(57)【要約】【課題】　視野の広い、血液スミア（汚れ）標本、生物学的検定法などにおける低密度及び高密度の微小物体の検出を行う。【解決手段】　装置は表面を画像形成する。イメージャステージ２０は、表面を第１の方向２９に線状に並進させる。光ファイバー束４０は、第１の方向に対して垂直で表面に対して平行な線状の入力アパーチャを定める平行な第１ファイバー端部の第１端部と、ほぼ円形の出力アパーチャ４８を定める第２端部とを有する。放射線ビームは、入力アパーチャの下にある表面を線状に走査し及び該表面と相互作用して、入力アパーチャにより収集され、ファイバー束により出力アパーチャに送信される光信号を生成する。光検出器は、出力アパーチャで光信号を検出する。プロセッサが検出された光を処理する。【選択図】　　　図１
2004138614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　サンプルを画像形成するためのイメージャであって、
　前記サンプルを支持するイメージャステージと、
　前記イメージャステージ上の前記サンプルを視認する入力アパーチャを定めるように配置された第１ファイバー端部の近い側の束端部と、前記入力アパーチャとは異なるように成形され、前記イメージャステージから遠い側に配設された出力アパーチャを定めるように配置された第２ファイバー端部の遠い側の束端部とを有する光ファイバー束と、
　前記入力アパーチャに対して固定された相対位置に配置され、前記入力アパーチャの視野領域内で前記サンプル上で放射線ビームを走査する走査用放射線源と、を含み、
　前記放射線ビームは、前記サンプルと相互作用して、前記入力アパーチャにより受取られて前記光ファイバー束を介して前記出力アパーチャに送信される光信号を生成するものであり、
　前記遠い側の束端部において前記光信号を検出するように配置された光検出器と、
　前記光検出器により検出された前記光信号を処理するプロセッサと、を更に含む
　ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２】
　前記サンプルを並進運動又は回転運動の１つで移動させるように配置され、前記サンプルの選択された領域にわたり前記放射線ビームのラスタリングが実現されるように前記走査用放射線源と協働するモータをさらに含む請求項１に記載のイメージャ。
【請求項３】
　前記入力アパーチャがほぼ線状の形状を有し、前記走査用放射線源が前記ほぼ線状のアパーチャに平行なビームの軌道に沿って前記放射線ビームを走査し、前記モータが、前記ビームの軌道に対して垂直な軌道に沿って、前記サンプルを線状に並進させる請求項２に記載のイメージャ。
【請求項４】
　前記モータが、前記サンプルの表面に対して直角な軸の周りで前記サンプルを回転させて、前記入力アパーチャが前記回転軸から半径方向に離れる方向に延びるほぼ線状の形状を有し、前記走査用放射線源が前記ほぼ線状のアパーチャに平行なビームの軌道に沿って前記放射線ビームを走査する請求項２に記載のイメージャ。
【請求項５】
　前記光信号は、前記放射線ビームと前記サンプルとの相互作用により発生させられた蛍光線である請求項１に記載のイメージャ。
【請求項６】
　前記入力アパーチャは、前記第１ファイバー端部が前記サンプルの表面に対してほぼ垂直な状態になるように配置され、前記走査用放射線源は、前記サンプルの前記表面の垂直軸に対して斜角で前記放射線ビームを走査するように配置され、前記斜角が前記入力アパーチャの収集角の外側にあるようになった請求項１に記載のイメージャ。
【請求項７】
　画像形成方法であって、
　放射線ビームをサンプル上の線状経路に沿って掃引し、
　光ファイバー端部のアレイの少なくとも１つの近い側の要素を用いて、前記サンプルとのビームの相互作用により生成された光を収集し、
　前記少なくとも１つの近い側の要素と関連したファイバーに沿って前記収集された光を透過させ、前記ファイバーが前記収集された光を、最も大きい空間的寸法が前記光ファイバー端部のアレイの最も大きい空間的寸法よりも実質的に小さい選択された出力領域に通すようにし、
　前記選択された出力領域で前記収集された光を検出し、
　前記放射線ビームの掃引の前記線状経路に対してほぼ垂直に前記サンプルを移動させ、
　前記移動を、前記放射線ビームが前記サンプル上でラスタされるように前記掃引と協働させ、
　前記掃引、前記移動及び前記検出を調整して、前記サンプルの少なくとも一部を表す数多くのピクチャ素子を発生させる、
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項８】
　前記放射線ビームの放射線を除去するように前記収集された光をフィルタすることをさらに含む請求項７に記載の画像形成方法。
【請求項９】
　前記サンプルが生物学的スミア（汚れ）標本を含む請求項７に記載の画像形成方法であって、
　選択されたタイプの細胞に選択的に付着する蛍光物質を用いて前記生物学的スミア標本に印をつけ、
　ビームの相互作用により生成された光が、前記放射線ビームとの相互作用に起因して前記蛍光物質により生成された蛍光を含むようにする、
ことをさらに含む画像形成方法。
【請求項１０】
　励起放射線に対する露出に応答して特性ルミネセンスを放出する生物学的スミア標本内の細胞を識別する装置であって、
　前記生物学的スミア標本を第１の方向に横方向並進させる並進ステージと、
　大きなアスペクト比を有するほぼ長方形の受け取りアパーチャを定めるように配置された第１端部と、コンパクトな形状を有する出力アパーチャを定めるように配置された第２端部とを各々有する複数のファイバーを含む光ファイバー束と、
　励起放射線ビームを、前記生物学的スミア標本を横切って、前記第１の方向に対して垂直な方向で線状に掃引する放射線源と、
を含み、前記放射線源と前記生物学的スミア標本との相互作用領域は、前記相互作用領域において生成された特性ルミネセンスが前記受け取りアパーチャにより収集されるように、前記受け取りアパーチャに対して配置され、
　前記出力アパーチャにおいて前記収集された特性ルミネセンスを検出するように配置された検出器と、
　前記並進ステージの並進及び前記放射線源の掃引を制御して、ラスタリング中に検出された前記特性ルミネセンスに基づいて、前記生物学的スミア標本における希少細胞を識別するように、前記生物学的スミア標本を横切って前記励起放射線ビームをラスタするコントローラと、
が設けられたこと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】
　本発明は、画像形成技術に関する。本発明は、血液スミア（汚れ）標本、生物学的検定法などにおける低密度及び高密度の細胞検出に関連して特に用途があり、それに関して具体的に説明する。しかしながら、本発明は、さらに、種々の実質的に平坦な表面及びサンプル上における他のタイプの低密度又は高密度特徴の画像形成、例えば、半導体ウェーハの画像形成、流体又は固体薄膜における粒状汚染物の画像形成などに用途があり、そのような画像形成は、印刷技術、電子技術、医療技術その他の科学的及び工学的領域において特に用途が見出されることを理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
　腫瘍の診断において、がん細胞は、がん患者の血液流れ内に小さな濃度で存在するのが一般的であると認識されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　生成されるウイルス性たんぱく質は、大変少量であり、現在の技術で悪影響を及ぼす細胞を検出するのはむずかしい。
【０００４】
　細胞分析の問題は、顕微鏡のように比較的小さな視野（field of view＝ＦＯＶ）しかない従来の技術を使用することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　本発明の一態様によると、サンプルを画像形成するためのイメージャが開示される。イメージャステージがサンプルを支持する。光ファイバー束は、顕微鏡ステージ上のサンプルを視認する入力アパーチャを定めるように配置された第１ファイバー端部の近い側の束端部を有する。光ファイバー束は、さらに、入力アパーチャとは異なるように成形され、イメージャステージから遠い側に配設された出力アパーチャを定めるように配置された第２ファイバー端部の遠い側の束端部を有する。走査用放射線源が入力アパーチャに対して固定相対位置に配置される。走査用放射線源は、入力アパーチャの視界領域内でサンプル上の放射線ビームを走査する。放射線ビームは、入力アパーチャにより収集されかつ受取られ、光ファイバー束を介して出力アパーチャに送信される光信号を生成するようにサンプルと相互作用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
　図１を参照すると、画像形成装置すなわちイメージャ１０が、スライド１６の表面の少なくとも一部の上に配設された生物学的スミア標本１４のようなサンプル１２を検査することが示されている。画像形成装置すなわちイメージャ１０は、以下で詳述するように、微小な又は微視的な物質を検出するために設計されたものである。
【０００７】
　サンプル１２は、これらに限られるものではないが、対象物の血液又は血液の一部のような生物学的流体のサンプルを抽出することにより適当に準備することができる。流体サンプルは、任意に抗体又は他の中間要素を介して、細胞表面、細胞蛋白質、又は細胞の他の要素に選択的に結合する蛍光物質で処理される。この物質は、選択された光の波長又はスペクトル、Ｘ線照射、電子ビーム照射などによる照射のような選択された励起照射に応答して、蛍光又は燐光のような特性ルミネセンスを放出するものであることが好ましい。特性ルミネセンスは、特性波長又は波長のスペクトル範囲を有するのが普通である。
【０００８】
　処理された生物学的流体は、既知の技術を用いて、透明なスライドの上に塗りつけられる。
【０００９】
　スミア標本の寸法は実施形態によるが、しかしながら、一例として、生物学的流体における１００万個の細胞当たり約１個の関心ある希少細胞をもつ希少細胞密度といった一状況において、スミア標本１４は、少なくとも１千万個の細胞を含み、約１００ｃｍ2の領域を占めることになる。
【００１０】
　サンプル１２は、該サンプル１２を支持する線状に並進可能なトラック２２を含むイメージャ並進ステージ２０（１部を示す）上に装着される。モータ２４は、歯車機構２６によりトラック２２と連結して、該トラック２２及び支持されたサンプル１２を、ｙ軸方向（矢印２８により示す）に沿って並進させる。
【００１１】
　引き続き図１を、さらに図２及び図３と関連して参照すると、光ファイバー束４０は、サンプル１２に対して近い側のにある第１端部４２と、該サンプル１２から遠い側のにある第２端部４４とを含む。第１端部４２は、長辺がｘ軸方向と一致したほぼ線状の又は高アスペクト比の長方形の入力アパーチャ４８を定めるように、互いにほぼ平行に配置された複数の第１ファイバー端部４６を含む（図３において概略的に最もよく見られる）。入力アパーチャ４８は、大きな数の第１光ファイバー端部、すなわち多数のファイバー端部を含むことが好ましい。１つの適当な実施形態において、各々がおおよそ５０ミクロンの直径を有する４０，０００本のファイバーが４０ファイバー×１０００ファイバーのアレイに配置されて、長辺がおおよそ５ｃｍ、短辺が約０．２ｃｍで、アスペクト比２５：１に相当する入力アパーチャ４８が定められる。第１ファイバー端部４６は、図３に示すように、規則的なパターンで配置することができる。或いは、第１ファイバー端部を不規則な又は非周期的なアレイに配置することができる。ほぼ円形のファイバー端部が示されているが、楕円形、四角形、六角形、又は他の断面形状のファイバーを用いることもさらに考えられる。第１ファイバー端部４６は、生物学的スミア標本１４を視認するように、該スミア標本１４の平面に対してほぼ直角に配向される。
【００１２】
　光ファイバー束４０は、第１端部４２と第２端部４４との間で断面の寸法と形状を「変形(morph)」すなわち変化させて、該第２端部４４において、複数の第２ファイバー端部５０がコンパクトでほぼ円形の出力アパーチャ５２を定めるようにする（図２において概略的に最もよく見られる）。第１ファイバー端部４６と第２ファイバー端部５０との間には、１対１の対応があり、各々の該第１ファイバー端部が、自身の導波被覆を有する個々の区別できるファイバーにより、該第２ファイバー端部に連結されることが好ましい。図２において、２つの例示的な個々の区別できるファイバー５６、５８の経路が点線で示される。拡張したほぼ線状の第１端部４２からコンパクトでほぼ円形の第２端部４４まで変形されたファイバー束４０の形状は、連続的な方法で、光ファイバー束４０のファイバーの空間構成を変化させることにより形成することが好ましい。各々のファイバーが５０ミクロンの直径を有する例示的な４０，０００本のファイバーの実施形態においては、ほぼ円形の出力アパーチャ５２は約１．３ｃｍの円の直径を有する。
【００１３】
　第１ファイバー端部４６と第２ファイバー端部５０との間の空間的関係は、一般的に任意であることを特に指摘しておく。例えば、図２において、ファイバー５６、５８は入力アパーチャ４８のほぼ同じ位置から延びる。しかしながら、ファイバー５６は出力アパーチャ５２の上部近くで終端し、ファイバー５８は該出力アパーチャ５２の中間近くで終端する。便宜上、ファイバーの配置に際して、第１及び第２ファイバー端部４６、５０が、互いに選択された対応で関係になるように配置されるようにするが、代わりに、該ファイバー端部４６、５０は、その間にほとんど関係がない、任意の関係となるようにすることができる。光ファイバー束４０と同様な、変形された光ファイバー束が光学技術において知られており、他の用途、例えば合焦された光を線状照明パターンに変換する用途、及び光ビームをモノクロメータ又はスペクトロメータの線状スリットに結合する用途に用いられる。
【００１４】
　良好な光透過を得るために、光ファイバー束４０は、高いファイバー占積率を有することが好ましく、例えば、該光ファイバー束４０は、約０．８０又はそれ以上の占積率を有することが好ましい。光透過に影響を与える他の因子は、第１及び第２ファイバー端部４６、５０の先端の研磨又は光透過特性、ファイバー５６、５８の単位長当たりの吸収性、及び該ファイバー５６、５８の全長を含む。ファイバーの曲げ損失は、光ファイバー束４０の急な曲げを避けることにより減らすことが好ましい。例えば、図１及び図２に見られるように、入力アパーチャ４８及び出力アパーチャ５２の向きの差は、光ファイバー束４０の緩やかな曲げにより達成される。
【００１５】
　図４において、適当な実施形態における走査用放射線（光）源６０は、生物学的スミア標本１４に印をつける際に用いられる物質を励起するように選択された波長又は波長範囲の励起光（放射線ビーム）６４を生成するレーザー６２を含む。励起光６４は、電気入力に応答して回転する（曲線の矢印６８により示される）反射面を有するガルバノメータ６６により角度方向に走査される。任意の合焦レンズ７０は、角度方向に走査された励起光６４をサンプル上に、より具体的には、生物学的スミア標本１４の上に合焦する。ガルバノメータ６６により生成された角度方向の走査は、入力アパーチャ４８の下に、該入力アパーチャ４８の長辺と平行に配置された線状の軌道７４に沿って、生物学的スミア標本１４上で励起光を線状に掃引又は走査（矢印７２で示される）するように並進する。すなわち、図１の座標系を用いると、線状の軌道７４はｘ軸方向と平行になる。適当な実施形態においては、軌道７４は入力アパーチャ４８の約１ミリメートル下で生物学的スミア標本１４の上に配設されるが、これらの概念が実施される装置及び環境によっては、他の距離も適当となるであろう。
【００１６】
　細胞研究において、励起放射線６４は、生物学的スミア標本１４上に細胞の大きさと実質的に適合するスポットサイズを生成することが好ましく、該スポットサイズは、大きさは異なってもよいが、約１から３０ミクロンの大きさが普通である。そのような狭いビームの合焦を得るために、典型的には合焦レンズ７０が含まれる。
【００１７】
　レーザー６２は、白色光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）などで置換えることができる。ガルバノメータ６６は、レーザープリンタで通常用いられるタイプと同様な多角形レーザースキャナのような別の光学走査装置で置き換えることができる。多角形レーザースキャナは、ガルバノメータ６６より迅速にビームを走査するという利点がある。さらに、図１に示される走査用放射線又は光源６０は、走査用Ｘ線源又はビームデフレクタを用いる走査用電子ビームで置き換えることができる。後者の実施形態においては、電子ビーム経路は、真空環境で囲むのが適切である。
【００１８】
　引き続き図１ないし図４を参照すると、電子制御ユニット８０は、軌道７４に沿った放射線ビーム６４の線状の掃引又は走査７２、及びサンプル１２の線状の並進２８を調整するように、ガルバノメータ６６及び並進ステージ２０と通信して、該軌道７４のスパンの小さい方と、入力アパーチャ４２の長辺とによりＸ軸方向に境界された該サンプルの選択された領域を横切って、該放射線ビーム６４のラスタリングを実現する。軌道７４のスパンは、入力アパーチャ４２の長辺にほぼ適合することが好ましい。
【００１９】
　図４に最も良く見られるように、励起放射線ビーム６４は、入力アパーチャ４２の収集角θよりも大きい斜角で、生物学的スミア標本１４の上に入射する。収集角θは入力アパーチャ４２の短辺、該入力アパーチャ４２と生物学的スミア標本１４との間の距離、及び第１ファイバー端部４６の光収集特性によって決まる。後者は、ファイバー端部の開口数により適切に特徴づけられる。光ファイバー端部は、典型的に弱い特性ルミネセンスの細胞を収集するために特に有利である、大きな光収集角に対応する大きな開口数を有するのが普通である。適当な実施形態において、放射線ビーム６４は、垂線から３０°ないし９０°で、好ましくは約６０°でサンプル１２上に入射する。
【００２０】
　放射線ビーム６４の入射角が入力アパーチャ４２の収集角θより大きいため、鏡面反射放射線８２は、該入力アパーチャ４２によっては収集されない。しかしながら、処理された細胞により生成された特性ルミネセンスは、一般に、すべての空間方向に均一に放出され、すなわち、各々の処理された細胞が点光源に対応する。したがって、特性ルミネセンスの実質的な部分が生物学的スミア標本１４上の放射線ビームの軌道７４に対して近接し、かつ該軌道に整列しており、さらに、第１ファイバー端部４６が大きな開口数を有するために、特性ルミネセンスの実質的な部分は入力アパーチャ４２により収集される。収集された光は、第１ファイバー端部４６に入り、例えば図２に示されるファイバー５６、５８のような個々のファイバーに沿って透過し、収集用第１ファイバー端部４６に対応する第２ファイバー端部５０で光ファイバー束４０を出る。
【００２１】
　特定の細胞により生成された特性ルミネセンスは、一般に、第１ファイバー端部４６のすべて又は該第１ファイバー端部のほとんどすべてによってさえも収集されることはない。むしろ、細胞に近接した第１ファイバー端部４６の１つ又は数個の第１ファイバー端部４６だけが特性ルミネセンスを収集する。例示的な実施形態においては、放射線のスポットサイズは、同様の大きさの細胞に対応して約１０ミクロンであり、各々の第１ファイバー端部４６は約５０ミクロンの直径を有する。したがって、１つ又は数個のファイバーだけが、放射線ビーム６４を掃引する所定の位置のどこででも特性ルミネセンスを視認して収集する。
【００２２】
　しかしながら、ファイバー束４０の第２端部４４において、第２ファイバー端部５０はコンパクトな出力アパーチャ５２を定めるように配置されているため、どの第１ファイバー端部４６が特性ルミネセンスを収集したかにかかわらず、該特性ルミネセンスは該出力アパーチャ５２に対応した小さな空間の領域から放射される。励起ビーム６４が入力アパーチャ４８に平行で、典型的には該入力アパーチャ４８の下にある軌道７４に沿って掃引するのに伴い、近い側のにある１つ又は数個の第１ファイバー端部４６が、光ファイバー束４０によりコンパクトな出力アパーチャ５２に通された特性ルミネセンスを収集する。
【００２３】
　図１の構成において、走査用放射線源６０及び入力アパーチャ４８は固定的な相対位置に配置され、ガルバノメータ６６はｘ軸方向に沿った励起ビーム６４の線状掃引をもたらし、サンプル１２は並進ステージ２０によりｙ軸方向に沿って移動させられて、二次元ラスタリングが実現される。しかしながら、他のラスタリング構成も考えられる。別の適当なラスタリング構成においては、入力アパーチャはより小さいアスペクト比を有し、すなわち、より大きな短辺を有し、該アパーチャがｘ軸方向及びｙ軸方向の両方において、選択された画像形成領域に跨るようにされる。走査用放射線源は、ｘ軸方向及びｙ軸方向の両方において２次元ラスタリングを行い、サンプルは並進ステージ上で静止したまま残る。
【００２４】
　さらに別の適当なラスタリング構成において、並進ステージは走査されたサンプル表面に対して垂直な回転軸の周りで回転サンプル運動をもたらし、入力アパーチャはほぼ線状の形状、すなわち大きなアスペクト比を有し、その長辺は該回転軸から離れる方向に半径方向に延びる。放射線ビームは、線状の入力アパーチャに沿って線状に掃引し、サンプルは回転二次元走査が実現されるように回転する。
【００２５】
　これらラスタリング構成のいずれにおいても、空間的に分配された入力アパーチャは、１つ又は数個の第１ファイバー端部を用いて特性ルミネセンスを収集し、変形され光ファイバー束を介して、収集した光をコンパクトな第２アパーチャに透過させる。ラスタリングが進むに伴い、異なる第１ファイバー端部が光の収集を行うが、その光は、検出のために、連続的に共通のコンパクトな出力アパーチャに通される。
【００２６】
　図１を参照すると、出力アパーチャ５２から放射される収集された特性ルミネセンスを検出するように、適当な信号検出器９０が配置されている。第１レンズ９２は、光を実質的にコリメートする。これに限られるものではないが、レーザー光線のような光を遮断するフィルタ９４が、散乱したレーザー光を収集された光から除去するように任意に設けられる。図４に示すように、放射線ビーム６４は、反射放射線８２が入力アパーチャ４８によっては収集されないように配置するのが好ましいが、幾つかの該放射線ビーム６４はサンプル１２により散乱され、該入力アパーチャ４８により収集されるのが普通である。典型的には細胞からの特性ルミネセンス強度が低いために、収集された散乱レーザー光でさえも、信号検出を実質的に妨げることがある。
【００２７】
　１つの適当な実施形態において、遮断フィルタ９４は、放射線ビーム６４の中心波長と一致する反射ピークが用いられた干渉フィルタである。当業者には知られるように、光学干渉フィルタは、光の入射角に強く依存する除去率を有する。１つの実際に構成された実施形態において用いられる例示的な干渉フィルタは、±１４°内の垂直入射の光の入射について、１０6：１又はそれ以上の除去率を示す。この構成された実施形態において、第１レンズ９２は、出力アパーチャ５２から放射する光を±１０°内の角発散にまでコリメートするという周知の光学設計方法を用いて設計されたレンズの組み合わせを含む。
【００２８】
　引き続き図１を参照すると、第２レンズ９６は、コリメートされた収集光を光検出器装置９８の上に合焦する。コンパクトな出力アパーチャ５２を合焦光学系９２、９６、単一の光検出器とすることができる光検出器９８と組み合わせることにより、空間的に分配された線状の入力アパーチャ４８のための信号検出がもたらされる。典型的には処理された細胞により生成され収集された特性ルミネセンスの強度が低いため、光検出器９８は光電管であることが好ましい。さらに信号雑音比を改善するためには、迷光に起因する雑音を大幅に減らすように、信号検出器９０の光学経路を囲むことが好ましい。
【００２９】
　代りになる信号雑音特性をもたらす適用例において、フォトダイオードを光検出器９８のために用いることができる。同様に、単一の光検出器９８、及び多数の合焦素子９２、９６を、出力アパーチャ５２の領域と適合する領域を有する光検出器アレイで置き換えることができる。
【００３０】
　これに限られるものではないが、ルミネセンスを含まない、すなわち走査スポットから反射、伝達又は散乱された放射線を収集する顕微鏡用途のような或る種の適用例においては、遮断フィルタ９４を任意に省くことができる。遮断フィルタ９４が省かれ、出力アパーチャ５２が十分に小さな面積を有するものであるとき、小さな出力アパーチャ領域に実質的に跨る単一の光検出器の使用は保持しながら、光学系９２、９６を完全に省くことができる。或いは、ルミネセンスの適用例においては、干渉又は反射フィルタとして具現化された遮断フィルタ９４がスライド上に配置されているとき、ファイバー束自体が吸収性フィルタ物質で作られているとき、又は該スライドが吸収性遮断フィルタであるとき、光学系９２及び９６を、さらに省くことができる。
【００３１】
　１つの実施形態において、干渉フィルタである遮断フィルタは、バーモント州ブラトルバラ所在のＣｒｏｍａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより開発されたもののような干渉フィルタセットとすることができる。二色性ミラーが４５°で置かれ、励起ビーム（すなわち、レーザー光）を直角に経路から外に偏向させるように適当に用いられる。エミッタフィルタは、ミラーフィルタの後に、励起ビームの経路に対して垂直に適当に置かれ、典型的には、励起ビームをさらに遮るように用いられて、蛍光信号を検出器の上に通すようにする。
【００３２】
　他の実施形態においては、吸収性の又はＳｃｈｏｔｔ　ＯＧ５１５（ペンシルバニア州ドリエー所在のＳｃｈｏｔｔ　Ｇｌａｓｓ　Ｙｅｃｈｎｏｌｉｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．）のような他のフィルタを付加して、さらに励起ビーム（すなわち、レーザー光）を遮断することができる。
【００３３】
　引き続き図１を参照すると、電子制御ユニット８０はガルバノメータ６６及び並進顕微鏡ステージ２０と通信して、サンプルを横切る放射線ビーム６４をラスタリングする。放射線ビーム６４と、生物学的スミア標本１４における処理された細胞との相互作用により生成された特性ルミネセンスは入力アパーチャ４８により収集され、光学ファイバー束４０により出力アパーチャ５２に通され、信号検出器９０により検出される。電子制御ユニット８０は、検出された信号を光検出器９８から受信し、該検出された信号をサンプル１２上の放射線ビーム６４の位置座標と相関させる。
【００３４】
　特に、電子制御ユニット８０は、ビームの掃引位置をｘ軸方向における第１座標として識別し、並進顕微鏡ステージ２０の位置をｙ軸方向における第２直角座標として識別し、収集された特性ルミネセンスの強度がサンプル１２上の位置の関数として空間的に図示されるようにする。ｘ座標及びｙ座標は、それぞれレーザー走査速度及びステージ並進速度から推測することができる。或いは、絶対的なｘ、ｙ位置情報を識別するために、サンプル媒体上のレジストレーション・マークを含むことができる。さらに、ガルバノメータ６６及び並進ステージ２０の１つ又は両方は、電子制御ユニット８０により読み出される位置センサを含んで、サンプル上の放射線ビーム６４の座標を確認することができる。電子制御ユニット８０は、検出された信号及び空間座標情報を適当にフォーマットし、該情報を内部メモリに格納し、該情報を磁気又は光学ディスクのような不揮発性格納媒体に書き込み、数多くのピクチャ素子を含む画像表現をフォーマットし、表示して、座標が該空間座標情報に図示され、強度又は色はディスプレイ１００などの上の該検出された信号に図示されるようになる。
【００３５】
　一実施形態において、ディスプレイを含むパーソナル・コンピュータは、電子制御ユニット８０の制御及びデータ収集機能を行う。
【００３６】
　検出された信号及び空間座標情報は、種々の方法で用いることができる。患者のがんの寛解状態を監視する場合に、標準的なスミア標本領域、例えば５ｃｍ×２０ｃｍの標準的なスミア標本において監視されたがんのタイプに対応する希少細胞の計数が、監視のために有益な性能計数をもたらすことができる。医療診断用途においては、識別された希少細胞が、好ましくは周知の方法を用いて抽出され、適当なＤＮＡ分析又は他の診断上の臨床試験が、抽出された希少細胞上で行われる。
【００３７】
　図５の実施形態において、サンプル１２’はサンプル１２と同様にイメージャスライド１６’を被覆する生物学的スミア標本１４’を含む。放射線ビーム６４’がｙ’軸方向に対して垂直な軌道７４’に沿って、図４に示されるものとほぼ同様な配向で、サンプル１２’の上に衝突する。入力アパーチャ４８’は図１ないし図４の入力アパーチャ４８とほぼ同様であり、第１ファイバー束の端部４２’により定められる。
【００３８】
　しかしながら、図５の実施形態においては、入力アパーチャ４８’は下からサンプル１２’を視認するように配置され、すなわち、生物学的スミア標本１４’の反対側にあるスライド１６’の側から視認するように配置される。すなわち、入力アパーチャ４８’は、細胞の特性ルミネセンスについて光透過性のあるスライド１６’を通して、生物学的スミア標本１４’を視認する。入力アパーチャ４８’は、ｙ’軸方向に沿った短辺と、該ｙ’軸方向に対して垂直な長辺とを有し、光収集角θ’を有する。
【００３９】
　スライド１６’が特性ルミネセンスに対してはほぼ光透過性であるため、入力アパーチャ４８’の方向に向けられ、収集角θ’により定められる光収集ウィンドウ内に置かれた特性ルミネセンスは、図１の実施形態と同様に、該スライド１６’を通過し、該入力アパーチャ４８’により収集され、出力アパーチャ（図５には示されない）に透過される。
【００４０】
　スライド１６’は、吸収性帯域通過フィルタのような任意のレーザー遮断フィルタ１１０を含み、生物学的スミア標本１４’の下にある表面を被覆する。レーザー遮断フィルタ１１０は、ほぼすべての放射線ビーム６４’を反射して、反射されたビーム８２’を形成する。レーザー遮断フィルタ１１０は、放射線ビームの散乱成分が入力アパーチャ４８’に到達するのを実質的に阻止するため、図１の実施形態のレーザー遮断フィルタ９４に対応する素子は、図５の実施形態においては任意に省かれ、すなわち、レーザー遮断フィルタ１１０により機能的に置き換えられる。レーザー遮断フィルタ１１０は、代替的に、スライド１６の反対側に、すなわち入力アパーチャ４８’に面する側に配設することができることを認識されたい。さらに別の考慮される変形において、スライド１６’は特性ルミネセンスについて光透過性があるが、放射線ビーム６４’の励起放射線について実質的に吸収性があるため、該スライド１６’自体がレーザー遮断フィルタとして働く。
【００４１】
　図５の実施形態は、更に、生物学的スミア標本１４’上の放射線ビームの軌道７４’とほぼ一致する線状の焦線を有する任意の円筒形リフレクタ１１２を含む。円筒形リフレクタ１１２は、入力アパーチャ４８’から離れる方向に向けられた特性ルミネセンスが、ビーム軌道７４’上の発生点を通り、該入力アパーチャ４８’の中に戻るように反射する。円筒形リフレクタ１１２は、収集された特性ルミネセンスの量を増加させることにより、ある特定の画像形成用途について、信号雑音比を改善することができる。円筒形リフレクタ１１２は、さらに、図１ないし図４の構成に関連させて用いることができることを理解されたい。
【００４２】
　上述のように、本発明の説明のイメージャは、発光性の用途及び非発光性の用途の両方において実施することができる。非発光性で実施のために設計されるときは、遮断フィルタは必要ない。発光性用途に用いるときには遮断フィルタが必要となり、フィルタは、スライド又は基板に配置された吸収性フィルタ、ファイバー束自体、又は出力光学系部分に配置されたフィルタとすることができる。発光性用途に用いられるものと認識される別のフィルタは、スライド又は基板上に被覆することができる、又は出力光学系に配置することができる反射式又は干渉式フィルタである。
【００４３】
　光ファイバー束４０”は、入力アパーチャ４８と同様な、線状の又は高アスペクト比の長方形の入力アパーチャ４８”を全体として定める複数の第１ファイバー端部４６”を含む。図６において、ほんのわずかなファイバー端部４６”だけが概略的な形態で示されている。第１ファイバー端部の数は、数千から数万又はそれ以上の範囲であることが好ましい。各々の第１ファイバー端部４６”は、例示的なファイバー５６”、５８”のようなファイバーの終端である。
【００４４】
　しかしながら、光ファイバー束４０とは違って、光ファイバー束４０”の光ファイバー５６”、５８”は、出力アパーチャ５２”まで完全には延びない。代わりに、光ファイバー５６”、５８”は、該ファイバー５６”、５８”を含む複数のファイバーにより通された光を組み合わせて、単一の光ファイバー又は第１ファイバー端部４６”と比較すると大きな直径を有する光導体１２２にするように周知の方法で作動する光結合器１２０で終端する。光導体１２２は、出力アパーチャ５２”を定める光結合器１２０から遠い側のにある端部を有する。任意に、遠い側の端を狭くし、レンズ表面を定めるように成形し又は別の方法で修正して（図６には示さず）、出力アパーチャ５２”との光結合が改善されるようにする。光導体１２２は、図６において直線で示されるが、該光導体１２２は剛性の湾曲した光導体又は可撓性の光導体とすることができることを理解されたい。光４０”は、適当に、図１ないし図４における光ファイバー束４０、又は図５の実施形態の光ファイバー束の代わりになる。
【００４５】
　図１のイメージャ装置１０は、特徴が識別される又は配置されるべき多くの画像形成用途に適当である。生物医学的技術にあるそのような適用例の１つにおいて、典型的に１，０００から１０，０００のＤＮＡ要素のアレイがＤＮＡチップとして当業者に知られるアレイで配置される。ＤＮＡ要素は選択された要素が蛍光タグを含むように処理される。図１の装置は、大きな数のＤＮＡ要素を含むＤＮＡチップにおいてタグ付けされたＤＮＡ要素を識別するのに適当である。
【００４６】
　画像形成装置すなわちイメージャ１０は、ルミネセンス以外の光信号を検出するように容易に修正される。例えば、レーザー６２により生成された放射線ビーム６４は、典型的には散乱光並びに反射光を生成する。散乱光は、レーザー遮断フィルタ９４（又は図５の実施形態においてはレーザー遮断被覆１１０）を省くことにより、画像形成のために用いることができ、光検出器９８が、散乱レーザー光を受け取りかつ検出するように出力アパーチャに連結されるようにする。レーザー遮断が省かれた画像形成装置１０は、電子技術において、磨かれた半導体ウェーハ上の非鏡面的な欠陥を識別するように用いられるのに適している。その上に高品質のエピタキシャル半導体フィルムが付着されたエピタキシャルウェーハにおいて、又は高品質の無菌室環境で処理されたウェーハにおいては、欠陥は低い面密度で発生するのが普通であり、そのため装置１０による特徴づけに特に適当である。測定された欠陥の計数は、ウェーハ製造プロセスにおける品質制御スクリーニングに用いることができる。
【００４７】
　画像形成装置１０は、反射ビーム８２を用いて画像形成するように容易に修正される。フィルタ９４（又はフィルム１１０）を省くことに加えて、この画像形成モードにおいては、図４に示される幾何学的形状は、反射ビーム８２が入力アパーチャ４８の収集角θ内にあるように調整されるのが好ましい。入力アパーチャ４８が入射ビーム６４を遮断することを避けるために、この調整は、該入力アパーチャ４８を該入射ビーム８２の方向に傾斜させることを含むことが好ましい。すなわち、入力アパーチャ４８は、画像形成された表面に直角な表面に対して傾斜して位置させられる。反射ビームの画像形成モードは、種々のタイプの磨かれた表面上の低密度の非鏡面欠陥を計数するのに、又は画像形成するのに適当である。非鏡面欠陥は、反射ビーム８２の強度が減るにつれて画像形成される。
【００４８】
　図５の実施形態の構成は、レーザー遮断フィルタ１１０及び円筒形リフレクタ１１２を除去し、入力アパーチャ４８’を傾斜させるか又は並進させて、放射線ビーム６４’の透過部分を入れるようにすることにより修正することができる。放射線ビーム６４’は、入力アパーチャ４８’に入るように角調整される。この画像形成モードにおいては、画像形成された表面上への放射線ビームの垂直入射が適当である。透過画像形成モードの適用例は、不透明な被覆におけるピン穴の検出及び計数、又は生物学的、有機的、人工的又は天然サンプルにおける光透過の差を記録することである。
【００４９】
　図７Ａにおいて、単純化された光ファイバー束４０又は他に述べられた光ファイバー獲得設計が、前面にサンプル１２を支持するスライド１６の下に位置させられて示される。束４０の第１端部４２はスライド１６の近くにある。放射線ビーム６４は、スライド１６の下側からサンプル１２の方向に投影される。本実施形態においては、放射線ビームは垂線に対して６０°でスライド１６に入るが、他の角度も可能であることを理解されたい。ビーム６４は、サンプル１２に到達するように垂直な内側スライド１６の方向に曲げられる状態で示される。そのような光の曲げは、スネルの法則によるものである。
【００５０】
　図７Ｂにおいて、サンプル１２に近い第１端部４２を有する光ファイバー束４０は、放射線ビーム６４をスライド１６の同じ側でサンプル１２と相互作用させる。図７Ａ及び図７Ｂに関して、光ファイバー束は、第１端部４２上に角度をもった領域を含み、ビームが妨げられないように、及び所望の光収集が得られるようにされることに注目されたい。より具体的には、励起ビームがスライドに投影され、該スライドに反射すると、干渉が第１端部４２の角度により避けられることになる。
【００５１】
　図７Ｃを参照すると、光ファイバー束４０がスライド１６の下に、かつサンプル１２の反対側に配置された構成が示されている。放射線ビーム６４は、スライド１６の前面上でサンプル１２と相互作用し、図７Ｃにあるように、角度を持った側を有するように示される。さらに、光ファイバー束４０は、望ましくない反射性を避けるように、単一の傾斜した側部を含む。
【００５２】
　図７Ｄは、光ファイバー束４０がスライド１６上に支持されたサンプル１２と同じ側に配置された構成を示す。放射線ビーム６４は、スライド１６の裏面を介してサンプル１２と相互作用するように示される。この設計により、励起ビーム６４はスライド１６を通って移動し、したがって、やはりスネルの法則により影響を受ける。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】画像形成装置の斜視図である。
【図２】変形されたファイバーの拡大斜視図である。
【図３】変形された光ファイバー束の入力アパーチャの拡大端面図である。
【図４】図１の画像形成装置の側面図である。
【図５】別の好ましい実施形態の側面図である。
【図６】別の光ファイバー束の実施形態を概略的に示す図である。
【図７Ａ】光ファイバーの頭部、サンプルを含むスライド、及び励起ビーム経路の並び替えを表す図である。
【図７Ｂ】光ファイバーの頭部、サンプルを含むスライド、及び励起ビーム経路の並び替えを表す図である。
【図７Ｃ】光ファイバーの頭部、サンプルを含むスライド、及び励起ビーム経路の並び替えを表す図である。
【図７Ｄ】光ファイバーの頭部、サンプルを含むスライド、及び励起ビーム経路の並び替えを表す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０：イメージャ（画像形成装置）
４０：光ファイバー束
６０：走査用放射線源
９８：光検出器
２４：モータ
１２：サンプル
１４：生物学的スミア標本
１６：スライド
４８：入力アパーチャ
５２：出力アパーチャ
【図１】
2004138614.tif 000003
【図２】
2004138614.tif 000004
【図３】
2004138614.tif 000005
【図４】
2004138614.tif 000006
【図５】
2004138614.tif 000007
【図６】
2004138614.tif 000008
【図７Ａ】
2004138614.tif 000009
【図７Ｂ】
2004138614.tif 000010
【図７Ｃ】
2004138614.tif 000011
【図７Ｄ】
2004138614.tif 000012