【誤訳訂正書】
【提出日】平成20年11月4日(2008.11.4)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  ＬＥＤ点走査システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】  サンプル（１０）を点走査するためのＬＥＤ光学システムであって、当該ＬＥＤ光学システムが、
（ａ）可動走査ヘッド（２０）であって、
（ｉ）単一経路に沿って照明ビーム（１１）を提供するＬＥＤ光源（１２）と、
（ｉｉ）前記光源（１２）から間隔をあけて設けられた、ピンホール（１５）を有する照明フィルタ（３０）、または光ファイバ（４４）と、
（ｉｉｉ）前記照明ビーム（１１）を前記ピンホール（１５）または光ファイバ（４４）に集光するための第１の集束レンズ（１４）と、
（ｉｖ）前記ピンホール（１５）または光ファイバ（４４）に集光した後の前記照明ビーム（１１）を受け、かつ視準するための視準レンズ（１６）と、
（ｖ）前記視準照明ビーム（１１）を前記サンプル（１０）のスポット（１７）上に方向づけて前記サンプルから信号放射を戻すための手段であって、ビームスプリッタ（２４）と、前記視準照明ビームをサンプル（１０）のスポット（１７）上に集光するための対物レンズ（３２）にして前記視準レンズの開口数と等しい開口数を有する対物レンズ（３２）とを含む手段と、
（ｖｉ）前記サンプル（１０）から戻る信号放射を集光し、かつ検出するための手段であって、サンプル（１０）から戻る光ビームの少なくとも一部分を受ける検出器を含む手段と
を含む可動走査ヘッド（２０）、
（ｂ）前記サンプル（１０）を支持するためのステージ（３８）、及び
（ｃ）サンプル（１０）上の複数の平行な走査ラインに沿って複数のスポットを照明するため、前記ステージ（３８）に対して第１の軸及び第１の軸に垂直な第２の軸に沿って前記走査ヘッド（２０）を移動させる手段
を備えており、
前記可動走査ヘッド（２０）が移動すると、当該光学システムによって、サンプル（１０）のターゲット区域が逐次点毎に照明され、該ターゲット区域の第１の軸及び第２の軸に沿って逐次点毎に照明された各スポットから受けとられた信号は、データロギングおよび統計分析のためディジタル化され、記憶され、かつ各スポットに対応する特定のアドレスにマッピングされる、システム。
【請求項２】 前記対物レンズ（３４）が、前記信号放射を方向づけて視準戻り光ビーム（１３）を形成し、もって前記サンプルから信号放射を戻すための前記手段の一部をなす、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】 前記対物レンズ（３２）と前記検出器（４２）との間に置かれた集束レンズ（３４）であって、前記視準戻り光ビーム（１３）の少なくとも一部分を受け、前記検出器上に集光するための集束レンズ（３４）をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】  ピンホール（２１）を有する検出空間フィルタ（４５）であって、前記対物レンズ（３２）と前記検出器（４２）との間に置かれる検出空間フィルタ（４５）と、
前記対物レンズ（３２）と検出空間フィルタ（４５）との間に置かれた集束レンズ（３４）であって、前記視準戻り光ビーム（１３）の少なくとも一部分を受け、前記検出空間フィルタのピンホール（２１）に集光するための集束レンズ（３４）と
をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】  前記対物レンズ（３２）と前記検出器（４２）との間に置かれた集束レンズ（３４）であって、前記視準戻り光ビーム（１３）の少なくとも一部分を受け、該戻り光ビームを前記検出器の方に送る光ファイバ（３６）の中に集光するための集束レンズ（３４）をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】 前記ビームスプリッタ（２４）が前記戻り光ビーム（１３）の経路に置かれ、該ビームスプリッタ（２４）が波長弁別フィルタを含む、請求項２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
この発明は移動ヘッド光学走査器であって、ターゲットを刺激し、かつターゲットから戻る蛍光および反射信号放射を読取るためのものに関する。
【背景技術】
移動ヘッド光学走査器であって、ターゲットサンプルを刺激し、かつサンプルから出る蛍光および反射信号放射を読取るためのものは多くの実験形式に用いられる。しかし多くの既存の走査器には走査速度、解像度および視野の大きさに関して限界がある。これは、それらのコンポーネント数が多く、かつそれらの光学アセンブリの質量が大きいためである。解像度をそこなうことなく走査速度を上げて、短時間で多くのサンプルを走査できるようにすることが望ましい。
多くの光学走査器において走査を行なうための光ビームの移動は一般的に、検流計走査機構または回転ポリゴンミラーによって行なわれる。これらのデバイスは、励起および集光の両方に同じ対物レンズが用いられるときには小さな視野に最も適し、また、普通は非撮像光学部品である別個の集光器が用いられるときには大きな視野に最も適する。同軸励起および検出をすることが有益であるときには、大きな視野の走査は走査ヘッドの移動またはサンプルの移動によって最適に行なわれる。レンズは単一点の照明および光軸の中心に沿った集光のみに用いられる。
既存の移動ヘッドシステムは、キセノンランプまたはガスレーザといった静止光源を光ファイバとともに用いて走査ヘッドに励起光を運ぶか、または適当な波長が利用できれば小型のレーザダイオードを用いるかのいずれかである。レーザダイオードは一般的に６３５ｎｍ以上の波長で利用できる。いずれの代替も複雑であり、かつ費用が高いと考えられる。
多くの調査用途および診断用途にはさまざまな走査形式が必要である。特に、蛍光ラベルを用いて大きなゲルを走査するという形式が出てきている。
したがってこの発明の目的は、移動走査ヘッドの設計を用いてサンプルを迅速に走査するための、軽量で、かつコストの低い簡単な設計の多目的光学走査器を提供することである。
【発明の開示】
上述の目的は、ターゲットサンプルを点像するための発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を有する光学走査器によって達成された。ＬＥＤは小型で、費用が安く、かつ軽量の光源を提供するため、可動走査ヘッド内に直接収めることができる。ＬＥＤは照明ビームを提供し、この照明ビームは空間フィルタのピンホール開口の中に集光され、その後視準され、かつサンプル上のスポットに集光される。ピンホールは照明ビームの必要な解像度を規定し、かつサンプルを走査するのに用いられるスポットを形成するための明らかな点光源として機能する。これに代えて、照明ビーム経路の空間フィルタの代わりに光ファイバが用いられて、ビームを点光源に制限してもよい。さらに、照明ビーム経路の光ファイバにより、所望ならば走査ヘッドからＬＥＤを取除くことができる。走査ヘッドは１つまたは２つの軸に沿ってサンプルにわたって移動する。
サンプル上の照明スポットから戻る蛍光および反射信号放射は走査ヘッドを通して集められ、かつ走査ヘッド上に直接置かれた小さな検出器によって検出されてもよい。検出器に至る戻り経路には集束レンズとピンホール開口を備えた空間フィルタとが設けられて、戻り信号放射の検出を向上させるようにしてもよい。これに代えて、戻りビーム経路に光ファイバが用いられて、蛍光および反射信号を受け、かつそれらを走査ヘッド上の検出器またはリモート静止検出器に送ってもよい。ターゲットサンプルからの戻り光ビームは蛍光検出の場合には波長弁別フィルタを介して検出手段に向けられ、または部分反射フィルタによって検出手段に向けられて、反射信号を検出する。戻り光路に関する情報はディジタル化されて表示されるか、またはメモリに保存されてその後分析される。
この発明には、光学走査器のための光源を可動走査ヘッド上に直接置くことができるという利点がある。光源はそれ自体が軽量で、小型で、費用が安く、かつ強力であるため、迅速な走査システム設計によく適する。この発明の点像は、ターゲットサンプルに関して厳密で、かつ場所が特定の情報を提供する。さらにそれは戻りビーム経路に視準ビームを提供するので、高性能の干渉フィルタを用いて、照明ビームを最適に除外できる。
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照して、走査ヘッド２０のＬＥＤ光源１２は照明ビーム１１を提供し、この照明ビーム１１は第１の集束レンズ１４で集められ、その後空間フィルタ３０上に集光される。空間フィルタ３０はピンホール１５を備える。照明ビーム１１は第１の集束レンズ１４によってピンホール１５の中に集光され、この第１の集束レンズ１４は可能な最も高いエネルギ密度で照明ビーム１１を集光するよう最適化されている。ピンホール１５はこの点に位置づけられ、かつ照明光路への点光源を有効に生み出す。照明ビーム１１は空間フィルタ３０を通過した後、視準レンズ１６によって受けられ、かつ視準される。その後視準照明ビームは照明波長帯域を規定する第１のフィルタ１８を通過し、その後ビームスプリッタ２４に当たり、このビームスプリッタ２４は視準照明ビームの少なくとも一部分を反射し、かつそれを対物レンズ３２の方に向ける。その後対物レンズ３２は、視準照明ビームの受けられた部分をサンプル１０上にスポット１７で集光する。好ましくは視準レンズ１６の開口数は対物レンズ３２の開口数に等しい。このことは、走査スポット１７におけるエネルギ密度が最適化するのを助ける。サンプル１０はステージ３８によって支持されて示される。
入射ビーム１１により、反射または蛍光信号放射がサンプル１０の照明スポット１７から戻ると考えられる。信号放射は対物レンズ３２によって集められ、かつ視準されて戻り光ビーム１３となる。戻り光ビーム１３の少なくとも一部分はビームスプリッタ２４を通過し、その後第２のフィルタ２２を通過する。第２のフィルタ２２を通過した後、戻り光ビーム１３の部分は第２の集束レンズ３４に受けとられ、かつ検出手段の受光部分上のポイント１９に集光される。
走査ヘッド２０はＬＥＤ１２と、検出手段の受光部分とを含む。サンプルの走査は、第１の軸たとえば図１のＸ軸に沿って走査ヘッド２０を移動させて、サンプル上の走査ラインに沿って複数のスポットを照明し、その後、サンプルを支持するステージ３８を垂直軸の方向に移動させることにより行なうことができる。これに代えて、２次元の走査ヘッドの移動が望ましい場合もあり、この場合走査はまず１つの軸に沿って起こり、その後第１の軸に垂直な第２の軸に沿って、たとえば図１のＸ軸およびＹ軸に沿って起こる。したがって、Ｙ軸の走査により複数の平行な走査ライン上の複数のスポットが照明されることとなる。走査ヘッド２０はベルトおよびプーリシステム、または他の機械的手段によって移動されてもよい。
走査ヘッド２０が移動するにつれて、この発明のＬＥＤ点走査システムにより、サンプルのターゲット区域が逐次点毎に照明される。照明スポットの集光および検出により、そのターゲット区域が点毎に結像される。サンプルから集められた放射はサンプル上の照明スポットからの蛍光、散乱または反射光である。各照明スポットから受けとられた信号はディジタル化され、記憶され、かつ各スポットに対応する特定のアドレスにマッピングされる。このマッピングはコンピュータのメモリまたはプロセッサに起こり、かつ表示目的またはデータロギングおよび統計分析といった他の分析のために行なわれる。点像システムにおいて走査されるスポットの近接度は所望の解像度の分析に対応して調節されてもよく、たとえば隣接するまたは重なるスポットは一般的に表示の明瞭度を改善する。
図１は、この発明の光学系の第１の実施例を示す。第１の実施例において、戻り光ビーム１３は第２の集束レンズ３４によってスポット１９上に集光され、このスポット１９は照明スポット１７の点像を示すものである。スポット１９は光ファイバ３６の第１の端部に位置づけられる。光ファイバ３６の第１の端部は走査ヘッド２０上に置かれる。光ファイバ３６の第２の端部は静止検出器４０に接続され、この静止検出器４０は走査ヘッド２０から離れて位置づけられる。サンプル上の照明スポットの点像は光ファイバ３６で受けとられ、その後検出器４０に送られて、たとえば先に述べたようなディジタルデータのディスプレイによって後に分析される。
この発明の第２の実施例を示す図２において、サンプル上の入射光のための照明ビーム経路は図１に示されるものと同じである。戻りビーム経路に沿った集光および検出もまた、戻り光ビーム１３が第２の集束レンズ３４によってスポット１９に集光され、このスポット１９が検出器４２のウィンドウ上で直接受けとられることを除いては図１のものと同じである。しかし、検出器４２のウィンドウが十分に大きければ第２の集束レンズ３４は省いてもよい。スポット１９は照明スポット１７の点像を示すものである。検出器４２は小さな光電子倍増管または固体検出器といった小さな検出器であり、かつ軽量であり小型であるため、図２に見られるように走査ヘッド２０上に直接に置くことができる。図１の実施例と同じように、走査ヘッド２０は１つまたは２つの軸に沿って移動すると考えられる。
図３および図４には異なった型のビームスプリッタが示され、これらは第１および第２の実施例のビームスプリッタ２４の例である。図３において、ダイクロイックビームスプリッタといった波長弁別フィルタ２６が入射光ビームおよび戻り光ビームの経路に置かれる。波長弁別フィルタ２６は蛍光用途によく適する。図３の入来照明ビーム１１は励起波長λ1である。照明ビーム１１は波長弁別フィルタ２６によって再び方向づけられ、かつサンプル１０上に当たるようにされる。戻りビーム１３は蛍光用途の場合のように照明ビーム１１の波長とは異なった波長λ2である。戻りビーム１３は波長弁別フィルタ２６を通って送られ、その後図１および図２におけるように検出器に向けられる。したがって、波長弁別フィルタ２６はλ1の光を反射し、かつλ2の光を送るよう設計される。
図４は、図３とは異なったビームスプリッタの使用を示す。部分反射フィルタ２８は照明ビーム１１および戻りビーム１３それぞれの光路内に置かれる。部分反射フィルタ２８は、サンプルから反射された光の分析を要する用途に最も良く適する。波長λ1を有する照明ビーム１１は、典型的には５０％の反射能力を有する部分反射フィルタ２８上に当たる。照明ビーム１１の第１の部分１１ａは部分反射フィルタ２８によって反射し、かつサンプル１０の方に再び方向づけられる。照明ビーム１１の第２の部分１１ｂは部分反射フィルタ２８を通って送られ、この発明の光学系には用いられない。戻りビーム１３を形成する、サンプル１０からの反射信号フォトンは、照明ビーム１１と同じ波長λ1を有する。戻りビーム１３は部分反射フィルタ２８上に当たり、かつ第１の部分１３ａはフィルタ２８を通って送られ、検出器の方に向けられる。第２の部分１３ｂは部分反射フィルタ２８によって反射され、かつ入来照明ビーム１１がとった経路に沿ってＬＥＤ１２の方に再び戻される。戻りビーム１３のこの第２の部分１３ｂはこの発明の光学系では検出目的には用いられない。
図１および図２の実施例に示される一般的なビームスプリッタ２４の代わりに必要な特定なビームスプリッタを代わりに用いることが最良である。たとえば、所望の用途に応じて波長弁別フィルタ２６または部分反射フィルタ２８のいずれかが用いられてもよい。戻りビーム１３は反射走査における照明ビーム１１と同じ波長であるため、波長弁別フィルタは反射用途において光路をスプリットするための好ましい方法ではない。同じように、蛍光走査におけるように照明ビーム１１および戻りビーム１３の波長が異なるときには、部分反射フィルタはビームを方向づける好ましい方法ではない。なぜなら、このようなフィルタを用いることにより、用いられないビーム部分が生ずるからである。
上述のとおり、集束レンズ３４は戻り光ビーム経路にある必要はなく、むしろその使用は、用いられる検出手段の型に依存する。戻り経路において役立つ可能性のある別のエレメントは、図５に見られるようにピンホール開口２１を有する第２の空間フィルタ４５である。戻り光ビーム１３は集束レンズ３４によってピンホール開口２１の中に集光され、したがって集光された散乱光の量が制限される。この場合、ピンホール２１内に戻りビーム１３を集中させることは図２のスポット１９に相当する。その後検出器４２は示されるような切離された形の検出空間フィルタ４５の背後に位置づけられるか、または空間フィルタ４５に隣接してもよい。戻り光ビーム経路に空間フィルタ４５を加えることにより、いくつかの用途に望ましいと考えられる伝統的な共焦点システムが有効につくられる。いくつかの目的には、図５に示される光学形態から照明空間フィルタ３０を取除くことが有用であると考えられる。さらに、空間フィルタ４５の代わりに光ファイバが用いられて、以下に説明される図６のファイバ４４に類似する態様で戻り光ビームを集中させ、かつ検出器の方に戻り光ビームを送ってもよい。
図６は、この発明の代替的な実施例を示す。照明ビーム１１を点源に絞る役割を果たす励起空間フィルタ３０は光ファイバ４４と置換えられている。第１の集束レンズ１４および視準レンズ１６の配置もまた変えられているため、これらの２つのレンズの焦点は図１のように一致せず、その代わりそれらは間隔があけられており、間にファイバ４４を備える。レンズ１４の焦点はファイバ４４の入射端部と一致し、レンズ１６の焦点はファイバ４４の射出端部と一致する。このため、レンズ１４を通過する照明ビーム１１はファイバ４４の中に集光され、かつファイバ４４を通して送られ、その後レンズ１６によって受けとられ、かつ視準される。光ファイバ４４は照明経路における空間フィルタとして有効に作用する。なぜならそれは、ビームを集中させて、この発明のＬＥＤ点走査システムにおいて有利である点源を生み出すからである。この発明は戻りビーム経路に関して、図１の実施例の変形として図６に示されているが、図２または図５の実施例の変形としても説明することができる。たとえば、光ファイバ４４は、照明経路であって、戻り光ビーム検出光学部品の細目が検出器４０のようなリモート静止検出器につながるファイバ３６のような光ファイバを含まず、むしろ走査ヘッド上に取付けられる小さな検出器を含むものに用いられてもよい。
図６におけるように照明ビーム経路に光ファイバがあるならば、ＬＥＤ１２およびレンズ１４を走査ヘッド２０に取付ける必要はない。その場合光ファイバ４４が、走査ヘッド内の光学部品に照明ビームを送る役割を果たす。図７にはこの変形が示され、ＬＥＤ１２およびレンズ１４はリモート静止場所にあり、光ファイバ４４は照明ビームをこの源から受け、かつ可動走査ヘッド２０の光学部品に送る。先に述べたように、戻り光ビーム光学部品の細目は図７に示されるものとは異なってもよい。
光路においてビームスプリッタとフィルタとを最良に用いるために照明ビーム１１および戻りビーム１３の両方のセグメントの視準が行なわれ、これは所与の入射角度において最もうまくいく。
ピンホール１５を有する空間フィルタ３０がこの発明に用いられる。これは、非干渉光源であるＬＥＤ１２が点走査システムの照明源の役割を果たすからである。非干渉光源の焦点の大きさはＬＥＤのフィラメントまたはチップサイズによって制限される。ピンホールは典型的には限られたスポットサイズよりも小さいため、走査の解像度は高い。限定的なピンホールを必要としないレーザダイオード光源は軽量である小さな別の光源である。しかし、レーザダイオードはＬＥＤよりも値段が高く、かつ一般的には非常に少数の波長に限定される。
この発明のＬＥＤ点走査システムは、電気泳動ゲル、ブロット、膜、組織部分および他の生物的サンプルの蛍光撮像、記憶蛍光スクリーンの読取、ならびに反射撮像といったさまざまな状況に用いられてもよい。所望の用途に応じて、走査ヘッドには最も有効な型のビームスプリッタおよび適切な検出手段が備えられるだろう。すべての実施例においてこの発明は、サンプルを迅速に撮像するための、値段が安く、かつ多目的な点走査器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、この発明のＬＥＤ点走査システムの第１の実施例の平面図である。
【図２】  図２は、この発明のＬＥＤ点走査システムの第２の実施例の平面図である。
【図３】  図３は、この発明の光路における波長弁別フィルタの使用を示す図である。
【図４】  図４は、この発明の光路における部分反射フィルタの使用を示す図である。
【図５】  図５は、図２の実施例の変形であって、戻り光ビーム経路に空間フィルタを有するものを示す図である。
【図６】  図６は、この発明のＬＥＤ点走査システムの第３の実施例を示す図である。
【図７】  図７は、図６の実施例の変形であって、ＬＥＤ光源が走査ヘッドから取除かれているものを示す図である。