(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学走査システムの蛍光感度を設定する方法であって、
Ａ．所定の出力レベルを有する励起信号を生成し、
Ｂ．該励起信号を使用してサンプルの所定の較正領域の第１の走査ラインを走査し、
Ｃ．該第１の走査ライン中のＮ個のピクセルに対応する信号が飽和状態にあるか否かを判定し、
Ｄ．該信号が飽和状態にある場合に前記励起信号の出力を所定の率に低下させ、
Ｅ．前記第１の走査ライン中のＮ個未満のピクセルに関する信号が飽和状態となるまで前記ステップＢ〜Ｄを繰り返し、
Ｆ．前記較正領域中の次の走査ラインを走査し、
Ｇ．前記次の走査ライン中のＮ個の隣接するピクセルに対応する信号が飽和状態であるか否かを判定し、
Ｈ．該信号が飽和状態である場合に前記励起信号の出力を前記所定の率に低下させ、
Ｉ．前記次の走査ライン中のＮ個未満のピクセルに関する信号が飽和状態となるまで前記ステップＧ〜Ｈを繰り返し、
Ｊ．前記較正領域中の最後の走査ラインが走査されるまで前記ステップＦ〜Ｉを繰り返す、
という各ステップを有する、光学走査システムの蛍光感度を設定する方法。
【請求項２】
次の走査ラインを走査する前記ステップが、走査ライン間の複数のラインをスキップすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｋ．前記励起信号の出力が最小値に低下されると共に前記Ｎ個のピクセルに関する信号が飽和状態にある場合に所定の利得率に検出器利得を調節し、
Ｌ．該検出器利得が調節された際に前記励起信号の出力を所定の率に増大させる、
という各ステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
Ｋ．前記較正領域中のＭ個の最も明るいピクセルに関する信号について平均信号値を決定し、
Ｌ．前記Ｍ個の最も明るいピクセルについて所定の平均信号値を有する信号を生成することになる出力レベルを有する励起信号を生成する、
という各ステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複数のラインをスキップする前記ステップが、１本の前記走査ラインの少なくとも２倍の幅を有する走査ライン間間隔を形成する複数のラインをスキップすることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
複数のラインをスキップする前記ステップが、サンプル要素の直径又は幅の1/2以下の間隔だけ隔置された走査ラインを選択することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
次の励起信号を使用して前記ステップＡ〜Ｊを繰り返すステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号とその次の励起信号とをターンオフさせるステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
次の励起信号を使用して前記ステップＡ〜Ｌを繰り返すステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号とその次の励起信号とをターンオフさせるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
信号が飽和状態にあるか否かを判定する前記ステップが、Ｎ個の連続する獲得されたピクセルを選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
平均値を決定する前記ステップが、Ｍ個の連続する獲得されたピクセルを選択することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号をターンオフさせるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
光学走査システムの蛍光感度を設定する方法であって、
Ａ．検出器利得を所定の最大レベルに設定し、
Ｂ．励起信号を使用してサンプルの所定の較正領域の第１の走査ラインを走査し、
Ｃ．該第１の走査ライン中のＮ個のピクセルに対応する信号が飽和状態にあるか否かを判定し、
Ｄ．該信号が飽和状態にある場合に前記検出器利得を所定の率に低下させ、
Ｅ．前記第１の走査ライン中のＮ個未満のピクセルに関する信号が飽和状態となるまで前記ステップＢ〜Ｄを繰り返し、
Ｆ．前記較正領域中の次の走査ラインを走査し、
Ｇ．前記次の走査ライン中のＮ個のピクセルに対応する信号が飽和状態であるか否かを判定し、
Ｈ．該信号が飽和状態である場合に前記検出器利得を所定の率に低下させ、
Ｉ．前記次の走査ライン中のＮ個未満のピクセルに関する信号が飽和状態となるまで前記ステップＧ〜Ｈを繰り返し、
前記較正領域中の最後の走査ラインが走査されるまで前記ステップＦ〜Ｉを繰り返す、
という各ステップを有する、光学走査システムの蛍光感度を設定する方法。
【請求項１５】
Ｊ．前記較正領域中のＭ個の最も明るいピクセルに関する信号について平均信号値を決定し、
Ｋ．前記Ｍ個の最も明るいピクセルについて所定の平均信号値を有する信号を生成することになる励起信号を生成するよう減衰レベルを調節する、
という各ステップを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
次の走査ラインを走査する前記ステップが、走査ライン間の複数のラインをスキップすることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
複数のラインをスキップする前記ステップが、１本の前記走査ラインの少なくとも２倍の幅を有する走査ライン間間隔を形成する複数のラインをスキップすることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
複数のラインをスキップする前記ステップが、サンプル要素の直径又は幅の1/2以下の間隔だけ隔置された走査ラインを選択することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
次の励起信号を使用して前記ステップＡ〜Ｊを繰り返すステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号とその次の励起信号とをターンオフさせるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
次の励起信号を使用して前記ステップＡ〜Ｌを繰り返すステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号とその次の励起信号とをターンオフさせるステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
信号が飽和状態にあるか否かを判定する前記ステップが、Ｎ個の連続する獲得されたピクセルを選択することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
平均値を決定する前記ステップが、Ｍ個の隣接するピクセルを選択することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
光学走査システムの蛍光感度を設定する方法であって、
Ａ．励起信号を所定の出力レベルで生成すると共に検出器利得を所定の最大レベルに設定し、
Ｂ．該励起信号を使用してサンプルの所定の較正領域中の第１の走査ラインを走査し、
Ｃ．該第１の走査ライン中のＮ個のピクセルに対応する信号が飽和状態にあるか否かを判定し、
Ｄ．該信号が飽和状態にあり前記励起信号の出力が所定の最小値でない場合に前記励起信号の出力を所定の率に低下させ、
Ｅ．該信号が飽和状態にあり前記励起信号の出力が所定の最小値である場合に前記検出器利得を所定の率に低下させると共に前記励起信号の出力を所定の率に増大させ、
Ｆ．前記第１の走査ライン中のＮ個未満のピクセルに関する信号が飽和状態となるまで前記ステップＢ〜Ｅを繰り返し、
Ｇ．複数のラインをスキップして前記較正領域中の次の走査ラインを走査し、
Ｈ．該次の走査ライン中のＮ個のピクセルに対応する信号が飽和状態であるか否かを判定し、
Ｉ．該信号が飽和状態であり前記励起信号の出力が所定の最小値でない場合に前記励起信号の出力を所定の率に低下させ、
Ｊ．該信号が飽和状態であり前記励起信号の出力が所定の最小値である場合に前記検出器利得を所定の率に低下させると共に前記励起信号の出力を所定の率に増大させ、
Ｋ．前記次の走査ライン中のＮ個未満のピクセルに関する信号が飽和状態となるまで前記ステップＨ〜Ｊを繰り返し、
Ｌ．前記較正領域中の最後の走査ラインが走査されるまで前記ステップＧ〜Ｋを繰り返す、
という各ステップを有する、光学走査システムの蛍光感度を設定する方法。
【請求項２６】
Ｍ．前記較正領域中のＭ個の最も明るいピクセルに関する信号について平均信号値を決定し、
Ｎ．前記Ｍ個の最も明るい隣接するピクセルについて所定の平均信号値を有する信号を生成することになる出力レベルを有する励起信号を生成する、
という各ステップを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
複数のラインをスキップする前記ステップが、１本の前記走査ラインの少なくとも２倍の幅を有する走査ライン間間隔を形成する複数のラインをスキップすることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
複数のラインをスキップする前記ステップが、サンプル要素の直径又は幅の1/2以下の間隔だけ隔置された走査ラインを選択することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
次の励起信号を使用して前記ステップＡ〜Ｌを繰り返すステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
次の励起信号を使用して前記ステップＡ〜Ｎを繰り返すステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号をターンオフさせるステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号とその次の励起信号とをターンオフさせるステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
１本の走査ラインの選択された部分にわたり前記励起信号とその次の励起信号とをターンオフさせるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
信号が飽和状態にあるか否かを判定する前記ステップが、Ｎ個の連続する獲得されたピクセルを選択することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
平均値を決定する前記ステップが、Ｍ個の連続する獲得されたピクセルを選択することを含む、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学スキャナに関し、特に光学スキャナの検出感度を設定するための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学スキャナの用途の一つに、レーザ励起信号により励起されたサンプルから発せられる蛍光の検出がある。該サンプルは、複数要素の「マイクロアレイ」からなり、典型的にはドット形状を有し、研究中の化学物質やＤＮＡその他を含むものである。該ドットは、ミクロン単位の直径を有し、レーザによる励起に応じて蛍光を発する蛍光タグ(tag)を含むものである。１ドットにより発せられる蛍光の量は、例えば、特定の化学反応の結果を示すものとなる。
【０００３】
一般に、ユーザは、特定の１サンプルにより発せられることになる蛍光の輝度(brightness)にあまり関心を示さない。したがって、ユーザは、光学的励起信号の出力（即ちサンプルが到達する信号出力）を制御する減衰器(attenuator)の減衰をどの程度に高く又は低く設定するかを演繹的に知ることはない。更に、ユーザは、発せられた蛍光を収集してそれに対応するデータ信号を生成する検出器の利得をどの程度高く又は低く設定するかも知らない。励起信号の出力及び／又は検出器の利得を高く設定しすぎると、システムが飽和状態となり、このため精確な測定を行うことができなくなる。また、励起信号の出力及び／又は検出器の利得を低く設定しすぎると、システムは、異なる複数の低レベルの蛍光間の区別を精確に行うことができなくなる。
【０００４】
従来の特定の既知のシステムでは、システムの感度はユーザにより設定され、該ユーザは、蛍光検出器の利得と減衰器の減衰レベルとの両方を手動で調節する。一般に、ユーザは、ラスタ式にサンプルの走査を行い、励起信号に応じて最大の蛍光を生成するはずである特定濃度の蛍光体を含むことが分かっているマイクロアレイ中の一要素を探し出す。次いでユーザは、サンプルのうち前記要素を含む部分を再走査してシステムの感度を反復的に調節する。該反復的な調整は、ユーザの判断で、対応するデータ信号がシステムの最大データ信号値に十分近くなるまで行われる。システムが、２チャネルを有している場合、即ち、互いに異なる波長を有する２つのレーザを使用して励起信号を生成する場合には、ユーザは、第２のレーザにより生成される信号を励起信号として使用してサンプルの再走査を行い、前記の反復的な手動調整プロセスを繰り返して、第２のチャネルについての適切な感度設定を決定する。同様に、ユーザは、更なる付加的なチャネルの各々毎にサンプルの再走査を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
減衰器及び検出器の調節範囲は比較的広い。したがって、これらの構成要素の手動調整は時間を要するものとなり、かかる構成要素の何れか１つの調整がそれ以外の再調整を必要とする場合には顕著となる。このため、システムの感度設定及び較正を行うためにサンプルが多数回にわたり走査される可能性がある。多数のチャネルが使用される場合には、システムの手動校正に更に多くの時間が費やされ、上述のように更に多数回にわたりサンプルが走査されることになる。
【０００６】
サンプルの走査及び再走査は、サンプルに損傷を与えるものとなり得る。例えば、レーザ信号出力に対する反復した露光は「フォトブリーチング(photo-bleacing：光退色)」を生じさせ、これにより、後続の励起に応じて発せられる蛍光が弱められることになる。これは、データ収集操作が、低レベルの蛍光を生成するサンプル要素に対して特に悪影響を与えるものとなる可能性がある、ということを意味している。多数のチャネルが使用される場合には、サンプルに対する損傷のリスクが更に増大する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のシステムは、低解像度の走査動作を使用してシステムの感度を自動的に調節する。該システムは、１ラインを走査し、光学信号出力レベル及び検出器利得レベルを自動的及び反復的に設定し、複数のラインをスキップして次のラインを走査し、前記レベルを適当に調節し、複数のラインをスキップして次のラインを走査する、といった具合にして、低解像度の走査動作を実行する。システムの感度が設定された後、次いで該較正されたシステムが、サンプルの全ラインを走査してデータを収集する。このため、該較正されたシステムは、低解像度走査動作中にスキップされたラインを初めて走査することになる。したがって、スキップされたラインに対するフォトブリーチングその他の損傷のリスクは存在せず、それらのラインから精確なデータを収集することが可能となる。
【０００８】
本システムは、最初に検出器利得を最大に設定すると共に励起信号出力を所定のデフォルト値（50％出力）に設定して、サンプルの選択された領域の第１走査ラインを走査する。次いで該システムは、該走査ライン中の「Ｎ」個の隣接するピクセルに関連する信号が飽和状態にあるか否か、即ち、「Ｎ」個の隣接するピクセルに対応する信号が最大データ信号値を越えているか否かを判定する。該走査ライン中の「Ｎ」個の隣接するピクセルに関連する信号が飽和状態にある場合には、システムは、レーザの励起信号出力を所定の率に低下させ、例えば1/2に低下させる。システムは次いで、該ラインを再走査して、Ｎ個の隣接するピクセルが依然として飽和状態にあるか否かを判定する。Ｎ個の隣接するピクセルが依然として飽和状態にある場合には、システムは再び励起信号出力を所定の率に低下させる。システムは、Ｎ個未満の隣接するピクセルが飽和信号を生成し、又は励起信号出力が所定の最小出力レベル（例えば最大出力の1/4）まで低下されるまで、ラインの再走査を続行する。
【０００９】
励起信号出力が最小出力レベルまで低下された際にＮ個の隣接するピクセルが依然として飽和信号を生成する場合には、システムは、検出器の利得を所定の率（例えば1/8）に低下させると同時に、励起信号出力を所定の率（例えば４倍）に増大させる。次いでシステムは、当該ラインを再走査して励起信号出力に必要な調整を行う。これは、Ｎ個未満の隣接するピクセルが飽和信号を生成し、及び／又は検出器の利得を更に低下させなければならなくなるまで行われる。必要に応じて、該利得が調節されて出力レベルが増大され、システムは、該レベルが設定されるまで、同一ラインの走査及び調節動作を続行する。次いでシステムは、次のＬ本のラインをスキップして（Ｌ＋１）番目のラインを走査する（以下同様）。これは、サンプルの選択された領域の最後のラインの走査が完了するまで行われる。該スキップされるラインの数Ｌの選択は、(a)１サンプルドットについて実行される多数回の走査が存在し、及び(b)殆どのドットがレーザ励起信号と無接触の状態を維持するように行われる。
【００１０】
低解像度の走査動作が完了した後、システムは、Ｍ個の最も明るい隣接するピクセルにより生成された信号の平均値を決定する。次いでシステムは、該平均値を最大データ信号値の90％にするのに必要なレーザ励起信号出力のレベルを計算する。次いでシステムは、該計算された出力の励起信号をサンプル上に生成するように減衰器を調節する。その減衰レベルを最大データ信号値の90％を得るように調節することができない場合には、システムは、サンプルが暗い(dim)ことをユーザに示す。また、該減衰レベルの調節が可能である場合には、システムは、該調節された減衰レベルをチャネルに使用する。
【００１１】
２つ以上のチャネルを使用する場合には、システムは、励起信号用の次のレーザからの信号を使用して、低解像度の走査動作を繰り返す。このため、システムは、最初の走査ラインを再走査し、レベル調節を行い、Ｌ本のラインをスキップして（Ｌ＋１）番目のラインを再走査する、といったプロセスを実行する。
【００１２】
この低解像度の走査動作は、一要素（例えば１ドット）により生成される蛍光が該要素にわたり本質的に均一であるサンプル（例えばマイクロアレイ）に良好に機能するものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示す光学走査システム10は、２つのレーザ12,14と、サンプル18に供給される励起信号出力を制御する可変レーザ減衰器16と、サンプルから発せられた蛍光を受容してそれに関するデータ信号を生成する可変利得検出器20とを備えている。以下で詳述するように、システムコントローラ100は、減衰器16及び検出器20を制御して、所与のサンプルに適したシステムの感度を設定する。例えば、レーザ12により生成される励起信号を使用する走査動作が第１の「チャネル」についての走査動作であり、レーザ14により生成される励起信号を使用する走査動作が第２の「チャネル」についての走査動作である。用語「チャネル」は、本質的には、特定の励起信号に適するよう構成されたシステムを指すものであり、例えば、適当な波長の信号を通過させ又は拒絶するフィルタの選択又は調整や、以下で詳述するような適当な検出器利得レベル及び減衰レベルの設定である。図面は、２つのレーザを示しているが、特定の用途で適当となるように、単一のレーザ又は一層多数のレーザをシステムに含めて、それらに対応する数のチャネルについて走査動作を行うことも可能である。更に、代替的な励起信号源（例えば、キセノンランプ又は発光ダイオード）をレーザの代わりに使用することも可能である。
【００１４】
可変レーザ減衰器16は、例えば、選択された複数の濃度フィルタからなるアドレス指定可能なアレイ、連続可変濃度フィルタ、少なくとも１つの回転可能な偏光子を含む複数の偏光子、又は１つの偏光子の正面に配置された回転式偏光子リターダ(retarder)とすることが可能であり、それらは何れも当業界で既知のものである。代替的に、励起信号の出力は、励起信号源の動作を制御することにより変動させることが可能である。このため、システムコントローラ100は、励起信号源の動作を制御する信号の電圧又は振幅を制御することが可能である。図４を参照して本書で説明する較正動作は、各チャネル毎に適当な減衰レベルを決定して、サンプルに到達する励起信号出力を制御することを指している。また、これと同じ操作を用いて、例えば、励起信号源の動作を制御する信号の適当な電圧又は振幅を決定し、これにより該励起信号源により生成される励起信号の出力を制御することが可能である。
【００１５】
ミラー22は、レーザ12からビーム結合器24へとビームを導き、該ビーム結合器24は、レーザ12により生成された所定波長の光を透過させ、及びレーザ14により生成された所定波長の光を反射する。ビーム結合器24は、例えば、前記それぞれの波長の光を透過させ及び反射する薄膜干渉(interference)コーティングを有するダイクロイックフィルタとすることが可能である。ビーム結合器24は、２つのレーザからのビームを互いに結合して１つの平行化されたビームにするために使用することが可能である。システム10では、シャッタ13,15は、従来の態様で動作してレーザからビーム結合器への光の通過を制御して、あらゆる所与の時刻に１つのレーザのみからの光がビーム結合器24に達するようにする。次いでビーム結合器24はビームの透過又は反射を適宜行う。次いでビーム結合器24は、各レーザからのビームが同じ光路に沿ってサンプル18へと伝搬することを確実にする。
【００１６】
次いでビームは減衰器16を通過し、該減衰器16は、所望の出力レベルを有する減衰され平行化されたビームを生成する。該減衰器16とビーム結合器24との位置を逆にして、ビーム結合器24が、減衰されたビームを通過させ、反射し、又は結合させることも可能である。
【００１７】
ビームスプリッタ26は、ビームを反射してレンズアセンブリ30を透過させる。該レンズアセンブリ30は、サンプル18に対してビームを集束させて導く。ビームスプリッタ26はまた、レンズアセンブリ30がサンプル18から収集した光を可変利得検出器20へと透過させる。
【００１８】
レンズアセンブリ30は、従来の顕微鏡の対物レンズアセンブリに類似したものであり、金属セル32内に取り付けられた多数の要素（図示せず）を備えている。好適には、レンズアセンブリ30は、大きな作動距離(working distance)と有限の色補正範囲(chromatic correction range)とを有するものであり、また0.5〜0.8という範囲の大きな開口数を有する対物レンズを備えている。図示のシステムの場合、レンズアセンブリ30は、６つの要素からなり、口径が10mm、及び作動距離が0.8mmであり、488nm〜690nmという範囲のレーザ及び蛍光波長について色補正を提供し、及び開口数0.75及び焦点距離6.67mmを有する対物レンズを備えるものである。
【００１９】
レンズアセンブリ30は、結合され平行化されたビームをビームスプリッタ26から受容して一点へと集束させる。該一点は、マイクロアレイスキャナの場合には、半値全幅で測定したその直径が約１〜20μmの範囲であることが好ましい。図示のシステムの場合、そのレンズアセンブリは、直径８μmの集束されたレーザスポット300（図３参照）を生成する。該レンズアセンブリは、特定の用途に適した他の様々な直径のレーザスポットを生成することが可能である。例えば、該レンズアセンブリは、サンプルが比較的大きなターゲット（即ちドット）を含む場合には、より大きな直径のレーザスポットを生成することが可能である。
【００２０】
該レーザスポットに応じて、サンプル中の蛍光化学物質タグは、一般にレーザ光よりも長い波長の蛍光を発する。レンズアセンブリ30は、発せられた蛍光の一部を収集する。より詳細には、レンズアセンブリ30は、対物レンズの開口数に対応する立体角の円錐を表す領域内に発せられた蛍光を収集する。したがって、対物レンズの開口数が大きいほど、レンズアセンブリが収集する光量が多くなる。
【００２１】
レンズアセンブリ30は、収集した蛍光を平行化して収束させて、該蛍光を蛍光放出波長弁別器28へ送る。該弁別器28は、従来の態様で動作して、サンプルからの光をフィルタリングする。該弁別器28は、あらゆる所与の時点で、所望のピーク蛍光波長の光を通過させ、それ以外の波長の光（サンプル18から反射され得るレーザ12,14からの光を含む）を阻止する。該弁別器28は、例えば、所望の狭いスペクトルの蛍光を通過させる放出フィルタ(emission filter)から構成することが可能である。代替的には、弁別器28は、上記と同様に狭いスペクトルの蛍光を通過させるプリズム又は格子とすることが可能である。
【００２２】
弁別器28は、蛍光を可変利得検出器20へと通過させ、該可変利得検出器20は、例えば、光電子増倍管検出器、ＰＩＮダイオード、電荷結合素子等とすることが可能である。該検出器20は、蛍光に関するデータ信号をシステムコントローラ100へ送り、該システムコントローラ100は、後の使用に備えて該データ信号を記録する。システムコントローラ100の動作については、図３及び図４を参照して以下で詳述する。
【００２３】
本システムは、平行化された蛍光の光路中に複数の弁別器28を備えること、及び複数の検出器20を備えることが可能である。各弁別器28は、所望の波長の蛍光を関連する検出器20へと導き、それ以外の全ての波長の光を阻止する。次いで、検出器20を特定の複数の波長に特に適合するものとし、複数の波長を伴う走査動作を同時に実行することが可能である。このため、シャッタ13,15は、システムに含める必要はなく、又は多数の波長を通過させるよう互いに同期させて動作させることが可能である。
【００２４】
ここで図２を参照する。データが収集されることになるサンプル18の領域（即ち「イメージ」）は、複数の要素（即ちドット）40からなり、該ドット40は、一般にマイクロアレイ42と呼ばれるものへと配列される。該マイクロアレイ42中のドット40は、およそ50〜250μmの範囲の本質的に一様な直径を有している。本書で説明する実施形態では、該ドットは150μmの直径を有している。イメージの大きさは、「ピクセル」で表され、該ピクセルは、該実施形態では典型的には10μm×10μmの正方形である。該実施例では、各走査ラインは約１ピクセルの幅を有し、１ドットにつき15本の走査ラインが存在する。該走査ラインの幅は、特定の用途に適するように、１ピクセルよりも広く又は狭くすることが可能である。
【００２５】
ここで図３を参照する。システム10は、低解像度での走査動作を実行することにより、所与のサンプルについて減衰レベル及び検出器利得を設定する。以下で詳述するように、本システムは、走査ライン301を走査して飽和を防止するよう自動的にレベル調節を行い、必要に応じて走査ライン301を再走査して該２つのレベルの一方又は双方の再調節を自動的に行う。次いで、システムは、選択された本数Ｌ（図中では４）の走査ラインをスキップし、次の（Ｌ＋１）番目の走査ライン306を走査する。次いで、システムは、必要に応じてレベルの再調節を自動的に行う。システムは、次の４ラインを再びスキップして５番目の走査ライン311を走査する（以下同様）。該低解像度での走査動作が終了したとき、システムは、ドット40のうちの小さな割合のみを走査したことになる。この実施形態の場合、システムは、直径150μmのドットを横切って４つの10μm幅のライン301,306,311,316を走査し、該ドット中の３つの40μm幅のストリップ401,402,403が手つかずのまま残る。システムの感度が設定されると、該システムは、高解像度での走査動作を実行し、全てのラインを走査してサンプルからデータを収集する。したがって、該データ収集のための走査の殆どは、以前に手つかずであったサンプル領域について行われるものとなる。
【００２６】
低解像度走査動作は、様々な形状及びサイズのマイクロアレイ要素で使用することが可能である。各走査間でスキップされるラインの数は、各走査ラインの間隔が、各走査ラインの幅の少なくとも２倍であってマイクロアレイ要素の直径の1/2未満となるように、選択される。
【００２７】
ここで図１ないし図４を参照する。システム10は、最初にその感度を新たなサンプル18について自動的に設定し、必要に応じてサンプル上のマイクロアレイ42を探し出す。マイクロアレイ42を探し出すために、システムは、サンプル全体にわたりレーザ12,14の一方を用いて低解像度走査動作を実行する。この最初の低解像度走査動作はまた、ユーザが較正領域を選択することを可能にする情報を提供する（ステップ402）。システムは、減衰及び検出器利得に関する第１組のデフォルト設定値を使用して、この最初の低解像度走査動作を実行する。この実施形態の場合、減衰レベルは1/2に設定され、検出器利得は最大に設定される。しかし、本質的にはあらゆる設定を用いることが可能である。
【００２８】
システムは、例えば、グレースケール又は「疑似カラー」としてマッピングされたマイクロアレイの蛍光強度を本質的に示すグラフとして、走査動作の結果を画面上に表示する（図示せず）。該走査動作は一般にアレイ内の要素の形状又は位置を決定するのに十分な情報を生成するものではない。実際に、この走査動作は、飽和した信号、及び／又は、低い蛍光レベル間の区別を行うことができないほど低すぎるレベルの信号を生成することがある。
【００２９】
マイクロアレイ42の位置が決定されると、ユーザは、較正領域を選択する（ステップ404）。該較正領域は、マイクロアレイ全体、又は該アレイの一部とすることが可能である。ユーザは好適には、マイクロアレイのうち、システムが飽和した信号又は最も明るいドットを示す信号を生成する部分を選択する。該領域は、画面上の当該領域の周りにボックスを描画することにより選択される。
【００３０】
用途によっては、ユーザは、低レベルの蛍光にしか関心がない場合がある。したがって、ユーザは、マイクロアレイのうち最も暗いドットを含む区域から較正領域を選択することが可能である。この暗い領域についての較正は、アレイの最も明るい領域について生成された信号が飽和している可能性があることを意味している。しかし、かかる用途の場合には、明るいドットにより生成された信号は本質的に重要ではない。
【００３１】
マイクロアレイを探し出すための走査動作は、サンプルのうち較正のために走査すべき区域をユーザが知っている場合には省略することができる。例えば、ユーザが、一組をなす類似した複数のサンプルを用意して該一組中の最初のサンプルについて較正領域を決定する場合には、マイクロアレイの位置は既知であることになる。
【００３２】
システム10は、次いで検出器20の利得と減衰器16の減衰レベルとを第２組のデフォルト値に設定する（ステップ406）。本実施形態の場合、システムは、減衰レベルを1/2に設定し、検出器の利得を最大に設定する（これらは第１組のデフォルト値と同じである）。次いでシステムは、レーザ12を使用して、較正領域中の選択された第１の走査ライン301を再走査して、それに関するデータ信号を生成する（ステップ408）。該走査ライン301中のＮ個の隣接するピクセルに関するデータ信号が飽和状態にある場合には、システムは、減衰レベルを増大させて、励起信号出力を所定の率（本実施形態の場合には1/2）に低下させる（ステップ410,414）。本実施形態の場合、Ｎは２〜８の範囲で選択される。システムは次いで、走査ライン301を再走査して、Ｎ個の隣接するピクセルに関する信号が依然として飽和状態にあるか否かを判定する（ステップ410）。該Ｎ個の隣接するピクセルに関する信号が依然として飽和状態にある場合には、システムは、励起信号出力が所定の最小値（本実施形態の場合には最大出力の1/4）であるか否かを判定する。励起信号出力が所定の最小値でない場合には、システムは、再び減衰レベルを増大させることにより信号出力を1/2に低下させる（ステップ412,414）。
【００３３】
励起信号出力が最小レベルになり、走査ライン中のＮ個の隣接するピクセルが依然として飽和信号を生成する場合には、システム10は、検出器20の利得を所定の率（本実施形態の場合には1/8）に低下させ、及び減衰レベルを低下させてレーザ出力を４倍に増大させる（ステップ416）。システムは再び走査ライン301を走査して、該走査ライン中のＮ個の隣接するピクセルに対応する信号が飽和状態にあるか否かを判定する。必要に応じて、システムは再び、減衰及び利得レベルを所定の率に自動的及び反復的に調節し、これをＮ未満の隣接するピクセルが飽和信号を生成するまで実行する（ステップ410〜416）。
【００３４】
次いでシステム10は、Ｌ（本実施形態の場合にはＬ＝４）本のラインをスキップし、次の（Ｌ＋１）番目の走査ライン306を走査する（ステップ420,408）。必要に応じて、システムは、該走査ライン306中のＮ個未満の隣接するピクセルに対応する信号が飽和状態となるまで、減衰及び利得レベルを自動的に調節する。システムは次いで、Ｌ本のラインのスキップ、次の（Ｌ＋１）番目の走査ラインの走査、及び減衰及び利得レベルの自動調整を、較正領域全体に対する同様の走査が完了するまで続行する（ステップ418）。その結果として、較正されたシステムと、走査ラインの大部分が励起信号と接触していないサンプルとが得られる。
【００３５】
上述のように、システムは、好適には、その較正動作を、マイクロアレイを探し出すために走査された走査ラインと同一の走査ラインを再走査することにより実行する。代替的に、システム10は、較正動作時に、マイクロアレイを探し出すために走査された走査ラインの近くの又は該走査ラインに隣接する走査ラインを走査することも可能である（該走査ラインの再トレースに関するシステム公差による）。しかし、両動作について同一の走査ラインが走査されない場合であっても、その結果は依然として同一となり、即ち、構成されたシステム及び走査ラインの大部分が励起信号により接触されていないサンプルが得られることになる。
【００３６】
上記の低解像度走査動作の終わりに、システムは、較正領域中のＭ個の最も明るい隣接するピクセルについて生成された信号が所定の最大データ信号値の90％である平均値を有するように、減衰レベルを修正する（ステップ422）。このため、システムは、Ｍ個の隣接する最も明るいピクセルについての平均信号値を求める（Ｍは４〜32の範囲で選択される）。次いでシステムは、該システムの最大データ信号値の90％である平均信号値を生成するために必要となる励起信号出力のレベルを計算する。最後に、システムは、減衰レベルを適当に調節する。
【００３７】
所望の平均値を生成するために必要となる信号出力が最大信号出力を越える場合には、システム10は、マイクロアレイ42により生成された蛍光が暗いことをユーザに示す（ステップ424〜425）。また、所望の平均値を生成するために必要となる信号出力が最大信号出力以下である場合には、システム10は、レーザ14に関するチャネルについてステップ406〜424を繰り返す（ステップ426）。システムはこのようにして「複数のチャネルを平衡化させる」。
【００３８】
上述のように、システムは、較正動作中に、選択された走査ラインを多数回にわたり再走査する。したがって、該較正動作中に生成された蛍光は、（以前に走査されなかった複数の走査ラインを含む）後続のデータ収集動作中に生成されることになる蛍光よりも弱いものとなる。このため、システムは、平均信号値を最大値の90％に設定して、データ収集動作時における飽和を回避する。代替的に、システムは、平均値に他の割合を適宜設定することも可能である。
【００３９】
図４に関する上述の動作方法は、減衰レベル及び検出器利得レベルの両者の自動的及び反復的な調節を含むものである。本方法はまた、該両レベルのうちの一方のレベルの調節に関するステップに従うと共に他方のレベルの調節に関するステップを無視することにより、前記両レベルのうちの一方のみを反復的に調節するシステムで使用することが可能である。また上述のように、サンプルにおける励起信号の出力レベルは、励起信号源に供給される制御信号を調節することにより制御することが可能である。このため、上述の方法は、減衰レベルではなく該制御信号を自動的及び反復的に調節することが可能である。
【００４０】
自動的なレベル調節に関する上述の方法はまた、較正動作中にあらゆるラインを走査するシステムにより使用することも可能である。かかるシステムの場合には、本方法は、ユーザによる判断を伴う従来の方法と比較して、信頼性及び反復性の点で有利なものとなる。
【００４１】
ここで図５を参照する。システム11は、随意選択的に出力変調器500を備えるものであり、該出力変調器500は、レーザ励起源12a,14aを制御して、システムが１本の走査ラインを走査する間に短時間にわたりレーザ12,14を本質的にターンオフさせる。このため、該システムは、各走査ライン毎に（即ち全較正領域にわたりピクセル単位で）低解像度走査を実行するものとなる。詳細には、システムは、１つの走査ライン中の各要素（即ち各ドット）の走査の一部にわたりレーザをターンオフさせる。既述のように、システムは、マイクロアレイ中の個々の要素の幅又は直径が既知である限り、該個々の要素の位置が決定されている必要はない。このため、システムは、各要素の幅の数分の一に相当する時間にわたりレーザ12,14をターンオフする。
【００４２】
レーザのターンオン及びターンオフが行われる場合、システムは、所与の走査ラインでＮ個の連続して獲得されたピクセルが飽和状態となるか否かを判定する。これは、Ｎ個の隣接するピクセルが獲得されない可能性があるからである。同様に、システムは、Ｍ個の最も明るい連続して獲得されたピクセルに基づいて減衰レベルを修正する。
【００４３】
システム10,11は、所与のサンプルについてシステム感度を自動的に設定する。このため、ユーザは、減衰レベル及び利得レベルを手動で調節する必要がなく、システムは、ユーザによる判断に依存することなく較正される。したがって、システムを高い信頼性で比較的迅速に較正することが可能となる。既述のように、この低解像度での走査動作は、データ収集走査動作のためのマイクロアレイの各要素の大部分に触れることのないものである。これは、較正動作中にサンプルのあらゆるライン又はサンプルの一部の全ラインを走査して該ラインに損傷を与えるおそれのある既知の従来のシステムとは対照的である。
【００４４】
上記説明は、本発明の特定の実施形態に限定したものである。しかし、本発明に変更又は修正を加えることが可能であり、例えば、低解像度走査動作中に一層多数又は少数のラインをスキップすること、減衰及び利得レベルを異なるデフォルト値にセットすること、低解像度走査動作中にそれらレベルを異なる率に調節すること、低解像度走査動作中にイメージの一層多くの部分又は少ない部分を扱うこと等を実施して、それらの利点の一部又は全てを達成することが可能である、ということは明かである。したがって、特許請求の範囲は、かかる変形例及び修正例を本発明の真の思想及び範囲内にあるものとして包含することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従って構成されたシステムを示す機能ブロック図である。
【図２】  マイクロアレイを示す説明図である。
【図３】  低解像度の走査ラインと共に図２のマイクロアレイ中の一要素を示す説明図である。
【図４】  減衰レベル及び検出器利得レベルを設定するための、図１のシステムの動作を示すフローチャートである。
【図５】  本発明の第２の実施形態に従って構成されたもう１つのシステムを示す機能ブロック図である。
【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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