(57)【要約】一態様では、撮像システムは、光源のアレイを含む照明システムと、１つ以上のレンズアレイを含む光学システムであって、レンズアレイの各々はレンズのアレイを含み、１つ以上のレンズアレイの各々におけるレンズの各々は光源のアレイの対応する光源の組と整列する、光学システムと、画像センサのアレイを含む撮像システムであって、画像センサの各々は、１つ以上のレンズアレイの対応するレンズ又はレンズの組と整列し、画像センサの各々は、対応するレンズ又はレンズの組から受けた光に基づいて画像データを取得するように構成された撮像システムと、ウェルのアレイを含むマルチウェルプレートを受容することができるプレート・レシーバ・システムであって、プレート・レシーバ・システムは、ウェルの各々を画像センサの対応する１つに整列させるように構成された、プレート・レシーバ・システムと、光源の照明および画像センサによる画像データの取得を制御するように構成されたコントローラであって、コントローラは、さらに、複数のスキャンを含む画像取得プロセスであって、各スキャンは、一意の照明パターンと関連しており、画像センサの各々は、各スキャン中にウェルのそれぞれ１つの画像を生成するように構成された、画像取得プロセス、及び、画像再構成プロセスであって、その間にコントローラがフーリエ・タイコグラフィ動作を行って、各スキャン中にウェルのそれぞれに対して捉えた画像データに基づいてウェルの各々に対して再構成画像を生成する、画像再構成プロセスを実行するように構成された、コントローラと、を備える。【選択図】図６Ａ
2018511815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源のアレイを含む照明システムと、
１つ以上のレンズアレイを含む光学システムであって、前記レンズアレイの各々はレンズのアレイを含み、前記１つ以上のレンズアレイの各々における前記レンズの各々は前記光源のアレイの対応する光源の組と整列する、光学システムと、
画像センサのアレイを含む撮像システムであって、前記画像センサの各々は、前記１つ以上のレンズアレイの対応するレンズ又はレンズの組と整列し、前記画像センサの各々は、前記対応するレンズ又はレンズの組から受けた光に基づいて画像データを取得するように構成された、撮像システムと、
ウェルのアレイを含むマルチウェルプレートを受容することができるプレート・レシーバ・システムであって、前記プレート・レシーバ・システムは、前記ウェルの各々を前記画像センサの対応する１つに整列させるように構成された、プレート・レシーバ・システムと、
前記光源の前記照明および前記画像センサによる画像データの取得を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラは、さらに、
複数のスキャンを含む画像取得プロセスであって、各スキャンは、一意の照明パターンと関連しており、前記画像センサの各々は、各スキャン中に前記ウェルのそれぞれ１つに対して画像を生成するように構成された、画像取得プロセス、及び
画像再構成プロセスであって、その間に前記コントローラはフーリエ・タイコグラフィ動作を行って、前記各スキャン中に前記ウェルのそれぞれに対して捉えた画像データに基づいて前記ウェルの各々に対して再構成画像を生成する、画像再構成プロセス
を実行するように構成された、コントローラと、
を備える撮像システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記照明システムにｎ個の連続する一意の照明パターンで前記マルチウェルプレートを照明させ、前記スキャンの各々は、前記照明パターンの異なる１つと関連する、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
各ウェルは、各スキャン中に唯一の光源によって照明される、請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記ウェルの各々は、ｎ個の光源の組からの光を受容するように整列する、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記フーリエ・タイコグラフィ動作を行って、前記各ウェルの前記再構成画像を並行して生成する、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記コントローラは、蛍光撮像を行うようにさらに構成される、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項７】
励起光をフィルタリングし、放出光を通過させるためのフィルタをさらに含む、請求項６に記載の撮像システム。
【請求項８】
光源のアレイを含む照明システムと、１つ以上のレンズアレイを含む光学システムであって、前記レンズアレイの各々はレンズのアレイを含み、前記１つ以上のレンズアレイの各々における前記レンズの各々は前記光源のアレイの対応する光源の組と整列する、光学システムと、画像センサのアレイを含む撮像システムであって、前記画像センサの各々は、前記１つ以上のレンズアレイの対応するレンズ又はレンズの組と整列し、前記画像センサの各々は、前記対応するレンズ又はレンズの組から受けた光に基づいて画像データを取得するように構成された撮像システムと、ウェルのアレイを含むマルチウェルプレートを受容することができるプレート・レシーバ・システムであって、前記プレート・レシーバ・システムは、前記ウェルの各々を前記画像センサの対応する１つに整列させるように構成された、プレート・レシーバ・システムと、前記光源の前記照明および前記画像センサによる画像データの取得を制御するように構成されたコントローラと、を含む撮像システムによって行われる撮像方法であって、
前記方法は、複数のスキャンを含む画像取得プロセスを行うステップであって、各スキャンは、一意の照明パターンと関連しており、前記画像センサの各々は、各スキャン中に前記ウェルのそれぞれに対して画像を生成するように構成された、ステップと、
画像再構成プロセスを行うステップであって、その間に前記コントローラはフーリエ・タイコグラフィ動作を行って、前記各スキャン中に前記ウェルのそれぞれに対して捉えた画像データに基づいて前記ウェルの各々に対して再構成画像を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
前記コントローラは、前記照明システムにｎ個の連続する一意の照明パターンで前記マルチウェルプレートを照明させ、前記スキャンの各々は、前記照明パターンの異なる１つと関連する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
各ウェルは、各スキャン中に唯一の光源によって照明される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェルの各々は、ｎ個の光源の組からの光を受容するように整列する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記フーリエ・タイコグラフィ動作を行って、前記ウェルの各々に対して前記再構成画像を並行して生成する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
蛍光撮像動作を行うステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記撮像システムは、励起光をフィルタリングし、放出光を通過させるためのフィルタをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本非特許仮出願は、３５ Ｕ.Ｓ.Ｃ. １１９（ｅ）に基づきＫｉｍらによる米国仮特許出願第６２／１０７，６２８号「Development of 96-well Plate Fluorescence Imaging System」（２０１５年１月２６日出願）、及びＫｉｍらによる米国仮特許出願第６２／１０７，６３１号「Real-time Cell Culture Monitoring via Fourier Ptychographic Microscopy」（２０１５年１月２６日出願）の優先権の利益を主張するものであり、ともにその全体および全ての目的が参照により本明細書に組み込まれる。この出願は、本出願と同日に出願されたＫｉｍらによる米国特許出願第１５／００７，１５９号（代理人番号ＣＩＴ１Ｐ０３３／ＣＩＴ−７０９３）にも関連し、その全体および全ての目的が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載）
本発明は、アメリカ国立衛生研究所によって付与された第ＯＤ００７３０７号の下で連邦政府の支援を受けてなされたものである。連邦政府は本発明の一定の権利を有する。
【技術分野】
【０００３】
本開示は、概してデジタル撮像、特にサンプルウェルのアレイを並行して撮像するためのフーリエ・タイコグラフィ（ＦＰ：Fourier Ptychographic）に基づく技術に関する。
【背景技術】
【０００４】
マルチウェルプレートリーダーは、マルチウェルプレート（例えば、９６ウェルプレート）で増殖させた生きた培養物などのサンプルから、蛍光および吸光度の情報を迅速に得るために使用される生物科学装置の重要な部分である。典型的なリーダは、蛍光または吸光度の測定値の完全な組を得るのに１０秒かかる。しかしながら、従来のプレートリーダーはいかなる画像情報をも提供しない。これは、画像情報の重大な損失または廃棄を意味している。例えば、生きた組織培養物を含むサンプルを撮像すると、細胞の構造および健康情報を明らかにすることができ、これによりユーザに豊富な洞察を提供することができる。例えば、毒性スクリーニングにおいて、負の蛍光シグナルを返すウェルの画像情報は、負のシグナルが細胞死、増殖の障害、汚染、又は他の理由に起因するものであるか否かを迅速にユーザに知らせることができる。概して、画像情報を収集するためには、マルチウェルプレートを、顕微鏡を用いてプレートの各ウェルを連続して個別にゆっくりスキャンして撮像する第２の精巧なシステムに入れなければならない。このような従来の技術は特異な顕微鏡に基づいているので、そのプロセスは非常に遅い。完全なプロセスは、１つのマルチウェルプレート全体に対して約１５０分以上を要する可能性がある。このようなかなりのマシンタイムは、例えば多数のマルチウェルプレートを撮像する場合には、非効率的であり禁止的である。なぜなら、このようなレイテンシータイムは、実験計画のタイムスケジュールを損ねる可能性があるからである。これらの制約を考慮すると、サンプルのほんの一部だけをどうしても撮像したい場合に、ユーザがしばしばサンプルのほんの一部だけを撮像するという特別な撮像測定ステップを取ることは驚くことではない。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の特定の態様は、フーリエ・タイコグラフィ撮像システム及び方法に関する。
【０００６】
一態様では、撮像システムは、光源のアレイを含む照明システムと、１つ以上のレンズアレイを含む光学システムであって、レンズアレイの各々はレンズのアレイを含み、１つ以上のレンズアレイの各々におけるレンズの各々は、光源のアレイの対応する光源の組と整列している、光学システムと、画像センサのアレイを含む撮像システムであって、画像センサの各々は、１つ以上のレンズアレイの対応するレンズ又はレンズの組と整列し、画像センサの各々は対応するレンズ又はレンズの組から受容する光に基づいて画像データを取得するように構成された、撮像システムと、ウェルのアレイを含むマルチウェルプレートを受容することができるプレート・レシーバ・システムであって、プレート・レシーバ・システムは、ウェルの各々を画像センサの対応する１つに整列させるように構成された、プレート・レシーバ・システムと、光源の照明および画像センサによる画像データの取得を制御するように構成されたコントローラであって、コントローラは、さらに、複数のスキャンを含む画像取得プロセスであって、各スキャンは、一意の照明パターンと関連しており、画像センサの各々は、各スキャン中にウェルのそれぞれに対して画像を生成するように構成された、画像取得プロセス、及び、画像再構成プロセスであって、その間にコントローラはフーリエ・タイコグラフィ動作を行って、各スキャン中にそれぞれのウェルに対して捉えた画像データに基づいて、ウェルの各々に対して再構成画像を生成する、画像再構成プロセスを実行するように構成された、コントローラと、を備える。
【０００７】
別の態様では、撮像システムによって行われる撮像方法が説明され、該撮像システムは、光源のアレイを含む照明システムと、１つ以上のレンズアレイを含む光学システムであって、レンズアレイの各々はレンズのアレイを含み、１つ以上のレンズアレイの各々におけるレンズの各々は、光源のアレイの対応する光源の組と整列している、光学システムと、画像センサのアレイを含む撮像システムであって、画像センサの各々は、１つ以上のレンズアレイの対応するレンズ又はレンズの組と整列し、画像センサの各々は対応するレンズ又はレンズの組から受容する光に基づいて画像データを取得するように構成された撮像システムと、ウェルのアレイを含むマルチウェルプレートを受容することができるプレート・レシーバ・システムであって、プレート・レシーバ・システムは、ウェルの各々を画像センサの対応する１つに整列させるように構成されたプレート・レシーバ・システムと、光源の照明および画像センサによる画像データの取得を制御するように構成されたコントローラと、を含み、前記方法は、複数のスキャンを含む画像取得プロセスを行うステップであって、各スキャンは、一意の照明パターンと関連しており、画像センサの各々は、各スキャン中にウェルのそれぞれに対して画像を生成するように構成された、ステップ、及び、画像再構成プロセスを行うステップであって、その間にコントローラはフーリエ・タイコグラフィ動作を行って、各スキャン中にそれぞれのウェルに対して捉えた画像データに基づいてウェルの各々に対して再構成画像を生成するステップを有する撮像方法である。
【０００８】
これら及び他の特徴は、関連する図面を参照して、以下にてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】いくつかの実施形態によるフーリエ・タイコグラフィ（ＦＰ）撮像が可能な撮像システムの一例のブロック図を示す。
【図２Ａ】いくつかの実施形態によるＦＰ撮像可能な撮像システムの一例の概略図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの撮像システムの断面斜視図を示す。
【図３Ａ】いくつかの実施形態によるマルチウェルプレートを上に位置付けるサンプルプラットフォームの一例の上面図を示す。
【図３Ｂ】いくつかの実施形態による照明システムの一例の底面図を示す。
【図３Ｃ】いくつかの実施形態によるレンズアレイの一例の上面図を示す。
【図３Ｄ】いくつかの実施形態による画像センサシステムの一例の上面図を示す。
【図４Ａ】いくつかの実施形態による３つのレンズを含む光学装置の一例の一部分の図を示す。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態による４つのレンズを含む光学装置の一例の一部分の図を示す。
【図５】いくつかの実施形態によるマルチウェルプレートを撮像するためのＦＰ撮像プロセスの一例を説明するフローチャートを示す。
【図６Ａ】いくつかの実施形態による第１のスキャン中の第１の照明パターンによる光源の配置と照明されたウェルの一例の図を示す。
【図６Ｂ】第２のスキャン中の第２の照明パターンによる照明された図６Ａの配置を示す。
【図６Ｃ】第７のスキャン中の第７の照明パターンによる照明された図６Ａの配置を示す。
【図６Ｄ】第８のスキャン中の第８の照明パターンによる照明された図６Ａの配置を示す。
【図６Ｅ】第４２のスキャン中の第４２の照明パターンによる照明された図６Ａの配置を示す。
【図６Ｆ】第４９のスキャン中の第４９の照明パターンによる照明された図６Ａの配置を示す。
【図７】いくつかの実施形態によるＦＰ再構成プロセスの一例のフローチャートを示す。
【図８】いくつかの実施形態によるＦＰ再構成プロセスの別の例のフローチャートを示す。
【図９】マルチウェルプレートの各ウェルに対する入射角を決定するためのキャリブレーションプロセスの一例の動作を説明するフローチャートを示す。
【図１０】１０Ａは、一例によるＬＥＤマトリクスの中央ＬＥＤによって照明中に捉えられたビネットモノクロ画像を示す。１０Ｂは、カラー画像の図１０Ａを白黒版に変換した図である。１０Ｃは、別の例によるカラーＬＥＤマトリクスの中央ＬＥＤによって照明中に捉えられた画像を示す。
【図１１】一実施形態による、画像センサの中心に対して、画像中心のｘシフト及びｙシフトに関連したＬＥＤの変位のルックアッププロットを示す。
【図１２】いくつかの実施形態によるマルチウェルプレートを撮像するための蛍光撮像プロセス１２００の一例を示すフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の様々な態様を説明するための特定の実施形態を説明する。しかしながら、当業者であれば、本明細書の教示が多数の異なる方法において適用できることを容易に理解するであろう。したがって、本教示は、図のみに示された実施形態に限定されることを意図するものではなく、幅広い適用性を有することを当業者であれば容易に理解するであろう。
【００１１】
本明細書中で使用される場合、接続詞「又は」は、特に断りのない限り、本明細書では、包括的意味として意図される。すなわち、「Ａ、Ｂ、又はＣ」という語句は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢと、Ｂ及びＣと、Ａ及びＣと、Ａ、Ｂ及びＣと、の可能性を含むことが意図される。加えて、項目のリストのうちの「少なくとも１つの」という語句は、単一の部材を含むそれらの項目の任意の組合せを指す。例として、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ」とは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ−Ｂ、Ａ−Ｃ、Ｂ−Ｃ、及びＡ−Ｂ−Ｃを含むことを意図する。
【００１２】
（Ｉ．  序論）
様々な態様は、概してフーリエ・タイコグラフィ（ＦＰ）撮像にて用いることが可能な撮像システム、装置、及び方法に関し、より具体的には、アレイレベルでＦＰ撮像をすることができるように構成される撮像システム、装置、及び方法に関する。例えば、特定の実施形態は、マルチウェルプレートの各ウェルを並行して高分解能でＦＰ撮像することができるように構成される撮像システムに向けられる。いくつかの実施形態は、さらにマルチウェルプレートにおける各ウェルの蛍光撮像を並行して行うようにさらに構成される撮像システムに関する。
【００１３】
典型的には、カメラシステム等の画像センサの分解能は、画像センサにより得られる結果画像における視覚的特徴の忠実度を決定する。しかしながら、任意の画像センサの分解能は、画像センサ上への集光に用いるレンズの幾何学的収差によって根本的に制限される。これは、ＳＢＰと称される、１つのレンズに対する分解可能点の数が幾何学的収差によって根本的に制限されるからである。ＣＭＯＳやＣＣＤ技術によって１ミクロン（μｍ）の範囲内でのピクセルを有する撮像センサを実現できるようになってきたものの、このような画像センサの分解能に匹敵する解像力を有するレンズを設計し製造するという課題は依然として残っている。この問題は、例えばレンズの直径がかなり限定されているので、多数のサンプルを並行してスキャンするように構成される撮像システムではさらに悪化する。
【００１４】
ＦＰとは、概して、非干渉位相撮像と近波長回折限界分解能（near-wavelength diffraction-limited resolution）を可能にする撮像技術を指す。ＦＰは、概して（例えば、ウェル内のサンプル等の）対象物の多数スキャンの収集を必要とし、各スキャンは、光を他のスキャンとは異なる照射角で用いて取得される。光は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ等のコヒーレントな光源から生成することができる。次に、スキャンによって捉えられた画像データは、対象物を反復的に再構成してより高分解能の画像にすることが可能な位相回復アルゴリズムを用いて処理される。ＦＰ撮像は、概して集束素子と対象物を交換することによって実空間とフーリエ空間の役割の順序を変えることによって位相問題を解決するという点で、（従来の）タイコグラフィーに関連する。ＦＰ撮像技術の利点の中でも、より低い開口数を有する撮像光学素子を使用することができることにより、焦点深度、作動距離、及び視野サイズを増大させることができることが挙げられる。ＦＰ撮像技術によって、レンズ収差の補正も可能となり、空間帯域幅積（ＳＢＰ）（分解能と画像の利用可能サイズとの積）がかなり大きくなる。
【００１５】
ＦＰ撮像技術を用いたマイクロスコープシステム及び方法のいくつかの例は、“Wide-field, high-resolution Fourier ptychographic microscopy,” Nat. Photonics 7(9), 739-745 (2013), X. Ou, R. Horstmeyer, C. Yang, and G. Zheng, “Quantitative phase imaging via Fourier ptychographic microscopy,” Opt. Lett. 38(22), 4845-4848 (2013), R. Horstmeyer and C. Yang, “A phase space model of Fourier ptychographic microscopy,” Opt. Express 22(1), 338-358 (2014), X. Ou, G. Zheng, and C. Yang, “Embedded pupil function recovery for Fourier ptychographic microscopy,” Opt. Express 22(5), 4960-4972 (2014), X. Ou, R. Horstmeyer, G. Zheng, and C. Yang, “High numerical aperture Fourier ptychography: principle, implementation and characterization,” Opt. Express 23(3), 3472-3491 (2015), J. Chung, X. Ou, R. P. Kulkarni, and C. Yang, “Counting White Blood Cells from a Blood Smear Using Fourier Ptychographic Microscopy,” PLoS One 10(7), e0133489 (2015), A. Williams, J. Chung, X. Ou, G. Zheng, S. Rawal, Z. Ao, R. Datar, C. Yang, and R. Cote, “Fourier ptychographic microscopy for filtration-based circulating tumor cell enumeration and analysis,” J. Biomed. Opt. 19(6), 066007 (2014), and R. Horstmeyer, X. Ou, G. Zheng, P. Willems, and C. Yang, “Digital pathology with Fourier ptychography,” Comput. Med. Imaging Graphics 42, 38-43 (2015)にて説明され、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【００１６】
上記で紹介したように、本開示の様々な態様は、サンプルの全アレイの高分解能画像をアレイレベルで並行して取得するためにＦＰプロセス技術を実装するための撮像システム、装置、および方法に関する。ＦＰ技術を実装するために、本明細書で説明する各撮像システムは、概して照明システム、サンプル装填システム、光学ステム、及び撮像システムを含む。照明システムは、概して光源のアレイを含み、光学システムは、概して１つ以上のレンズのアレイを含み、撮像システムは、概して画像検知デバイスのアレイを含む。いくつかの例示的な実施形態では、サンプル装填システムは、それぞれが関心のあるサンプルを含む複数のサンプルウェルを含むマルチウェルプレートを受容するように構成される。撮像システムは、スキャン動作（「スキャン」）中に複数のウェルのそれぞれを同時に平面波で照明するために、光源のうちの特定のもの、サブセット、またはパターンを選択的にオン（「電源を入れる」、「作動させる」「照明させる」）させるためのコントローラをさらに含むことができる。複数のスキャンが異なる照明パターンを用いて画像取得段階全体にわたって実行されて、各ウェルは画像取得段階が完了する時までに複数の入射角で照明される。
【００１７】
光学システムのレンズは、対応する画像センサ上への照明に応答して、サンプルによって散乱または放出された光を集束させる。各画像センサは、光学システムのそれぞれのレンズ又は複数のレンズから受容する光に基づいて、対応する１つのウェルの領域の比較的低分解能の画像を取得するように構成される。画像取得段階全体にわたって、各画像センサは、一連の強度分布測定値（生の強度画像）を生成し、各スキャンに対して１つの画像が生成される。プロセス装置が、収差を補正し、各ウェルに対する単一の高分解能画像をレンダリングするために、フーリエ・タイコグラフィ再構成プロセスを用いて、空間周波数領域における各ウェルに対する比較的低分解能の生の強度画像を結合する。特定の態様では、プロセス装置は、各ウェルについて個別ではあるが、他のウェルから捉えられた画像データの処理と並行して、フーリエ・タイコグラフィ再構成プロセスを実行し、他のウェルから捉えられた画像データの処理を並行して行い、これによって各ウェルに対する高分解能画像を一斉に（または「同時に」）並行して生成することを可能にする。ＦＰアプローチはまた、例えば、システムが焦点面から０．３ｍｍ程度以上ずれていても、得られる再構成画像のデジタル再合焦を可能にする。デジタル再合焦は、撮像プロセスが単純化されるので特に有用であり、高分解能画像を得るためにウェルプレートを正確に位置づける必要がない。
【００１８】
（ＩＩ．  フーリエ・タイコグラフィ（ＦＰ）撮像及び蛍光撮像用の撮像システム）
図１はいくつかの実施形態によるフーリエ・タイコグラフィ（ＦＰ）撮像が可能な撮像システム１００の一例のブロック図を示す。高レベルでは、撮像システム１００は、アレイレベルでサンプルのアレイをスキャンするように構成または構成可能であり、すなわち、サンプルのアレイ全体を並行して照射し、その画像を捉える。撮像システム１００は、サンプルウェルのそれぞれに対するＦＰ再構成画像をアレイレベルで生成するために、サンプルウェルの各々に対して得られた生の画像データフレームを変換して結合する並列処理能力を有することもできる。撮像システム１００は、照明システム１０２、サンプル装填システム１０４、光学システム１０６、及び画像センサシステム１０８を含む。コントローラ１１０は、照明システム１０２及び画像センサシステム１０８の動作を制御する。コントローラ１１０は、画像センサシステム１０８から生の（あるいは最小限に前処理された）画像データを受信するようにも構成される。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、生の画像データに対して１つ以上のアルゴリズムを実行して、収差補正を含む様々なＦＰ撮像プロセス等の１つ以上のプロセス動作を行うようにさらに構成される。
【００１９】
照明システム１０２は、光源のアレイ（または「マトリクス」）を含む。例えば、各光源は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。コントローラ１１０は、例えば光源の特定のもの又はサブセットのみを選択的にパワーオン又あるいは許可することによって光源の照明を制御して、様々な撮像スキャン中の特定の時間及び特定の期間に様々な照明パターンを形成する。光学システム１０６は、概して少なくとも１つのレンズのアレイ（以下、「レンズアレイ」と称する）を含む。各レンズアレイは複数の（又は「多数の」）レンズを含む。画像センサシステム１０８は、画像センサのアレイ、例えば、カメラまたは他の適切な撮像デバイスのアレイを含む。様々な実施形態では、各アレイにおけるレンズの配置および総数Ｔは、撮像システムにおける画像センサの配置および総数、並びに撮像すべきマルチウェルプレートにおけるウェルの配置および総数に一致する。
【００２０】
サンプル装填システム１０４は、概して、従来の又は市販のマルチウェルプレート（「ウェルプレート」、「マイクロタイタープレート」、「マイクロプレート」、又は「マイクロウェルプレート」とも称される）等のサンプルアレイを受容するように構成される。各マルチウェルプレートは、概して、複数の行および複数の列に配置されたウェルのアレイ（典型的には長方形のアレイ）を含む。典型的な用途では、サンプルは、概して、撮像のためにウェル内にピペットで取られるか又は他の方法で沈着される。様々な実施形態では、サンプル装填システム１０４は、より具体的には、マルチウェルプレートのウェル（例えば、ウェルの底面）が照明システム１０２の光源と光学システム１０６のレンズとの間の特定の平面に沿って位置付けられるように、サンプル装填システム１０４内に挿入あるいは装填されるマルチウェルプレートを受容するように構成される。サンプル装填システム１０４は、光学システム１０６の対応するレンズの中心にマルチウェルプレートのウェルの中心を近似的に整列させるようにも機能する（以下に明らかになるが、本明細書に記載の撮像システムの様々な実施形態にとっては、正確な整列は必要とされない）。
【００２１】
スキャン動作中、照明システム１０２によって生成された光はウェル内のサンプルを照射する。ＦＰ撮像または他の明視野撮像で使用するためのものなど、いくつかの撮像モードやプロセスでは、各サンプルに入射する光は、サンプルを通過する際にサンプルの物理的特徴によって散乱される。蛍光撮像で使用するためのものなど、いくつかの他の撮像モード又はプロセスでは、光源は、サンプル中のフルオロフォア（例えば、特殊化されたタンパク質）を励起するために特定の波長の励起光を生成するように構成される。そのような蛍光撮像では、入射励起光はフルオロフォアにエネルギーを与え、フルオロフォアは、より低いエネルギー波長で発光する。散乱された光または放出された光の一部は、その後、ウェルの透明な底部を通って、光学システム１０６の対応するレンズ（又はレンズの組）に到達する。各ウェルの下方のレンズは、概して、画像センサシステム１０８の画像センサのそれぞれの１つの上にウェルからの散乱光または放出光を集束させるように機能する。各画像センサは、光を捉え、画像センサの特定の位置で受け取った光の強度を表わす画像データ（本明細書では「光強度分布」、「強度分布」、又は単に「画像」若しくは「画像フレーム」と称する）を含むデータ信号を出力するように構成される。
【００２２】
各画像センサによって出力された画像データは、その後コントローラ１１０に伝送（又は「送信」若しくは「通信」）される。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、各スキャンの生の画像データを処理するように構成されており、処理された画像データを生成する。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、生の画像データに対して１つ以上のＦＰ画像処理動作を実行するようにユーザによって設定され、又は設定可能である。上述したように、各ウェルのＦＰ再構成画像を並行して生成するために、異なる照射パターンを用いて複数のスキャンが実行される。コントローラ１１０は、取得した強度画像のシーケンスから画像データを解釈し、各スキャンに関連する比較的低分解能画像データフレームをフーリエ空間に変換し、変換された生の画像データを結合し、サンプルの特徴だけではなくレンズからも生じる収差を補正し、各サンプルウェルに対する単一の高分解能画像を生成する。上述したように、撮像システム１００は蛍光撮像を行うように構成することもできる。そのようなものとして、コントローラ１１０は、概して、各サンプルウェルの蛍光画像データを解釈し、処理し、場合によっては、並行に結する機能性を有することができる。
【００２３】
このような並行画像処理を行うために、コントローラ１１０は概して少なくとも１つのプロセッサ（又は「処理ユニット」）を含む。例示的なプロセッサは、例えば、１つ以上の汎用プロセッサ（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、又は、メモリや様々なインターフェースだけではなく１つ以上のＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤを含むシステムオンチップ（ＳｏＣ）を含む。コントローラ１１０は、少なくとも１つの内部メモリデバイス１２０とも通信する。内部メモリデバイス１２０は、プロセッサが実行可能なコード（又は「命令」）を格納するための不揮発性メモリアレイを含むことができ、プロセッサにより取り出され、画像データに対して様々なアルゴリズム又は他の動作を実行するために本明細書で説明される様々な機能や動作を実行する。内部メモリデバイス１２０は、生の画像データおよび／または（ＦＰ再構成画像を含む）処理済みの画像データを格納することもできる。いくつかの実施形態では、内部メモリデバイス１２０又は分離したメモリデバイスは、付加的または代替的に、処理され、格納され、又は表示される画像データだけではなく、実行されるコードを一時的に格納するための揮発性メモリアレイを含む。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０自体が揮発性メモリ、場合によっては、不揮発性メモリも含むことができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、ディスプレイ１１４上に表示させるための通信インターフェース１１２を介して、生の画像データ又は（例えば、ＦＰ画像処理後の）処理済みの画像データを出力するようにユーザによって設定され、又は設定され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、外部のコンピューティングデバイス又はシステム１１８に通信インターフェース１１６を介して、生の画像データの他に、（例えば、ＦＰ画像処理後の）処理済みの画像データも出力するようにユーザによって設定され、又は設定され得る。実際、いくつかの実施形態では、１つ以上のＦＰ撮像動作は、そのような外部コンピューティングデバイス１１８によって実行され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、外部のメモリデバイス又はシステム１２４に格納するために通信インターフェース１１２を介して、生の画像データの他に、（例えば、ＦＰ画像処理後の）処理済みの画像データも出力するようにユーザによって設定され、又は設定され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、外部ネットワーク１２８（例えば、有線ネットワーク又は無線ネットワーク）を介しての通信用に、ネットワーク通信インターフェース１２６を介して、生の画像データ及び（例えば、ＦＰ画像処理後の）処理済みの画像データも出力するようにユーザによって設定され、又は設定され得る。ネットワーク通信インターフェース１２６は、ソフトウェア若しくはファームウェアの更新情報、又はコントローラ１１０によるダウンロードのための他のデータなどの情報を受信するためにも使用され得る。いくつかの実施形態では、撮像システム１００は、例えば様々なユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェースや他の通信インターフェースといった１つ以上の他のインターフェースをさらに含む。そのような追加のインターフェースは、例えば、有線のキーボードやマウス等の様々な周辺機器や入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを接続するために、または様々な無線対応周辺機器をワイヤレスで接続して使用するためのドングルを接続するために用いることができる。そのような追加のインターフェースは、例えば、リボンケーブルに接続するためのインターフェース等のシリアルインターフェースを含むこともできる。照明システム１０２と画像センサシステム１０８のうちの１つ又は複数は、電気的に結合させることができ、他の適切なインターフェースとケーブルの中でも、例えば、ＵＳＢインターフェースと、ケーブル、リボンケーブル、イーサネットケーブルといった様々な適切なインターフェースとケーブルのうちの１つ又は複数を介してコントローラと通信することができることも理解されたい。
【００２５】
画像センサによって出力されるデータ信号は、いくつかの実施形態では、コントローラ１１０に通信される前に、マルチプレクサ、シリアライザ、又は画像センサシステムの他の電気部品によって多重化され、シリアル化され、あるいは結合される。そのような実施形態では、コントローラ１１０は、各画像センサから画像データを分離するためのデマルチプレクサ、デシリアライザ、又は他のデバイス若しくは部品をさらに含むことができ、その結果、各サンプルウェルに対する画像フレームをコントローラ１１０によって並行して処理することができる。
【００２６】
図２Ａは、いくつかの実施形態によるＦＰ撮像可能な撮像システム２００の一例の概略図である。図２Ｂは、図２Ａの撮像システム２００の断面斜視図を示す。図２の撮像システム２００は、図１の撮像システム１００の物理的実装の一例である。撮像システム２００は、概してハウジング又はエンクロージャ２０２を含む。いくつかの実施形態では、エンクロージャ２０２は、金属、金属合金、又はプラスチック材料から形成される。いくつかの実施形態では、エンクロージャ２０２は、周囲光または他の外部発生光がサンプル又は画像センサを照射するのを防ぐ（つまり、「阻止する」又は「遮蔽する」）ために、光学的に不透明な材料で形成され、及び／又は、光学的に不透明な層に塗布あるいはコーティングされる。この遮光は、放出光の強度が励起光の強度よりもはるかに低く、迅速に減衰する蛍光撮像にとって特に重要である。
【００２７】
いくつかの実施形態では、エンクロージャ２０２は、フレーム構造体２０４を囲む。例示の実施形態では、フレーム構造体２０４は、剛性フレームを提供し、これによって撮像システム２００の様々なコンポーネントを支えることができる。いくつかの実施形態では、フレーム構造体２０４は、金属、金属合金、又はプラスチック材料から形成される。いくつかの実施形態では、フレーム構造体２０４は、光学的に不透明な材料からも形成され、及び／又は、光学的に不透明な層に塗布若しくはコーティングされる。いくつかの実施形態では、エンクロージャ２０２とフレーム構造体２０４は、互いに一体的に形成される。いくつかの他の実施形態では、エンクロージャ２０２とフレーム構造体２０４は、一緒にしっかりと固定されるように、ネジ、ボルト、リベット、接着剤、又は他のデバイス若しくは材料によって一緒に組み立てられる。例示した実施形態では、フレーム構造体２０４は、アライメント貫通孔２０５を含み、これをフレームアライメントロッド２０６が貫通して位置決めされる。いくつかの実施形態では、フレームアライメントロッド２０６も、金属、金属合金、又はプラスチック材料から形成される。
【００２８】
いくつかの実施形態において、照明システム、サンプル装填システム、光学システム、画像センサシステムのそれぞれは、エンクロージャ２０２、フレーム構造体２０４、及びフレームアライメントロッド２０６のうちの１つ以上によって物理的に支えられ、その結果、相対的な位置で、互いから特定の距離に堅牢に固定される。いくつかの実施形態では、照明システム、サンプル装填システム、光学システム、画像センサシステムのそれぞれは、対応する貫通孔を有する１つ以上の基板を含む。例えば、照明システムは、回路基板又は他の誘電体基板２１２を含み得る。光源２１３のアレイ（図２Ａ又は図２Ｂでは隠れているが、回路基板２１２の下に矢印で示される）は、回路基板２１２の上に、又は回路基板２１２に電気的に及び物理的に結合され得る。光源２１３の導電リードは、回路基板２１２の第１面又は上面にプリントあるいは堆積された導電トレースを介してコントローラ２１０と電気的に結合することができ、一方で、光源２１３の発光部は、回路基板２１２の第２面又は下面から光学システムのレンズに向けて光を放射するように方向付けることができる。例示した実施形態では、コントローラ２１０（例えば、図１の実装コントローラ１１０）は、光源２１３と同じ回路基板２１２に取り付けられる。いくつかの他の実施形態では、コントローラ２１０は、回路基板２１２と電気的に結合し、それによって照明システムに電気的に結合する別個の回路基板に取り付けることも可能である。
【００２９】
上述のように、光学システムは、１つ以上のレンズアレイ、例えば、特定の用途に応じて１、２、３、４つ以上のレンズアレイを含むことができる。例示した実施形態では、光学システムは、それぞれが基板を含む２つのレンズアレイ２１６１、２１６２を含み、それぞれの基板には、レンズ２１７１、２１７２のアレイがそれぞれ形成され、組み立てられ、又は位置付けられる。画像センサシステムは、回路基板又は他の誘電体基板２１８を含むことができる。画像センサ２１９のアレイは、回路基板２１８の上に、又は回路基板２１８に電気的に、かつ物理的に結合され得る。画像センサ２１９の活性感光領域は、、回路基板２１８の第１面又は上面から光学システムのレンズに向かって方向付けられ、一方で、画像センサ２１９の導電リードは、回路基板２１８の第２面又は下面にプリントあるいは堆積された導電トレースを介してコントローラ２１０と電気的に結合され、ケーブルを介してコントローラ２１０と接続される通信インターフェース（例えば、ＵＳＢインターフェース）に電気的に結合することができる。
【００３０】
このような構成では、フレームアライメントロッド２０６の各々は、組立中に、それぞれの基板２１２、２１６、２１８における貫通孔を貫通して、光源と、レンズのそれぞれ、及び画像センサを垂直方向に沿って（例えば、撮像システム２００の高さに沿うｚ方向）に整列させることができる。より具体的には、フレームアライメントロッド２０６は、各画像センサ２１９が、１つ以上の積層レンズアレイのそれぞれにおける対応するレンズと整列すること、及び各レンズアレイにおける各レンズが互いに、且つ一組の１つ以上の光源２１３と整列することを保証することができる。エンクロージャ２０２及び／又はフレーム構造体２０４は、垂直ｚ方向に沿って互いに適切な距離でそれぞれの基板２１２、２１６、２１８を物理的に支えるように、エンクロージャ又はフレーム構造体の内表面に沿って延在するガイド、リブ、棚、又は他の支持機構を含むこともできる。このような構成により、光源２１３、レンズ２１７、及び画像センサ２１９は、ウェル２０９内のサンプルによって散乱又は放出された光を画像センサ上に適切に集束させるように、互いに対して確実に適切に位置決めされ、その結果、以下にて説明するように光源によって発生される光の入射角を正確に決定するか、あるいは知ることができる。
【００３１】
上述したように、サンプル装填システムは、概して複数の行と複数の列に配置されたウェル２０９の長方形のアレイを含む従来型の又は市販のマルチウェルプレート２０８等のサンプルアレイを受容するように構成される。例示した実施形態では、サンプルアレイ２０８は、ハウジング・エンクロージャ２０２の開口スロット２１４を経て、サンプル装填システムにおけるサンプルプラットフォーム２１５の上に装填することができる。サンプルプラットフォーム２１５も、貫通孔を含むことができ、フレームアライメントロッド２０６がこれを通ることで、サンプルプラットフォーム２１５が画像センサシステム、光学システム、及び照明システムと整列するのを確実にする。さらに、サンプルプラットフォーム２１５は、装填されたマルチウェルプレート２０８が、各ウェル２０９の中心がレンズアレイ２１６における対応するレンズ２１７の中心および画像センサ２１９の中心と近似的に整列するように適切に方向付けられることを確実にする隆起ガイド若しくはリッジ、又は他のアライメント機構を含むことができる。いくつかの実施形態では、サンプル装填システムは、エンクロージャ２０２又はフレーム構造体２０４に結合するドアをさらに含み、スライド機構又はヒンジ機構を介してドアを開閉することで、マルチウェルプレート２０８を容易に挿入したり取り出したりすることが可能となる。いくつかの実施形態では、サンプル装填システムは、マルチウェルプレート２０８を撮像のために撮像システム内に自動的に挿入したり、撮像が行われた後にマルチウェルプレートを自動的に取り出したりする機械的、電気的、又は電気機械的な装填及び取り出し機構を含むことができる。このような自動機構は、（キーボードやマウスといった）入力デバイスを介してユーザによって電子的にトリガされるか、エンクロージャ上のボタン若しくはタッチスクリーンによってトリガされるか、又は、プレートが装填されるのをコントローラ２１０が検出する際や、撮像動作が完了したとコントローラ２１０が判定する際に、コントローラ２１０によって自動的にトリガされ得る。
【００３２】
図３Ａは、いくつかの実施形態による、マルチウェルプレート３０８が上に位置する例示的なサンプルプラットフォーム３０５の上面図を示す。マルチウェルプレート３０８は、複数のＲ行およびＣ列に配置されたＴ個のサンプルウェルを含む。市販のマルチウェルプレートの例としては、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）社製のＣｏｓｔａｒ（登録商標）ウェルプレート、Ｇｒｅｉｎｅｒ社製のＣＥＬＬＳＴＡＲ（登録商標）９６Ｗ マイクロプレート、及びＣｙｔｏＯｎｅ（登録商標）ウェルプレートが挙げられる。例示では、マルチウェルプレートは８行１２列に配置された９６個のウェルを含む。そのような例では、各ウェルは約６ミリメータ（ｍｍ）の直径を有する。いくつかの他の実施形態では、撮像システム２００は、例えば６個のウェル、１２個のウェル、９６個のウェル、３８４個のウェル、１５３６個のウェル、３４５６個のウェル、又は９６００個のウェルからなるプレートといった他のマルチウェルプレートフォーマットを撮像するように構成することができる。いくつかの例では、各ウェルは、約１ナノリットル（ｎＬ）から約１００ミリリットル（ｍＬ）の範囲の容積を有し、いくつかのより具体的な９６ウェルの例では、トータルで約３５０マイクロリットル（μＬ）から約４００μＬの範囲の容積を有し、典型的な作業容積は、約２５μＬから約３４０μＬの範囲である。各ウェルは、典型的には、開口上端と閉口底端を有する断面が円である円筒状の形状であるが、例えば、正方形あるいは長方形の断面を有する他の形状を利用することもできる。各ウェルは、さらに底面によって画定され、その上にサンプルを堆積することができる。いくつかの例では、マルチウェルプレートは、ポリスチレンといった熱可塑性プラスチック材料から形成される。いくつかの例では、マルチウェルプレート３０８はガラス材料から形成される。いくつかの例では、マルチウェルプレートのウェル３０９の底面を除く部分は、さらに炭素を含むことができる。例えば、蛍光バイオアッセイには、ウェル３０９の側面は外部光／周辺光を、吸収／遮断するために黒くすることが概して望ましく、一方で、ウェルの底部は可視光波長および対象の蛍光波長の光に対して明澄／透明とすべきである。サンプルプラットフォーム３０５は透明であるか、又はマルチウェルプレートの下方に切欠部を含むことができ、これにより光がサンプルから光学系のレンズに通過することが可能となる。
【００３３】
図３Ｂは、いくつかの実施形態による照明系の一例の底面図を示す。上述したように、照明系は、概してプリント回路基板または他の誘電体基板３１２を含み、その上に、又はその中に光源３２２のアレイを電気的に且つ物理的に結合させることができる。上述したように、光源３２２の発光部分は、放射光が光学系のレンズ（結果として、ウェルプレートのウェル内のサンプル）に向くように方向付けられる。例として、光源３２２のアレイは、ＬＥＤマトリクスで実装することができる。各光源３２２は、１つ以上のＬＥＤを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、各光源３２２は赤色のＬＥＤ、緑色のＬＥＤ、及び青色のＬＥＤを含む３つ以上のＬＥＤからなる組を含む。図３Ｂに例示されているように、いくつかの実施形態では、各光源３２２は、単一のＬＥＤ、より具体的には、赤色のサブＬＥＤ３２４ａ、緑色のサブＬＥＤ３２４ｂ、及び青色のサブＬＥＤ３２４ｃを含む単一のＲＧＢ（赤、緑、青）ＬＥＤを含む。つまり、各ＲＧＢ ＬＥＤは、実際は、赤、青、緑の３つの半導体光源を有する。３つの別個の赤、緑、青のＬＥＤを一組として実装されるか、単一のＲＧＢ ＬＥＤとして実装されるかにかかわらず、各光源３２２は、（例えば、コントローラによって提供される特定の電圧信号に応答して）赤色、緑色、及び青色の光の強度を変化させることによって任意の色の可視光を生成することができる。付加的に又は代替的に、各光源３２２は、赤外光あるいは紫外光等の、スペクトルの非可視部分の光を生成するためのＬＥＤを含むこともできる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、各光源３２２は１ｍｍ×１ｍｍ未満の設置面積を占める。９６ウェルプレートを撮像するように構成されるいくつかの実施形態では、各ウェル間の中心間の距離（すなわち、「ピッチ」）は、９ｍｍにすることができ、一方で、各光源３２２の中心間の距離は３ｍｍにすることができる。これは、隣り合う隣接ウェルの中心間に３つの光源のための余地があることを意味する。ウェルに対するＬＥＤのこの配置および割合により、多数の光源３２２がそれぞれ異なる入射角でサンプルを確実に照射することができる。いくつかの実施形態では、各ウェルに対して十分な数ｎの異なる入射角を得ることを確実にするのが望ましい、別個の異なる光源３２２の数Ｌは、以下の（１）式によって求めることができる。
【００３５】
【数１】
2018511815.tif 000003
但し、ｎは入射角の要求数であり、ｍはウェルの密度に対する光源の密度の比を示すスケーリングファクタを表わす数値である。
【００３６】
ウェルの行の数Ｒが８であり、ウェルの列の数Ｃが１２である図示の９６ウェルの実施形態で、ｎを４９とし、ｍを３とすると、光源３２２の数Ｌは１１２０個（例えば、２８行４０列に配置された１１２０個のＲＧＢ ＬＥＤ）である。いくつかの実施形態では、照明系は、蛍光撮像スキャンのための励起信号の強度を増加させ、言い換えると、サンプル内のフルオロフォアによって放出される発光信号の強度を増加させるのに使用するためのサイドマウント型光源（例えば、図示していないが高出力ＬＥＤ）をさらに含むことができる。
【００３７】
図３Ｃは、いくつかの実施形態によるレンズアレイ３１６の一例の上面図を示す。図２Ｂのレンズアレイと同様に、図３Ｃのレンズアレイはレンズ３２６のアレイを含む基板を含む。上述したように、光学系は、少なくとも１つのレンズアレイ３１６を含み、様々な実施形態では垂直方向に整列させた（又は「積み重ねた」）配置の（例えば２、３、４つ以上の）少なくとも２つのレンズアレイを含む。上述したように、マルチレンズアレイの実施形態では、各レンズアレイ３１６における各レンズ３２６は、他のレンズアレイ３１６のそれぞれにおけるレンズ３２６のうちの対応する１つと、垂直方向に整列する。レンズアレイ３１６の数および各レンズアレイにおけるレンズ３２６の種類は、特定の用途に合わせて最適化することができる。概して、所与のレンズアレイ３１６内の各レンズ３２６は、そのアレイ内の全ての他のレンズと同一であり、他のレンズアレイにおける全ての他のレンズとは異なる。いくつかの実施形態または用途では、各ウェルと整列する、あるいは関連付けられる複合レンズの組は、約０．０５〜約０．６の範囲の開口数（ＮＡ）を有することができる。
【００３８】
図４Ａは、いくつかの実施形態による３つのレンズを含む光学装置４００の一例の 一部の図を示す。概して、装置４００は、マルチウェルプレートの１つのウェルに対して整列されて位置付けられるレンズを表わす。従って、マルチウェルプレートの各ウェルは同一の装置４００を含み、各装置の各要素は同様の要素を有するアレイレベルで提供される。例示では、装置４００の頂部線４０２は、ウェル内（ウェルの内底面の上または上方）のサンプルの位置を表わし、一方で、要素４０４は、（ウェルの内底面とウェルプレートの外底面との間の）ウェルの底部を表わす。要素４０６ａは第１のレンズアレイの第１のレンズ素子を表わし、要素４０６ｂは第２のレンズアレイの第２のレンズ素子を表わし、要素４０６ｃは第３のレンズアレイの第３のレンズ素子を表わす。レンズ４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃの組は、対応する画像センサ４０８の活性面上に光を集束するように構成される。図４Ａにおける様々なレンズと他の要素を通過する線は、サンプルの異なる領域から生じる光線を表わす。例示した実施形態では、光学装置４００は、光学フィルタ４１０の一部をさらに含み、例えば、蛍光撮像用途時に励起信号波長の光をフィルタリングするために用いられる。上述したように、光学フィルタは、様々な実施形態において、概して、様々なレンズアレイ間を含む、マルチウェルプレートと撮像システムとの間のどこにでも配置することができる。
【００３９】
図４Ｂは、いくつかの実施形態による４つのレンズを含む光学装置４０１の一例の一部分の拡大図を示す。装置４１０は、図４Ａに示す装置４００に似ており、例えば、サンプルの位置を表わす頂部線４１２やウェルの底部を表わす要素４１４を有する。しかしながら、図４Ｂの実施形態では、光学装置４１０は４つのレンズを含む。すなわち、第１のレンズアレイの第１のレンズ素子を表わす要素４１６ａ、第２のレンズアレイの第２のレンズ素子を表わす要素４１６ｂ、第３のレンズアレイの第３のレンズ素子を表わす要素４１６ｃ、及び第４のレンズアレイの第４のレンズ素子を表わす要素４１６ｄである。レンズ４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ、４１６ｄの組は、対応する画像センサ（不図示）の活性面上に光を集束させるように構成される。例示した実施例では、光学装置４０１は、例えば、光を励起信号波長の光をフィルタリングするために蛍光撮像用途時に使用する光学フィルタ４２０の一部を含むこともできる。
【００４０】
この場合も、レンズアレイおよび対応するレンズの数および種類は概して用途に応じ得る。一例として、撮像システムを緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）の撮像に用いることができる実施形態では、図４Ｂに示すような光学装置は、例えば図４Ａに示すような３レンズアレイ装置よりも良い結果を得るのに適している。概して、各レンズのレンズ特性は、異なる波長用に特別に設計することができる。
【００４１】
図３Ｃに戻って、いくつかの実施形態では、各レンズアレイ３１６は、１つの一体の材料片から形成される。例えば、レンズアレイ３１６は、射出成形または３次元（３Ｄ）プリントプロセスによって形成することができる。従来、そのようなレンズは、多数のウェルを並行して同時に撮像するのに必要なスケールで、比較的広視野の高分解能撮像を可能にするのに十分に低い幾何収差を有していない。しかしながら、多数のレンズアレイを使用することにより、従って、各ウェルに対して多数のレンズを使用することにより、幾何収差の影響を少なくとも部分的に打ち消すことができる。概して、各ウェルに用いるレンズの数が増えるほど、それらのレンズにおける幾何収差をより打ち消すことができる。加えて、本明細書にて説明するＦＰ技術は、任意の収差をさらに補正するために、又は他の画像アーチファクトを除去するために用いることができ、高分解能画像の再構築を可能にする。
【００４２】
蛍光撮像用に設計される実施形態では、光学システムは、マルチウェルプレート２０８の底面と画像センサシステムとの間に位置する光学フィルタ２２０を含むこともできる。光学フィルタ２２０は、照明システムからの励起光、並びに（マルチウェルプレート内のサンプル中のフルオロフォアによって放出されない任意の他の光）が画像センサシステムの画像センサ２１９に当たるのを阻止する。上記の例を続けると、ＧＦＰ撮像の場合、光学フィルタは緑色フィルタ、つまり、可視スペクトルの緑色部分の光の波長を通過させるフィルタとすべきである。励起信号光はより高いエネルギー光、特別の用途では、青色光とすべきである。これは、緑色蛍光タンパク質がスペクトルの青色部分の光を吸収し、スペクトルの緑色部分の光を放出するからである。従って、緑色フィルタは、励起光を阻止しながら、放出された光を画像センサに通過させる。する一方で励起光を遮断する。いくつかの実施形態では、励起光は、画像データを取得する直前にターンオフさせることもできる。
【００４３】
いくつかの実施形態または用途では、ＦＰ撮像用の明視野照明の波長の範囲は、光学フィルタ２２０の通過帯域の範囲内にあり、その結果、光学フィルタは、ウェル内のサンプルを通過する光源３２２からの光を通過させる。そのような例では、画像センサは、フィルタ２２０を適所に残したままで、画像センサは、一意に照明された一連の明視野画像を取得することができる。上記の例を続けると、ＧＦＰサンプルの明視野ＦＰ撮像は緑色光で行うことができる。いくつかの他の例では、光源３２２からの明視野照明の波長範囲は光学フィルタ２２０の通過帯域に入らない。つまり、ＦＰ撮像中に光学フィルタを撮像システム内に保つ必要があるか、そうすることが望まれる例では、明視野ＦＰ撮像は、蛍光撮像に使用されるフィルタと同じ又は類似の色の光を用いて行うべきか、又は、ＦＰ画像取得プロセスの間ずっとフィルタを除去すべきである。いくつかの実施形態では、光学フィルタは容易に取り除くことができ、及び／又は、異なる波長の光をフィルタリング及び通過させることができる１つ以上の異なる光学フィルタと置き換えることができる。例えば、光学フィルタ２２０は、エンクロージャ２０２の別の開口スロットに挿入することができる。そのような実施形態では、明視野ＦＰＭ撮像は異なる色の光または白色光を用いて行うことができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、光学フィルタは、ガラス又はプラスチック材料から作製され、サンプルによって散乱または放射されて、光学システムのレンズに入射する全ての光をフィルタリングするのに十分な大きさの、（ｘ軸に沿う）幅と（ｙ軸に沿う）長さを有する直方体である。シングルチャネルの蛍光撮像用途では、シングルバンド又はローパスフィルタを用いることができ、マルチチャネルの蛍光撮像用途では、マルチバンドフィルタを用いることができる。上述したように、光学フィルタ２２０は、光路に影響を及ぼさないので、マルチウェルプレート２０８の底面と画像センサシステムの画像センサ２０９との間の任意の場所に光学フィルタ２２０を配置することができる。
【００４５】
図３Ｄはいくつかの実施形態による画像センサシステムの一例の上面図を示す。図２Ｂの画像センサシステムと同様に、図３Ｄの画像センサシステムは、回路基板または他の誘電体基板３１８を含み、その上にＲ行Ｃ列に配置されたＴ個の画像センサ３２８のアレイを電気的に且つ物理的に結合させることができる。いくつかの実施形態では、各画像センサ３２８は、直径が０．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲の各サンプルウェルの視野（ＦＯＶ）を有し、１つの具体的な実施例では、ＦＯＶの直径は１ｍｍである。いくつかの実施形態では、（その後のＦＰプロセスの前に）各画像センサ３２８は０．５μｍ〜５μｍの空間分解能で生の画像を捉えることができる。上述したように、画像センサ３２８の活性感光領域は、回路基板３１８の第１面または上面から光学システムのレンズに向けて方向付けることができる一方で、画像センサ３２８の導電リードは、回路基板３１８の第２面または下面にプリントされた、あるいは堆積された導電トレースと、コントローラ２１０に接続する（例えば、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェース等の）通信インターフェースとを介してコントローラ２１０に電気的に結合することができる。いくつかの実施形態では、各画像センサはＣＭＯＳ系のＡＰＳカメラ等の能動ピクセルセンサ（ＡＰＳ）デバイスである。
【００４６】
いくつかの実施形態では、各画像センサによって捉えられた生の画像データは、（例えば、５Ｇｂ／ｓよりも大きなデータ転送速度の）高速データ転送チャネルによってコントローラ２１０に転送される。いくつかの実施形態では、画像センサシステムは、画像センサを囲む表面の周りに冷却液を循環させる液冷システムをさらに含む。
【００４７】
（ＩＩＩ．  可変式照明フーリエ・タイコグラフィ撮像方法）
上述のように、撮像システム１００，２００は、マルチウェルプレート全体のサンプルウェルのそれぞれと全てのＦＰ画像を並行して取得することができる。特定の実施形態では、撮像システム１００，２００は、マルチウェルプレート全体のサンプルウェルのそれぞれと全ての蛍光画像を並行して取得することができる。画像取得（サンプル）時間とは、各画像センサが光強度分布を測定して、マルチウェルプレートの各ウェルの強度画像を捉える、各画像センサの露光期間中の時間を指す。ＦＰ撮像プロセスは、典型的には生の画像取得（データ収集）段階（又は、「プロセス」）とＦＰ再構成段階（又は、「プロセス」）とを含む。ＦＰ画像取得プロセス中、コントローラは照明システムに特定の部分またはパターンの光源をオンにする。例えば、ＦＰ画像取得プロセスは、複数のスキャン動作（又は「スキャン」）を含むことができ、各スキャンは、画像センサシステム内の各画像センサによるそれぞれの画像取得を含む。各スキャンは、光源の異なるパターンの照明に関連する。ＦＰ画像取得プロセスの全体を通して、画像センサのアレイにおける各画像センサは、ｓ個の強度明視野画像（ｓ回のスキャンに対応する）を取得し、一方で、照明システムの光源は、ｎ個の異なる（一意の）それぞれの照明入射角で各ウェルに平面波照明を提供する。各スキャン中に、各画像センサは、光源の特定の照明パターンに基づいて画像を取得する。概して、スキャンの回数ｓは、各ウェルに要求される一意の照明入射角の数ｎと等しくすることができる。このようにしてｎの値を固定すると、スキャンの回数はマルチウェルプレートにおけるウェルの数Ｔとは無関係になる。
【００４８】
図５は、いくつかの実施形態によるマルチウェルプレートを撮像するためのＦＰ撮像プロセス５００の一例を示すフローチャートである。例えば、プロセス５００は、図１〜４につき上述したシステム、デバイス、及び装置を用いて実行することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、ＦＰ撮像プロセス５００の１つ以上の動作を行うように構成される。いくつかの実施形態では、ＦＰプロセス５００は、マルチウェルプレートを撮像システム内に装填する動作５０２から開始する。動作５０４では、コントローラは、照明システムと画像センサシステムを初期化する。動作５０４における照明システムの初期化は、不揮発性メモリから照明パターン情報を回収するステップと、回収した照明パターン情報をその後に一連の順次スキャン動作を行う際に用いるために揮発性メモリにロードするステップとを含むことができる。動作５０４において画像センサシステムを初期化するステップは、光を受けて画像データを生成するように画像センサの電源をオンにするか、あるいは画像センサを準備するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、動作５０４において照明システム及び画像センサシステムを初期化するステップは、各ウェルを照射する入射角の実際値を決定するキャリブレーション動作を含むこともできる。
【００４９】
初期化後、コントローラは、ｓ番目のスキャン（但し、ｓは１とｎの間の整数であり、ｎは入射角の数である）を実行する。上述したように、各スキャン中に、コントローラは、照明システムに一意の照明パターンを生成させ、画像センサシステムに各ウェルの画像を捉え／取得させる。いくつかの実施形態では、各スキャンは、一連のサブ動作として実行または概念化することができる。例えば、各スキャンは、一連の動作５０６、５０８、５１０（場合によっては５１２）を含むことができる。ブロック５０６では、コントローラは、照明システムに、ｓ番目の一意の照明パターンでマルチウェルプレートを照明させる。
【００５０】
図６Ａは、いくつかの実施形態による１番目のスキャン中に第１の照明パターンに従って照明される光源３２２とウェル３０９の配置の一例を示す図である。例示した実施形態では、第１の照明パターンは、９６ウェルプレート用に構成され、あるいは９６ウェルプレートに適する。図示するように、各ウェル３０９は多数の光源３２２のそれぞれによって照明され得るが、例示の実施形態では、１番目、８番目、１５番目、及び２２番目の行と、１番目、８番目、１５番目、２２番目、２９番目、及び３６番目の列との交点に位置する光源３２２のみが第１のスキャン中に第１の照明パターンで照明される。このように、図示の９６ウェル実施形態では、光源３２２のうちのわずか２４個だけが第１スキャン中にオンする（これらの光源は白丸で示され、一方でオンしていない光源は全て黒丸で示されている）。結果として、例示した実施形態では、特定のウェルを照明することができる唯一の光源のみが各スキャンにおいて実際にウェルを照明する。例えば、図６Ａは、所与のウェル６０９を照明することができる光源３２２（例示した実施形態では４９個）のみを示す一部分の配置の拡大近接図も示している。図示するように、考えられる光源６２２のうち１つの光源のみが各スキャン中にウェルを実際に照明する。いくつかの実施形態では、照明パターンは、スキャンが画像取得段階中に一連の画像を取得する間続くので、ラスタ状のパターンで順次変化する。
【００５１】
例えば、図６Ｂは、第２のスキャン中に第２の照明パターンによって照明される図６Ａの配置を示す。第２の照明パターンでは、１番目、８番目、１５番目、及び２２番目の行と、２番目、９番目、１６番目、２３番目、及び３０番目の列との交点に位置する光源３２２のみが照明される。そのような実施形態では、各連続するスキャン中に照明パターンが一列ずつ右にシフトして、７番目の列までが照明され、その位置で照明パターンは隣の行に下方にシフトして、次のスキャンでは１番目の列に戻る。そして、プロセスは、ｎ番目（４９番目）のスキャンで、第７行の第７列に到達するまで繰り返される。例として、図６Ｃは、７番目のスキャン中の７番目の照明パターンによって照明される図６Ａの配置を示す。７番目の照明パターンでは、１番目、８番目、１５番目、及び２２番目の行と、７番目、１４番目、２１番目、２８番目、及び３５番目の列との交点に位置する光源３２２のみが照明される。図６Ｄは、第８番目のスキャン中の第８番目の照明パターンによって照明される図６Ａの配置を示す。第８番目の照明パターンでは、２番目、９番目、１６番目、及び２３番目の行と、１番目、８番目、１５番目、２２番目、２９番目、及び３６番目の列との交点に位置する光源３２２のみが照明される。図６Ｅは、第４２番目のスキャン中の第４２番目の照明パターンによって照明される図６Ａの配置を示す。第４２番目の照明パターンでは、７番目、１４番目、及び２１番目の行と、１番目、８番目、１５番目、２２番目、２９番目、及び３６番目の列との交点に位置する光源３２２のみが照明される。最後に、図６Ｆは、第４９番目のスキャン中の第４９番目の照明パターンによって照明される図６Ａの配置を示す。第４９番目の照明パターンでは、７番目、１４番目、及び２１番目の行と、７番目、１４番目、２１番目、２８番目、及び３５番目の列との交点に位置する光源３２２のみが照明される。
【００５２】
光学システムのレンズは、各スキャン中にそれぞれのサンプルによって散乱される、あるいは該サンプルから出る光を受けて（又は「集光して」）、受けた光を画像センサシステムの画像センサの上に集束させる。各スキャン中に光を受けて集束させることは、概して受動素子（光学システムのレンズ）によって行われるが、光路のこの部分は、動作５０８としても見なされる。動作５１０では、各画像センサは、光学システムの対応するレンズ（又はレンズの組）によって集束した光を受けて、集束した光に基づいて画像データを取得する。動作５１２では、画像データをコントローラのプロセッサによって迅速にアクセス可能な揮発性メモリ又は長期保存用の不揮発性メモリのうちの１つ又は両方に格納してもよい。上述したように、画像データは、スキャンの露光時間中に取得した強度分布を表わす（特定のスキャン中に特定の画像センサによって取得される画像データは、「画像フレーム」又は単に「画像」と称される）。いくつかの実施形態では、各スキャンは、約１ｍｓ未満の時間を要し、マルチウェルプレート全体のｎ回の全てのスキャンを１秒未満で完了させることが可能である。
【００５３】
いくつかの実施形態では、全スキャン時間、すなわちｎ個の入射角に対する画像データを取得するのに必要な時間をさらに短縮するために多重化アプローチを用いることができる。多重化の一実施形態では、各ウェル周りの多数の光源を各ウェルの各生画像を捉える間に一意のパターンで同時にオンさせることができる。多重化プロセスを用いることで、各照明角度に関連付けられる強度データを、捉えた生の画像から分離することができる。このようにして、各ウェルに対して必要とされるスキャンの回数をｎ未満とすることができる。多重化プロセスの例は、２０１５年１２月４日に出願の米国特許出願第１４／９６０，２５２号「MULTIPLEXED FOURIER PTYCHOGRAPHY IMAGING SYSTEMS AND METHODS」に記載されており、参照により本明細書はその全体を援用する。
【００５４】
動作５１４では、（例えば、コントローラの）プロセッサがｎ回の全てのスキャンが完了したか否かを判断する。完了させるべきスキャンが残っている場合には、動作５１６にてｓを増加方向に更新させて、次のスキャン（ｓ＋１番目のスキャン）を、次のｓ＋１番目の照明パターンを用いて行う。全てのスキャンが完了すると、（例えば、コントローラの）プロセッサは、並行して再構成プロセスを実行し、動作５１８にて並行して各サンプルの改善された（より高い）分解能の画像を再構成（又は、「生成」）する。ＦＰ再構成プロセス中、各サンプルウェルに対するｎ個の強度画像は、フーリエドメインにおいて反復的に結合され、高分解能の画像データを生成する。各反復結合では、フィルタが特定の平面波入射角に対してフーリエドメインで適用され、逆フーリエ変換を適用することでより低い分解能の画像を生成させ、より低い分解能の画像の強度は強度測定値と置換し、フーリエ変換を適用し、且つ、フーリエ空間における対応する領域を更新させる。概して、再構成プロセスは、複合サンプル画像を復元するために角度ダイバーシティーを用いる位相回復法を含む。復元プロセスは、空間ドメインで取得した既知の画像データとフーリエドメインにおける固定の制約との交互の実施を含む。この位相回復（復元）は、例えば、交互の投影プロシージャ、問題の凸の再定式化（a convex reformation of the problem）、又はそれらの中間の任意の非凸変形（non-convex variant）を用いて実施することができる。機械的な手段によってサンプルを横に並進させる必要性のかわりに、再構成プロセスは、フーリエドメインのスペクトル制約を変え、高分解能のサンプル画像を復元するために捉えた単一画像の通過帯域を超えて、フーリエ通過帯域を広げる。
【００５５】
ＦＰ再構成プロセスの２つの例を以下では図７及び図８につき詳細に説明する。いくつかの実施形態では、コントローラは、ディスプレイに各ウェルの再構成画像を表示させる。図７は、いくつかの実施形態によるＦＰ再構成プロセス７００（「アルゴリズム」とも称する）の一例のフローチャートを示す。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、ＦＰ再構成プロセス７００の１つ以上の動作を実行するように構成される。このＦＰ再構成プロセスを用いると、各サンプルウェル内の各サンプルの改善された分解能画像が、図５につき例示かつ説明したプロセス５００の動作５０６、５０８、５１０中に取得されたｎ個の生の強度画像等のような、各サンプルに対して得られたｎ個の低分解能強度分布測定値Ilm(kix,kyi)（kxi、kyiは照明の波数ベクトルであり、i=1,2...nで指数付けされる)から再構築される。
【００５６】
2018511815.tif 000004
【００５７】
以下に説明する反復動作７１０、７２０、７３０、７４０、７５０、７６０、及び７７０では、各サンプルの高分解能画像はフーリエ空間での低分解能強度測定値を反復的に結合させることによって再構成される。いくつかの実施形態では、サンプルがｚ０の量だけ焦点が合っていない場合、動作７２０、７４０を実行することができる。
【００５８】
2018511815.tif 000005
【００５９】
2018511815.tif 000006
【００６０】
2018511815.tif 000007
【００６１】
2018511815.tif 000008
【００６２】
2018511815.tif 000009
【００６３】
2018511815.tif 000010
【００６４】
図８は、いくつかの実施形態によるＦＰ再構成プロセス８００（「アルゴリズム」とも称する）の別の例のフローチャートを示す。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、ＦＰ再構成プロセス８００の１つ以上の動作を実行するように構成される。ＦＰ再構成プロセスを用いることで、図５につき例示して説明したプロセス５００のうちの動作５０６、５０８、５１０の間に得られるｎ個の生の強度画像等の、各サンプルに対して得られたｎ個の低分解能強度分布測定値Ilm (kix,kyi)(kxi、kyiは照明波数ベクトル、i=1,2...n)から、各サンプルウェルでの各サンプルの改善された分解能画像が再構成される。
【００６５】
2018511815.tif 000011
【００６６】
【数２】
2018511815.tif 000012
(2)  
但し、kx及びkyは瞳平面での波数であり、ｚ０はデフォーカス距離であり、ＮＡは第１の対物レンズの開口数である。
【００６７】
2018511815.tif 000013
【００６８】
反復動作８０５，８１０、８３０、８４５、８５０、８６０、８７０では、サンプルの高分解能画像は、フーリエ空間における低分解能強度測定値を反復的に結合させることによって計算的に再構成される。
【００６９】
2018511815.tif 000014
【００７０】
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【００７１】
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【００７２】
ＦＰ再構成プロセスの追加的な詳細の例は、Zheng, Guoan, Horstmeyer, Roarke, and Yang, Changhuei, “Wide-field, high-resolution Fourier ptychographic microscopy,” Nature Photonics vol. 7, pp. 739-745 (2013)及び、米国特許出願第１４／０６５，２８０号の「Fourier Ptychographic Imaging Systems, Devices, and Methods」（２０１３年１０月２８日出願）に記載されており、これらの両方は、その全体および全ての目的において、参照により本明細書に援用される。
【００７３】
図９は、マルチウェルプレートの各ウェルに対する入射角を決定するための一例のキャリブレーションプロセス９００の動作を示すフローチャートである。例えば、キャリブレーションプロセス９００は、図５につき説明したプロセス５００のブロック５０４での初期化プロセス中に行うことができる。ブロック９２１では、コントローラは照明システムに、キャリブレーションプロセス９００のために選択された少なくとも１つのウェルや、いくつかの実施形態では複数または全てのウェルに対応する中央光素子（例えば、光源３２２のそれぞれ１つの）を照明させる。いくつかの実施形態では、例えば、コントローラは照明システムに、マルチウェルプレートの４つの角におけるウェルのみ又は１つ以上の特定の行および特定の列におけるウェルのみに対する中央光素子を照明させる。一実施形態では、コントローラは、光素子を順次オンさせ、各光素子の照明に対する画像を捉えることで、中央光素子を決定する。中央光素子は、多数の光素子による照明中に捉えられた最も高い強度画像に基づいて決定される。
【００７４】
ブロック９２２では、コントローラは、キャリブレーションプロセス９００のために選択された各画像センサのそれぞれに、中央光素子による照明中にビネットモノクロ画像を捉えさせる。いくつかの実施形態では、画像は白黒に変換される。光素子と画像センサとの間に不整合が存在する場合、画像の中心は画像センサの中心からシフトされる。ブロック９２３では、画像の中心を決定する。ブロック９２４では、ｘ軸方向（ｘシフト）とｙ軸方向（ｙシフト）に沿う画像の中心のシフト量を測定する。動作９２５では、中央光素子の変を、ルックアップテーブル又はプロットを用いて画像のｘシフトとｙシフトに基づいて決定する。ルックアップテーブル／プロットは、異なる値のｘシフトとｙシフトに関連して、中央光素子の異なる変位量を提供する。中央光素子の変位がルックアップテーブル／プロットから決定されると、可変式の照明源の幾何学的形状に基づいて、可変な照明源における光素子に関連した照明角度を決定することができる。ブロック９２６では、ＦＰ照明に関連するｎ個の照明角度の正確な値を、中央光素子の変位量を用いて決定する。
【００７５】
図１０Ａは、一例によるＬＥＤマトリクスの中央ＬＥＤによる照明中に捉えられたビネットモノクロ画像を示す。図１０Ｂは、図１０Ａの画像を白黒に変換したものである。この例では、白黒画像の中心１０２２は、画像センサの中心１０２３と同じ場所に位置し、ＬＥＤの位置は、ＣＭＯＳカメラの画像センサと良好に整合する。図１０Ｃは、別の例によるＬＥＤマトリクスの中央ＬＥＤによる照明中に捉えられた画像を示す。図１０Ｃに示す例では、中央ＬＥＤと画像センサとの間に不整合が存在する。より具体的には、画像の中心１０３２と画像センサの中心１０２３との間にはシフトが存在する。さらに具体的には、ｘ方向にシフトが存在し（ピクセルシフトＸ）、ｙ方向にシフトが存在する（ピクセルシフトＹ）。図１１は、一実施形態による、画像センサの中心１０２３に対する、画像の中心１０３２のｘシフトとｙシフトに関連するＬＥＤ変位のルックアッププロットを示す。この例では、ルックアップテーブルは、ＬＥＤマトリクスを画像センサに対して既知の量だけ移動させ、ＬＥＤ変位に関連する画像の中心の異なるシフト量を決定することによって作製した。
【００７６】
図１２は、いくつかの実施形態によるマルチウェルプレートを撮像するための蛍光撮像プロセス１２００の例を示すフローチャートである。例えば、プロセス１２００は、図１〜４につき上記にて説明したシステム、デバイス、及び装置を用いて実行することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、蛍光撮像プロセス１２００の１つ以上の動作を行うように構成される。いくつかの実施形態では、蛍光撮像プロセス１２００は、マルチウェルプレートを撮像システムに装填する動作１２０２から開始する。いくつかの他の実施形態では、蛍光撮像プロセス１２００は、ＦＰ撮像プロセス５００が終了した直後に（あるいは少し後に）自動的に実行することができる。いくつかの他の実施形態では、蛍光撮像プロセス１２００は動作５０２と５０６との間において開始することができる。
【００７７】
動作１２０４では、コントローラは照明システムと画像センサシステムを初期化する。動作１２０４にて照明システムを初期化するステップは、不揮発性メモリから（励起シグナルの波長といった）照明情報を回収するステップや、撮像を実行するにあたり、回収した照明情報を後に使用するために揮発性メモリにロードするステップを含む。動作１２０４にて画像センサシステムを初期化するステップは、光を受けて、画像データを生成するために、画像センサをパワーオンさせるか、あるいは準備するステップを含むことができる。
【００７８】
動作１２０６では、コントローラは、照明システムに励起光でマルチウェルプレートを照射させる。上述したように、動作１２０６では、全ての光源３２２を特定の波長で、又は、特定の範囲内の波長で同時にオンさせることができる。サンプル中のフルオロフォアは、励起光によって活性化され、別の範囲の波長の光（例えば、青、緑、赤色光）を放出する。
【００７９】
光学システムのレンズは、各サンプルによって放出された光を受け（又は集光し）、受けた光を画像センサシステムの画像センサ上に合焦させる。光学フィルタはフルオロフォアによって放出された光のみが画像センサに伝播されるように光をフィルタリングする。光の受信、合焦、及びフィルタリングは、概して、受動素子（光学システムのレンズや、カラーフィルタ）によって行われ、光路のこの部分は、動作１２０８及び１２１０として見なされる。動作１２１２では、各画像センサは光学システムの対応するレンズ（又はレンズの組）によって集束した光を受けて、集束した光に基づいて蛍光画像データを取得する。動作１２１４では、画像データを、コントローラのプロセッサによって迅速にアクセス可能な揮発性メモリや長期保存用の不揮発性メモリの１つ又は両方に格納してもよい。上述したように、画像データは露光時間中に取得した強度分布を表わす。
【００８０】
いくつかの実施形態では、動作１２１６において、プロセッサは、所望の強度が取得されているか否かを判断する。所望の強度が取得されていない場合には、動作１２０６〜１２１４を複数回繰り返し、各サンプルウェルに対して結果的に得られた蛍光画像データを動作１２１８で加算するか、あるいは一緒に組み合わせて、各サンプルウェルに対する所望の強度画像を得ることができる。
【００８１】
いくつかの実施形態では、マルチバンド、マルチチャネルの実施形態に対して、光スペクトル（「バンド」と称する）の複数領域の各々に対して、動作１２０６〜１２１４を複数回繰り返すことができ、いくつかの実施形態では異なるフィルタを用いることができる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、コントローラは、蛍光撮像プロセス１２００によって生成された蛍光画像とＦＰ撮像プロセス５００によって生成された高分解能の明視野画像とをオーバーレイさせることによって、サンプルの高分解能明視野で複合蛍光のサンプル画像を生成する。別の態様では、プロセッサは、蛍光撮像プロセスによって生成された蛍光画像とＦＰ撮像プロセスの取得プロセス中に捉えた低分解能明視野画像をオーバーレイさせることによって、サンプルの複合蛍光で、低分解能明視野の画像を生成する。別の態様では、プロセッサは、ＦＰ撮像プロセスでの位相データに基づいて、サンプルの高分解能の位相画像を生成する。
【００８３】
いくつかの実施形態では、本明細書で説明した撮像システムは、タイムラプス撮像または長時間撮像を実装することもできる。例えば、撮像プロセス５００、１２００は、例えば１時間間隔、２時間間隔、１日間隔等の間隔で繰り返すことができる。撮像方法は、あるセット期間（例えば、１週間、２週間、１ヶ月、２ヶ月等）の間隔で各撮像稼働を繰り返し続行したり、オペレーターが撮像方法を停止するまで稼働させたりすることができる。いくつかの実施形態では、長時間の撮像が継続している間、撮像システムをインキュベータ内に配置することができる。
【００８４】
本開示にて説明した実施形態への様々な変更が可能であることは当業者にとって明らかであり、本明細書にて定義した一般的な原理は、本開示の精神または範囲から逸脱しない限り、他の実施形態に適用することができる。従って、特許請求の範囲は、本明細書に示す実施形態に限定されることを意図しておらず、本開示、本明細書にて開示された原理、及び新規な特徴と一貫性のある広範な範囲と調和することが意図される。
【００８５】
付加的に、異なる実施形態において本明細書で説明した特定の特徴は、単一の実施形態と組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態にて説明した様々な特徴は、多数の実施形態において別個に又は任意の適切なサブコンビネーションにて実施することもできる。さらに、特徴が特定の組合せで作用するものとして上述しており、当初はこのように主張していても、いくつかの場合には、特許請求した組合せからの１つ以上の特徴をその組合せから切り出すことができ、特許請求された組合せは、サブコンビネーション又はそのバリエーションに向けることができる。
【００８６】
同様に、様々な動作（本明細書では「ブロック」とも称する）が特定の順序で図示されているが、これは、そのような動作が示された特定の順序で、又は連続する順番で実行されることを必要とするものとして理解されるべきではなく、所望の結果を達成するために図示された全ての動作が実行されることを意味する。さらに、図面は、フロー図の形態でもう１つの例示的なプロセスを概略的に示す。しかしながら、図示していない他の動作を、概略的に示していない例示的なプロセスに組み込むことができる。例えば、１つ以上の追加の動作を、図示した動作の前に、後に、同時に、又は間に行うことができる。さらに、上述した実施形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではない。加えて、他の実施形態も以下の特許請求の範囲内にある。いくつかの場合、請求項に列挙された動作は、異なる順で実行され、依然として所望の結果を得ることができる。
【００８７】
上述した様々な機能、動作、プロセス、モジュール、又はコンポーネントがモジュール方式又は統合された方式で、コンピュータソフトウェアを用いる制御ロジックの形態で実施され得ることは、当業者であれば理解できるであろう。本明細書で提供される開示および教示に基づいて、当業者は、ハードウェア及びハードウェアとソフトウェアとの組合せを用いて本発明を実施するための他の手法および／または方法を知見し、認識するであろう。
【００８８】
本出願にて説明されるソフトウェアコンポーネントまたは機能のいずれも、例えば、従来の又はオブジェクト指向技術を用いた、例えば、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ＋＋、Ｐｅｒｌ（登録商標）等の任意の適切なコンピュータ言語を使用して、プロセッサによって実行されるソフトウェアコードとして実装してもよい。ソフトウェアコードは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブ若しくはフロッピディスクといった磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ等の光学媒体等の一連の命令またはＣＲＭ上のコマンドとして格納してもよい。そのようなＣＲＭは、いずれも単一のコンピュータ装置上またはその内部に存在してもよく、システム又はネットワーク内の異なるコンピュータ装置上または内部に存在してもよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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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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【図１２】
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【国際調査報告】
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