り返しミラー１３７は発散型の波長可変光ビーム１３４を反射して、ビームスプリッタ１２６通って前面レンズ１４２Ａまで進行させる。前面レンズ１４２Ａは、マイクロプレート１７０のウェル１７５内に位置する所定数のバイオセンサ１０２を照明するインタロゲーションビーム１３４Ｉを形成する。また、前面レンズ１４２Ａは、反射光１３４Ｒを収集してそれをビームスプリッタ１２６に向ける。ビームスプリッタ１２６は、反射光１３４Ｒをレンズ１４２Ｂに向け、レンズ１４２Ｂは、反射光１３４Ｒを前述のように画像センサ１４４上に画像化させる。
【００３２】
図９は、照明光学系１３０及び光学的結像器１４０がテレセントリック撮像レンズ１４２の前面レンズ１４２Ａを共有する、例示的な撮像システム１１４の概略図である。照明光学系１３０のレンズ１３２は波長可変光ビーム１３４を受光して、それを、折り返しミラー１３７を介してビームスプリッタ１２６を通して前面レンズ１４２Ａに向ける。前面レンズ１４２Ａは、波長可変光ビーム１３４をコリメートしてインタロゲーションビーム１３４Ｉを形成する。また、前面レンズ１４２Ａは、マイクロプレート１７０及びその中のＲＷＧバイオセンサ１０２から反射光１３４Ｒを収集し、それを、折り返しミラー１３７を介してビームスプリッタ１２６に向けて送り返す。次に、ビームスプリッタ１２６は、前述のように、反射光１３４Ｒを光学的結像器１４０の第２のレンズ１４２Ｂに向け、反射光１３４Ｒを画像センサ１４４上に画像化させる。
【００３３】
波長参照機能を有する波長可変光源システム
図１０Ａは、１つの実施例として絶対波長参照を含む波長参照を提供するように構成された例示的な波長可変光源システム２００の概略図である。波長可変光源システム２００は、コントローラ１５０に作動可能に接続された波長可変光源１０６を含む。波長可変光源１０６は、光軸Ａ２に沿って波長可変光ビーム１３４を出射する。波長可変光ビーム１３４は、前述の調整可能な中心波長λCを有し、１つの実施例では、中心波長が調整（調節）されると共に実質的に一定のままである、スペクトル幅ΔλT及びスペクトル形状を有する。以下の説明において、波長可変光ビーム１３４の中心波長λCが時間に伴って変化する時系列のビームと考えることができるとしても、波長可変光ビーム１３４は単数として参照する。
【００３４】
波長可変光源システム２００は、光軸Ａ２に沿って又はこれに隣接して配置され、光軸Ａ２に対して所定の角度（例えば、直角）を成す光軸Ａ３を定める光偏向素子３００を含む。１つの実施例では、光偏向素子３００は、波長可変光ビーム１３４の入射量の一部を反射させるビームスプリッタであり、波長可変光ビームの残りを伝達する。図１０Ｂに示す別の例示的な実施形態では、光偏向素子３００はミラーである。一般に、光偏向素子３００は、波長可変光ビーム１３４の少なくとも一部を偏向する。１つの実施例では、参照測定を行った後に、光偏向素子３００を波長可変光ビーム１３４の経路から取り除くことができる。
【００３５】
参照帯域通過フィルタ３１０は、光軸Ａ３に沿って配置され、参照光検出器３２０は、同様に光軸Ａ３に沿って参照帯域通過フィルタの下流に配置される。参照帯域通過フィルタ３１０は、帯域通過フィルタ関数Ｆ（λ）及び帯域通過幅ΔλRを有する。参照光検出器３２０は、図示のようにコントローラ１５０などのコントローラに電気的に接続される。
【００３６】
図１０Ａ及び図１０Ｂの波長可変光源システム２００の作動において、コントローラ１５０は、波長可変光源に波長可変光ビーム１３４を出射させる波長可変光源１０６に制御信号Ｓ１０６を送る。波長可変光源１０６は、波長可変光ビーム１３４の中心波長λCを調整するために用いる波長調整パラメータｘに関する情報を提供する、フィードバック信号ＳＦをコントローラ１５０に提供する。波長調整パラメータｘは、波長可変光源１０６で使用する波長調整機構のタイプに応じて、例えば、機械的位置、電圧、電流等とすることができる。
【００３７】
波長可変光ビーム１３４は軸Ａ２に沿って伝播し、波長可変光ビームの部分１３４Ｐは、光偏向素子３００によって軸Ａ３に沿って伝播するように案内される。次に、波長可変光ビームの部分１３４Ｐは、参照帯域通過フィルタ３１０を通って伝播して、光検出器３２０によって検出されるフィルタ処理光ビーム部分１３４ＰＦを形成する。それに応じて、光検出器３２０は、調整された（すなわち、変化する）中心波長λCの関数としてフィルタ処理光ビーム部分１３４ＰＦの検出強度を表す電気検出器信号ＳＤを発生させる。検出強度は、検出光スペクトルＤ（λC）の形態であり、波長調整パラメータ、すなわちＤ（ｘ）の関数として表すことができる。従って、電気検出器信号ＳＤは、検出光スペクトルＤ（λC）又はＤ（ｘ）を表している。次に、コントローラ１５０は、電気検出器信号ＳＤを受信する。
【００３８】
図１１は、波長可変光ビームの波長をある波長範囲にわたって（例えば、前述の実施例の８３８ｎｍ〜８５３ｎｍの範囲で）調整する場合の、幾つかの異なる中心波長λCの光ビーム１３４に関する波長可変光ビームスペクトルＬ（λ、λC）対波長λのプロットである。例示的な参照フィルタ伝達関数Ｆ（λ）が同様にプロットで示されている。例示的な参照フィルタ伝達関数Ｆ（λ）は、帯域通過幅ΔλR内で１回の伝達であり、帯域通過幅の外で伝達がない（すなわち、０の伝達）状態の理想的な矩形形状を有することが示されている。また、以下に説明するようにＧａｓｕｓｓｉａｎ、Ｓｉｎｃなどのフィルタ伝達関数Ｆ（λ）の他の形態を利用することができる。
【００３９】
同様に図１１には、参照光検出器３２０によって検出されるような中心又は参照波長λCの関数として検出光スペクトルＤ（λC）がプロットされている。所与の中心波長λCにおける検出光スペクトルＤ（λC）は、波長可変光ビームの部分１３４Ｐの波長可変光ビームスペクトルＬ（λ、λC）と参照フィルタ伝達関数Ｆ（λ）の積であり、波長調整の範囲にわたって、
2014528578.tif 000003
によって与えられる。
【００４０】
検出光スペクトルＤ（λC）は、参照フィルタ伝達関数Ｆ（λ）によって表すような参照帯域通過フィルタ３１０の特徴、並びに波長可変光源１０６の特性のみに依存する。検出光スペクトルＤ（λC）は、波長可変光源１０６を調整するために用いる特定の調整調節機構に依存しない。検出光スペクトルＤ（λC）の最大値に対応する中心調整波長λCは、参照中心波長λCRである。
【００４１】
１つの実施例では、波長可変光源１０６からの波長可変光ビーム１３４のスペクトルインタロゲーション（例えば、質量分析計を用いて）を実施して、検出光スペクトルＤ（λC）の対応するビークとの比較を行って（例えば、コントローラ１５０によって）、絶対波長参照として参照中心波長λCRを規定する。
【００４２】
ここでは検出光スペクトルＤ（λC）を得るためにＬ（λ、λC）又はＦ（λ）の特徴付けを必要としないことに留意されたい。参照波長λCRを規定するために検出光スペクトルＤ（λC）のみを必要とし、参照波長λCRは、波長可変光源システム２００で測定することによって規定される。
【００４３】
中心波長λCは、一般に波長可変光源１０６で直接設定されない。正しくは、中心波長λCは、通常、どちらのタイプの波長調整機構を用いるかに関する調節又はオフセットδｘ及びその波長調整パラメータｘでもって設定される。参照波長λCRに直接対応する波長可変光源１０６に関する参照設定値ｘCRを見出すために、波長調整パラメータｘは、検出光スペクトルＤ（λC）のピークに対応するまで調節される。この値をｘ＝ｘCRと定義する。この設定が妨害される場合、スペクトルルインタロゲーションを用いる参照プロセスを繰り返して新しい値ｘ’＝ｘCRを規定する。
【００４４】
図１２Ａは、図１０Ａに類似しており、例示的な波長可変光源１０６を有する例示的な波長可変光源システム２００を示す。波長可変光源１０６は、ロシア連邦のモスコワのスーパールミネッセンス・ダイオード・リミテッドから入手可能なスーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）のような広帯域光源２０１を含む。例示的なＳＬＤ（スーパールミネッセンスダイオード）光源２０１は、２０ｎｍのスペクトル帯域幅Ｗ及び約８４０ｎｍの中心波長λCを有する。光が十分にコリメートされる場合、従来の広帯域ＬＥＤを広帯域光源２０１として使用することもできる。広帯域光源２０１は、光源軸Ａ２に沿って広帯域光ビーム２１０を出射する。実施形態において、広帯域光源２０１は、１０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲のスペクトル帯域幅を有する。
【００４５】
また、波長可変光源１０６は、光軸Ａ２に沿って広帯域光源２０１の下流に配置された角度調節可能な波長フィルタ（「フィルタ」）２１６を含む。フィルタ２１６は、軸Ａ２（これは、コリメートされた広帯域光ビーム２１０が移動する方向である）に対して角度（「フィルタ角」）φをなし、フィルタの面法線Ｎに対して測定される。フィルタ２１６は、フィルタ角φを制御するために構成された角度調節ユニットに２２０に機械的に接続さえる。例示的な角度調節ユニット２２０を以下に説明する。
【００４６】
フィルタ２１６は、中心波長λCを有するスペクトル帯域通過（線幅）ΔλTにわたって光を伝達するように構成される。フィルタ２１６の「調整可能性」は、スペクトル線幅ΔλTを実質的に一定に維持しながらフィルタ角φの関数として中心波長λCを調節するフィルタ２１６の能力を意味する。従って、フィルタ２１６の伝達関数は、本質的に中心波長λCと共にシフトする。広帯域光ビーム２１０は、調整可能なフィルタ２１６を通って伝播して、前述のスペクトル線幅ΔλTをもつ波長可変光ビームスペクトルＬ（λ、λC）を有する前述の狭帯域の波長可変光ビーム１３４になる。波長可変光ビーム１３４のスペクトルＬ（λ、λC）が形状を変えずに単に中心波長λCと一緒にシフトする場合、波長可変光ビームスペクトルは、Ｌ（λ−λC）として表すことができる。
【００４７】
また、波長可変光源１０６は、広帯域光源２０１とフィルタ２１６との間の光軸Ａ２に沿って配置された偏光子２１４を含むことが好ましく、Ｐ分極又はＳ分極を有するように広帯域光ビーム２１０を線形に分極する。幾つかの場合、偏光子２１４のＳ分極構成は、より広域の入射ビーム角に対応するので好ましい。また、波長可変光源１０６は、広帯域光源２０１に隣接する光軸Ａ２に沿って配置されたコリメーティングレンズ２１２を含むことができる。
【００４８】
制御信号ＳＣ１を角度調節ユニット２２０に送るコントローラ１５０によって、フィルタ角φを調節する。それに応じて、角度調節ユニット２２０は、波長調整パラメータｘの調節（増加）によりフィルタ２１６の一部を調節して、フィルタ角φを設定（増加）する。また、角度調節ユニット２２０は、フィルタ角調節を行う波長調整パラメータｘを表す前述のフィードバック信号ＳＦをコントローラ１５０のデータ取得ボード１５８に送り返す。
【００４９】
図１２Ｂは、１つ又は２つの光検出器を使用する検出器配置の代替の実施形態を例示する波長可変光源システムの拡大図である。光検出器３２０Ｒを用いて、伝達フィルタ処理光１３４ＰＦを検出する代わりにフィルタ３１０からの反射光１３４ＰＦＲを検出することができる。本実施形態では、フィルタ３１０は、式Ｆ（λ）≒１−Ｒ（λ）によって伝達スペクトルＦ（λ）に関連する参照スペクトルＲ（λ）を有する反射ノッチフィルタ（すなわち、帯域消去フィルタ）として機能する。反射によって得られる検出器信号ＳＲは、伝達によって得られる検出器信号ＳＤがピークを示すところで「窪み」を示す。負の検出器信号ＳＲは、検出器信号ＳＤと同じ特性を有し、ピーク発見（例えば、曲線適合）法で用いることができる。別の実施例では、フィルタ３１０は、伝達スペクトルにおいてノッチ反応を有することができ、その場合、検出器３２０及び３２０Ｒの役割を確保しておく。
【００５０】
実施形態において、光検出器３２０（図１２Ｂに仮想線で示す）及び３２０Ｒを組み合わせて使用して、それぞれ伝達フィルタ処理光（ビーム）１３４ＰＦ及び反射フィルタ処理光（ビーム）１３４ＰＦＲを検出することができる。この構成において、フィルタ処理光ビーム１３４Ｆは、伝達フィルタ処理光（ビーム）１３４ＰＦ及び反射フィルタ処理光（ビーム）１３４ＰＦＲで構成されると考えることができる。
【００５１】
実施形態において、元の検出器ＳＤの本質的特性を有する組合せ検出器信号ＳＮは、検出器信号ＳＤ及びＳＲを組合せることによって生成することができる。特定の実施例では、検出器信号ＳＤ及びＳＲを異なるペアとして処理することができ、その場合、組み合わせた検出器の信号は、
2014528578.tif 000004
となる。この組合せ検出器信号ＳＮは、元の単一検出器信号ＳＤの本質的特性を有するが、検出器信号ＳＤ又はＳＲのどちらかを単独で取ったものと比較して、優れた信号対雑音比（ＳＮＲ）を有することは公知である。１つの実施例では、組合せ検出器信号ＳＮの計算は、コントローラ１５０のプロセッサ１５２で行う。
【００５２】
図１３は、参照波長λCの関数ではなく、（正規化）検出光スペクトルＤ（ｘ）（任意単位）対波長調整パラメータｘをプロットする。０から８０までの離散的ステップで波長調整パラメータｘを調節する場合、検出光スペクトルＤ（ｘ）は、（離散的）検出光スペクトルＤ（ｘ）の最大データ点を含む３つのデータ点を用いて放物線適合（点線ＰＦ）等の曲線適合によって決定される１の最大値を通過する。検出光スペクトルＤ（ｘ）の適合最大値に対応する波長調整パラメータｘは、参照波長調整パラメータｘCRであり、放物線適合曲線ＦＰに関して約４２の値を有する。他のタイプの曲線適合（例えば、重心）を用いて、検出光スペクトルＤ（ｘ）の最大値を計算することができる。１つの実施例では、コントローラ１５０は、曲線適合によって検出光スペクトルＤ（ｘ）又はＤ（λC）の最大値をコントローラに計算させるコンピュータ可読媒体で具現化された命令を含む。１つの実施例では、曲線適合を適用する前にデータはノイズに対するフィルタ処理を行うことができる。
【００５３】
これは、検出光スペクトルＤ（ｘ）のピーク値の数値的決定値が、波長調整パラメータｘに関する特定の調節機構によって利用可能な離散値よりもはるかに高い解像度（場合によっては、桁違いに良い）に対して見出すことができることを示す。参照中心波長λCRに対する及びそれに対応する参照波長パラメータｘCRに関する非常に正確な値は、参照値を決定するために参照光検出器３２０で検出光スペクトルＤ（ｘ）を記録しながら、波長可変光源１０６の波長を連続的に調整することによって見出すことができる。前述の測定スペクトル参照値に基づいて、参照中心波長λCRと参照波長調整パラメータｘCRとの間の変換を行う。
【００５４】
波長可変光源システム２００の例示的な実施形態では、システム１００を用いたバイオセンサ１０２の読み込みと同時に、参照光検出器３２０からの検出器信号ＳＤを読み込む。バイオセンサ１０２走査の終わりに、バイオセンサ測定値及び参照測定値の２つのセットの測定値がある。測定値の両セットは、波長調整パラメータｘに基づく。波長調整パラメータｘに対する相対値に関してバイオセンサ１０２の測定値を解析することができるが、参照測定値を解析して、参照中心波長λCRに対応する参照波長調整パラメータｘCRを見出すことによって、波長調整パラメータに対する絶対波長参照値を規定する。次に、バイオセンサ１０２測定値に適切な補正を加える。この同時測定法は、参照測定とバイオセンサ１０２との測定の間に発生する調整機構のドリフトの可能性を排除する。
【００５５】
バイオセンサ１０２の測定値及び参照測定値のために正確に同じ調整曲線を使用したので、この同時測定法は、波長可変光源１０６の調整曲線の特異的な形態から生じる場合がある高次誤差の相殺をもたらすことができる。
【００５６】
図１４は、側面２１７においてフィルタ２１６に作動可能に接続された駆動軸２２４を有するギヤボックス２２２を含む、例示的な角度調節ユニット２２０の概略側面図である。また、角度調節ユニット２２０は、駆動軸２３２を介してギヤボックス２２２に機械的に接続されたモータ２３０を含む。角度調節ユニット２２０は、モータ２３０に電気的に接続されたモータコントローラ２４０をさらに含む。１つの実施例では、モータ２３０は、１回転当たりの「クリック」又はエンコーダラインの形態で波長調整パラメータｘを提供し、各クリックは、駆動軸２３２の離散的位置（回転）の増分に対応する。さらに、ギヤボックス２２２が、ギヤボックスの駆動軸２２４の１回転当たりのクリック数を大きく増やすように、ギヤボックス２２２は、１つの実施例では比較的大きな（例えば、Ｒ≧１，０００）ギヤ比Ｒを有する。
【００５７】
角度調節ユニット２２０で用いるのに好適な例示的なモータ２３０は、モデルＩＥ−５１２直交エンコーダを収納するモデル１５４２−ＳＲブラシＤＣモータであり、ドイツのシュツットガルト所在のＤｒ．Ｆｒｉｔｚ  Ｆａｕｌｈａｂｅｒ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧから入手できる。例示的なモータコントローラ２４０は、モデルＭＣＤＣ３００６Ｓであり、例示的なギヤボックス２２２はモデル１５／８ギヤボックスであり、同様にＤｒ．Ｆｒｉｔｚ  Ｆａｕｌｈａｂｅｒ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧから入手できる。１つの実施例では、モータ２３０は、１回転当たり２，０４８クリックを有し、ギヤボックス２２２は、１６７０：１のギヤ比を有する。１度当たりのクリックの数は、２，０４８ｘ１，６７０／３６０＝９，５００クリック／度によって与えられる。例示的な角度スイープ長は８３２ｎｍを中心とする１５度である。１クリック当たりの平均波長増分は、９８．２フェムトメートル又は約０．０００１ｎｍである。１つの実施例では、波長スイープの再現性は単一クリックよりも良好である。
【００５８】
図１５は、角度調節ユニット２２０の実施形態の概略側面図である。角度調節ユニット２２０は、スクリュー軸２５２を有するモータ２５０に電気的に接続されたモータコントローラ２４０を含む。スクリュー軸２５２は、スクリューナット２５３を介して２つのフィルタ端部２１８の一方の又はその近くのフィルタ２１６に機械的に結合される。スクリュー軸２５２に結合したフィルタ端部２１８とは反対側のフィルタ端部２１８でフィルタ２１６に結合するヒンジ２１９により、フィルタ２１６は、スクリュー軸２５２がモータ２５０で付勢されてその軸に沿って移動する際に回転（旋回）することができる。１つの実施例では、スクリュー軸２５２はボールスクリュー軸とすることができる。異なるタイプの調節手段を使用する角度調節ユニット２２０の様々な他の構成を使用することもできる。また、駆動軸２６２を有するギヤボックス２６０（仮想線で示す）を使用して、位置精度を改善することができる。別の実施例では、モータ２５０、ギヤボックス２６０、スクリュー軸２５２、及びスクリューナット２５３は、リニアモータを収納するリニアステージシステムで置き換えることができる。
【００５９】
図１２の波長可変光源システム２００を参照すると、１つの実施例では、好適なフィルタ２１６は、ダイクロイックフィルタとして知られている干渉フィルタである。中心波長λCは、
2014528578.tif 000005
によって与えられ、式中φは、前述のフィルタ角であり、ｎ及びλ0は、フィルタ２１６の定数特性である。１つの実施形態では、フィルタ角φは、１１．５°及びこの角度に関して±７．５°の範囲に調整することができる。フィルタ２１６の帯域通過ΔλTは、λCの調整に伴って僅かに変化する可能性があるが、複数の実施例では、スペクトル形状は、Ｇａｕｓｓｉａｎ関数又はＳｉｎｃ関数によって良好に表さされる。
【００６０】
前述のように、フィルタ角φを１／３，０００th程度といった高い解像度まで制御する必要がある。しかしながら、このような解像度を有する角度調節ユニットは、高価（現在１，０００ドルよりも高い）であり、またかなり大きい。従って、本明細書で開示するような波長可変光源システム２００は、単一の高価な高解像度のエンコーダを使用するのではなくて、絶対参照測定値と組合せて比較的安価な構成要素を使用する角度調節ユニット２２０の構成を使用する。
【００６１】
ここでまた図１４を参照すると、角度調節ユニット２２０は、ギヤボックス２２２と組合せて比較的低解像度及び低コスト（例えば、約５０ドルの今日の費用で約１／５程度）を有するモータコントローラ２４０及びモータ２３０を使用する。ギヤボックス２２２は、前述の機械的利点又はギヤ比Ｒ、すなわちモータ角度位置（ｘ）対フィルタ角φの比率を提供する。
【００６２】
フィルタ角φは、
2014528578.tif 000006
で表すことができる。システムの電源投入時の位置等の何らかの初期条件又は位置に関して、波長調整パラメータｘが測定され、ｘCRは、検出器からの検出光スペクトルＤ（ｘ）がその最大値にある場合の参照波長調整パラメータであり、φCRは、光検出器３２０からの検出光スペクトルのピークに対応する参照フィルタ角である。
【００６３】
モータ速度及び方向等の特定の作動モードに関連する因子（バックラッシュ）は明瞭にするために省略する。特に、参照測定が実際のバイオセンサ１０２の測定と同じ方式で又は同時に行われる場合、これらの因子は不十分になる傾向がある。
【００６４】
波長調整パラメータｘに対するフィルタ角φの変化は、ギヤ比の関数、つまり
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である。ギヤ比Ｒは、一定であると考えられる。ギヤボックス２２２の摩耗及び破損は、波長調整パラメータｘに影響を与える場合があるが、（平均）ギヤ比Ｒには影響を与えない。ギヤ比Ｒは、大きな数（すなわち、「低」ギヤ比）、例えば、Ｒ≧１，０００又はさらにＲ≧５，０００とすることができる。次に、１／５th程度の波長調整パラメータｘの初期の精度は、Ｒ＝５，０００程度の１／２５，０００thになる。この程度の解像度は、１／３，０００th程度の前述の例示的な解像度要件を超える。
【００６５】
波長可変光源システム２００の実施例において、参照帯域通過フィルタ３１０は、調整可能なフィルタ２１６と実質的に同じである、すなわち調整可能なフィルタ帯域幅ΔλT＝ΔλRである。これにより、バイオセンサ１０２の測定値及び参照測定値に対してコントローラ１５０で実質的に同じ信号処理が可能になる。１つの実施例では、参照帯域通過フィルタ３１０は、フィルタ角φの範囲内にある参照角βで、例えば、範囲の中央を表す角度で定められる。１つの実施例では、中央範囲角度は１１．５度である。
【００６６】
図１６は、図１１に示すプロットに類似したプロットを示し、波長可変光ビームスペクトルＬ（λ、λC）は幅ΔλT＝ｗLのGaussianであり、また、参照フィルタ伝達スペクトルが幅ΔλR＝ｗFのGaussianである実施例を示す。この場合、前述の検出光スペクトルＤ（λC）の式は、コンボリューションであり、結果として得られる検出光スペクトルＤ（λC）は、スペクトル幅ｗD＝
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である。干渉フィルタの実施例では、フィルタ伝達分布は、ピークの近くのＧａｕｓｓｉａｎ形状と非常に関係が深いＬｏｒｅｎｔｚｉａｎと密接に関係がある。
【００６７】
波長可変光源を用いる光学的インタロゲーションシステム
バイオセンサ共振線幅に一致するフィルタスペクトル線幅を有する波長可変光源１０６は、フォトダイオードベースの多重チャネルの光学読取り装置及びＣＣＤ／ＣＭＯＳベースの撮像光学読取り装置を含むスイープ波長光学読取り装置で用いるのに好適である。波長可変光源１０６は、先行技術の光学読取り装置システムで用いる狭帯域の調整可能なレーザを置き換えることができる。測定センサスペクトルは、入射ビーム１３４Ｉの比較的広いスペクトル線幅とバイオセンサ１０２共振線幅のコンボリューションであり、この作動により、センサからの干渉縞を自動的に取り除く。
【００６８】
波長可変光源１０６の簡単性及び高性能化により、小型撮像システム１１４が可能になるので、ＬＩＤ（ラベル非依存検出）光学読取り装置システム１００を非常に小型にすること、すなわち、１つの実施例では１０インチｘ４インチｘ７インチの小さな外形寸法を有することが可能になる。この形状寸法は、システム１００がスーツケースの大きさ又はブリーフケースの大きさのハウジングに適合できるようにするので、システムを可搬型にするのが容易になる。
【００６９】
当業者にとって、本明細書に記載されている本発明の好ましい実施例に対する様々な変更は、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の精神または本発明の範囲から逸脱することなく可能であることは明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内及びその均等の範囲内にある変形例及び変更例を含む。
【符号の説明】
【００７０】
１０６  波長可変光源
１３４  波長可変光ビーム
１３４Ｐ  光ビーム部分
１３４ＰＦ  フィルタ処理光ビーム部分
１５０  コントローラ
１５２  プロセッサ
１５４  メモリ
２００  波長可変光源システム
２０１  広帯域光源
２１０  広帯域光ビーム
２１２  コリメーティングレンズ
２１４  偏光子
２１６  フィルタ
２２０  角度調節ユニット
２２２  ギヤボックス
３００  光偏向素子
３１０  帯域通過フィルタ
３２０  光検出器
Ａ２、Ａ３  軸
Ｎ  フィルタの面法線
ＳＣ１  制御信号
ＳＤ  検出器信号
ＳＦ  フィードバック信号
β  参照角
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月1日(2014.4.1)
【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】
波長調整パラメータに対する参照値を提供する波長可変光源システムであって、
波長調整パラメータｘに基づいて調整可能な中心波長λＣを有する波長可変光ビームを出射し、前記波長調整パラメータを表す電気信号を発生させる波長可変光源と、
前記波長可変光ビーム内に配置され、該波長可変光ビームの少なくとも一部を偏向する光偏向素子と、
参照帯域幅を有し、前記波長可変光ビームの前記偏向部をフィルタ処理してフィルタ処理光ビームを形成するように配置された参照フィルタと、
前記フィルタ処理光ビームを検出し、検出光スペクトルを表す少なくとも１つの検出器電気信号を発生させるように配置された少なくとも１つの光検出器と、
前記波長可変光源及び前記光検出器に作動可能に接続され、前記波長調整パラメータ電気信号及び前記検出器電気信号の少なくとも１つを受信し、前記検出光スペクトルの最大値に基づいて参照調整可能な中心波長λＣＲに対応する参照波長調整パラメータｘＣＲを決定するように構成されたコントローラと、を備えている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光検出器は、それぞれ前記参照帯域通過フィルタに対して配置された第１及び第２の光検出器を備え、該第１及び第２の光検出器は、それぞれ前記参照帯域通過フィルタから反射する反射光ビームとしての前記フィルタ処理光ビームと、前記参照帯域通過フィルタによって伝達された伝達光ビームとを受け取り、それに応答して第１及び第２の検出器信号を発生させ、
前記コントローラは、前記第１及び第２の検出器信号に基づいて前記検出光スペクトルの最大値を計算するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
マイクロプレートによって支持された少なくとも１つの共振導波路回折格子（ＲＷＧ）バイオセンサを読み込むためのラベル非依存光学読取り装置であって、
中心波長λＣの範囲にわたって波長可変光ビームを出射する請求項１に記載の波長可変光源システムと、
前記波長可変光ビームを前記少なくとも１つのＲＷＧバイオセンサに向けて送出して、対応する反射光ビームを形成するように構成された照明システムと、
前記反射光ビームを受け取るように配置され、前記反射光ビームからデジタル画像を形成するように構成された光学的結像器と、
前記デジタル画像を処理して前記少なくとも１つのＲＷＧバイオセンサに関する共振波長を規定するように構成されたコントローラと、を備えている、
ことを特徴とするラベル非依存光学読取り装置。
【請求項４】
波長可変光源の波長調整パラメータｘに対する参照値を規定する方法であって、
前記波長調整パラメータｘを調節することによって調整可能な中心波長λＣを調整すると同時に、該調整可能な中心波長λＣを有する波長可変光ビームの一部を参照フィルタ処理するステップと、
前記参照フィルタ処理の波長可変光ビームを検出して、これから前記調整可能な中心波長λＣの関数として検出光スペクトルを発生させるステップと、
前記検出光スペクトルの最大値に基づいて参照調整可能な中心波長λＣＲに対応する参照波長調整パラメータｘＣＲを決定するステップと、を備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記波長可変光ビームのスペクトルインタロゲーションを行って前記参照調整可能な中心波長λＣＲに対する絶対波長参照値を規定する段階をさらに備えている、
請求項４に記載の方法。
【国際調査報告】
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2014528578.tif 000029
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