(57)【要約】  本明細書には、高スループット光学走査装置及びその使用方法が開示される。本明細書で提供される光学走査装置及び使用方法は、段階速度の変動にもかかわらず、高分解能での連続して動く物体の高スループット走査を可能にすることができるこれは、フルオロフォアを含む生体チップなどの基板の高スループット走査を補助することができる。また、改善された光中継システム及び走査光学系も本明細書で提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動く基板を画像化するための光学走査システムであって、
ａ．軸に沿って移動可能であり、複数のフィールドを含む基板を保持するように構成される、ステージ；
ｂ．対物レンズ；
ｃ．対物レンズを介して前記複数のフィールドの１つの画像を獲得可能なカメラであって、前記画像は、前記画像の獲得中に前記複数のフィールドの１つから前記対物レンズを通って前記カメラへと画定された光学経路を介して獲得される、カメラ；
ｄ．前記光学経路に沿って取り付けられる速度追跡ミラー；
ｅ．前記光学経路におけるステージ移動の前記軸に沿って前記速度追跡ミラーの角度を調整するために、前記速度追跡ミラーに動作可能に連結された第１の電気モーター；
ｆ．前記第１の電気モーターに第１の駆動信号を送信するために前記第１の電気モーターに動作可能に連結されたコントローラーモジュールであって、前記第１の駆動信号は前記軸に沿ったステージ移動の速度測定と関連して変化する、コントローラーモジュール；
ｇ．前記光学経路に沿って取り付けられる加速度追跡ミラー；
ｈ．前記光学経路におけるステージ移動の前記軸に沿って加速度追跡ミラーの角度を調整するために前記加速度追跡ミラーに動作可能に連結された第２の電気モーターであって、前記コントローラーモジュールは、前記第２の電気モーターに第２の駆動信号を送信するために前記第２の電気モーターに動作可能に連結され、前記第２の駆動信号は前記軸に沿ったステージ速度の変化と関連して変化する、第２の電気モーター
を含むことを特徴とする、光学走査システム。
【請求項２】
前記第１の電気モーターは検流計である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学走査システム。
【請求項３】
前記第１又は第２の駆動信号は電気信号である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学走査システム。
【請求項４】
前記第１の駆動信号は非シヌソイド波形を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項５】
前記非シヌソイド波形はのこぎり波である、ことを特徴とする請求項４に記載の光学走査システム。
【請求項６】
前記第２の電気モーターは圧電アクチュエーターである、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項７】
前記コントローラーモジュールに前記基板又は前記ステージの位置測定を含む信号を送信するために、前記コントローラーモジュールに動作可能に連結されたリニア変位センサーを更に含む、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項８】
前記第１の駆動信号は前記位置測定から判定された速度と関連して変化する、ことを特徴とする請求項７に記載の光学走査システム。
【請求項９】
前記第２の駆動信号は、前記位置測定から判定された速度の変化と関連して変化する、ことを特徴とする請求項７に記載の光学走査システム。
【請求項１０】
前記リニア変位センサーはリニアエンコーダーである、ことを特徴とする請求項７乃至９の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項１１】
前記第１又は第２の駆動信号はフィールド走査周波数と関連して変化する波形を含む、ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項１２】
前記第１又は第２の駆動信号は画像化デューティーサイクルと関連して変化する波形を含む、ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項１３】
前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーの移動は、前記加速度追跡ミラーの移動がない状態と比較して、前記カメラによる前記フィールドのトラッキングエラーを減少する、ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項１４】
前記トラッキングエラーは０．１％未満に減少される、ことを特徴とする請求項１３に記載の光学走査システム。
【請求項１５】
前記トラッキングエラーは１ピクセル未満に減少される、ことを特徴とする請求項１３に記載の光学走査システム。
【請求項１６】
前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーは、光路に沿って隣接した構成部品である、ことを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項１７】
複数のカメラを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項１８】
前記光路に沿って取り付けられたビームスプリッターを更に含み、前記ビームスプリッターは、前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーの後、及び前記複数のカメラの前に前記光路に沿って取り付けられる、ことを特徴とする請求項１７に記載の光学走査システム。
【請求項１９】
照射経路を更に含み、前記照射経路は、照射要素から前記複数のフィールドのうち１つへと伸長する、ことを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項２０】
前記照射要素は、前記フィールドに励起光を伝達するために動作可能に取り付けられた励起レーザー部を含み、前記光学経路は、前記フィールドから前記カメラへと発せられる蛍光を含む、ことを特徴とする請求項１９に記載の光学走査システム。
【請求項２１】
前記励起光は前記カメラに伝達されない、ことを特徴とする請求項２０に記載の光学走査システム。
【請求項２２】
前記照射要素は、前記フィールドに照射光を伝達するために動作可能に取り付けられた照射光部を含む、ことを特徴とする請求項１９に記載の光学走査システム。
【請求項２３】
前記照射光部は、前記光学経路が、前記フィールドを通って前記カメラに伝達される光を含むように、前記フィールドの真下に取り付けられる、ことを特徴とする請求項２２に記載の光学走査システム。
【請求項２４】
前記照射光部は、前記光学経路が、前記フィールドにより前記カメラに反射される光を含むように、前記フィールドの上に又はそれを横断して取り付けられる、ことを特徴とする請求項２２に記載の光学走査システム。
【請求項２５】
前記光学経路に沿って前記対物レンズを動かし、それにより前記フィールドの焦点を維持するために、前記対物レンズに動作可能に取り付けられた第３の電気モーターを更に含む、ことを特徴とする請求項１乃至２４の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項２６】
前記第３の電気モーターは、前記対物レンズが前記カメラによって前記フィールドの焦点を維持するために動かされるように、焦点面からの前記フィールドの移動と関連して変化する第３の駆動信号を受信するために前記コントローラーモジュールに動作可能に接続される、ことを特徴とする請求項２５に記載の光学走査システム。
【請求項２７】
第２の速度追跡ミラーと第２の加速度追跡ミラーとを含む少なくとも１つの追加の対となるミラーを更に含み、前記対となるミラーは、異なる軸に沿って前記カメラにより前記フィールドのトラッキングエラーを減少するために前記装置に動作可能に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１乃至２６の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項２８】
前記第１の電気モーター又は前記第２の電気モーターは二軸モーターである、ことを特徴とする請求項１乃至２７の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項２９】
動く基板上の複数のフィールドを画像化する方法であって、
ａ．光学走査システムを提供する工程であって、前記光学走査システムは、
ｉ．複数のフィールドを含む基板を保持する移動可能なステージ、
ｉｉ．カメラ、
ｉｉｉ．対物レンズ、
ｉｖ．速度追跡ミラー、及び
ｖ．加速度追跡ミラー
を含む、工程；
ｂ．軸に沿って前記移動可能なステージを動かす工程であって、これにより、前記軸に沿って複数のフィールドを含む前記基板を動かす、工程；及び
ｃ．前記移動と同時に、前記カメラを使用して前記対物レンズを通過する前記複数のフィールドのうち１つの画像をキャプチャする工程であって、前記フィールドの前記画像は、前記画像をキャプチャする間に、
ｉ．前記軸に沿って前記移動可能なステージの速度に応じて前記速度追跡ミラーを回転させること、及び、
ｉｉ．前記軸に沿って前記移動可能なステージの速度の変化に応じて前記加速度追跡ミラーを回転させることによって、安定される、工程
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項３０】
前記軸に沿って前記移動可能なステージ、前記基板、又は前記フィールドの速度の測定を得る工程、及び、前記速度に応じて前記第１の駆動信号を調整する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
複数の速度測定から前記移動可能なステージの速度の変化を判定する工程、及び、前記速度の変化に応じて前記第２の駆動信号を調整する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記速度追跡ミラー又は前記加速度追跡ミラーの回転は、測定された前記速度又は測定された前記速度の変化に基づいて行われる、ことを特徴とする請求項３０又は３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の駆動信号は前記ステージの予測された速度と関連して変化する、ことを特徴とする請求項２９乃至３２の何れか１つに記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の駆動信号は前記ステージの速度の予測された変化と関連して変化する、ことを特徴とする請求項２９乃至３２の何れか１つに記載の方法。
【請求項３５】
前記速度追跡ミラーは第１の電気モーターに動作可能に連結される、ことを特徴とする請求項２９乃至３４の何れか１つに記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の電気モーターは検流計である、ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記光学走査システムはコントローラーモジュールを含み、前記第１の電気モーターは前記コントローラーモジュールに動作可能に連結される、ことを特徴とする請求項３５又は３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記速度追跡ミラーを回転させる工程は、前記コントローラーモジュールから前記第１の電気モーターへ第１の駆動信号を送信する工程を含む、ことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の駆動信号は、基板の測定された又は予め決められた速度と関連して変化する、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記加速度追跡ミラーは第２の電気モーターに動作可能に連結される、ことを特徴とする請求項２９乃至３９の何れか１つに記載の方法。
【請求項４１】
前記第２の電気モーターは圧電アクチュエーターである、ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の電気モーターは前記コントローラーモジュールに動作可能に連結される、ことを特徴とする請求項４０又は４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記速度追跡加速度追跡ミラーを回転させる工程は、前記コントローラーモジュールから前記第２の電気モーターへ第２の駆動信号を送信する工程を含む、ことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第２の駆動信号は、基板の速度の測定された又は予め決められた変化と関連して変化する、ことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第２の駆動信号は、前記第１の駆動信号を判定するために使用される速度からの前記速度の偏差と関連して変化する、ことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーは隣接する、ことを特徴とする請求項２９乃至４５の何れか１つに記載の方法。
【請求項４７】
前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーの移動は、前記加速度追跡ミラーの移動がない状態と比較して、前記カメラによる前記フィールドのトラッキングエラーを減少する、ことを特徴とする請求項２９乃至４６の何れか１つに記載の方法。
【請求項４８】
前記トラッキングエラーは０．１％未満に減少される、ことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記トラッキングエラーは１ピクセル未満に減少される、ことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記画像キャプチャ中に前記フィールドの焦点を維持するために光学経路に沿って対物レンズの位置を調整する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項２９乃至４９の何れか１つに記載の方法。
【請求項５１】
前記対物レンズの前記調節は、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％を超える前記画像の２つの隣接するピクセル間で強度の急上昇を維持する、ことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記光学走査システムは第２の速度追跡ミラー及び第２の加速度追跡ミラーを更に含み、前記移動可能なステージの前記移動及び前記複数のフィールドのうち１つの画像キャプチャと同時に：
ａ．第２の軸に沿って移動可能なステージの速度に応じて第２の速度追跡ミラーを回転させる工程、及び
ｂ．前記第２の軸に沿って前記移動可能なステージの速度変動に応じて前記第２の加速度追跡ミラーを回転させる工程であって、それにより同時に少なくとも２つの軸に対して前記フィールドの画像化を安定させる、工程
を更に含む、ことを特徴とする請求項２９乃至５１の何れか１つに記載の方法。
【請求項５３】
対応する複数の別個の軸に対して画像を安定させるために複数の対となる速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーの各々を回転させる工程を更に含む、ことを特徴とする請求項２９乃至５２の何れか１つに記載の方法。
【請求項５４】
画像キャプチャの周波数は、少なくとも２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、又は２００Ｈｚである、ことを特徴とする請求項２９乃至５３の何れか１つに記載の方法。
【請求項５５】
画像キャプチャのデューティーサイクルは、少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％である、ことを特徴とする請求項２９乃至５４の何れか１つに記載の方法。
【請求項５６】
動くステージから得られた画像の位置決めエラーを減らす方法であって、
ａ．前記動くステージの速度を測定する工程；
ｂ．前記ステージの測定された速度と前記ステージの予測された速度との間の差異に応じて前記測定された速度からのエラー訂正事項を判定する工程；
ｃ．前記エラー訂正事項に応じて駆動信号を生成する工程；及び
ｄ．前記駆動信号を電気モーターに送信する工程であって、前記電気モーターは追跡ミラーの回転を作動させるために前記追跡ミラーに動作可能に接続される、工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５７】
前記モーターは検流計又は圧電アクチュエーターである、ことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
動く基板を画像化するための光学走査システムであって、
ａ．軸に沿って移動可能であり、複数のフィールドを含む基板を保持するように構成される、ステージ；
ｂ．対物レンズ；
ｃ．対物レンズを介して前記複数のフィールドの１つの画像を獲得可能なカメラであって、前記画像は、前記画像の獲得中に前記複数のフィールドの１つから前記対物レンズを通って前記カメラへと画定された光学経路を介して獲得される、カメラ；
ｄ．光路に沿って取り付けられる動き追跡ミラー；
ｅ．光学経路におけるステージ移動の前記軸に沿って前記動き追跡ミラーの角運動を作動させるために、前記動き追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーター；及び
ｆ．駆動信号を前記電気モーターに送信するために前記電気モーターに動作可能に連結されたコントローラーモジュールであって、前記コントローラーモジュールは、前記軸に沿った前記ステージ又は基板の動きの速度変動に応じて前記駆動信号を生成可能である、コントローラーモジュール
を含むことを特徴とする、光学走査システム。
【請求項５９】
前記装置は、コントローラーモジュールと電気通信状態にある速度センサーを含み、前記速度センサーは、基板又はステージの位置又は速度情報を検出し、且つ前記上情報をコントローラーモジュールに送信することができ、前記コントローラーモジュールは、前記速度センサーから受信した速度信号に応じて前記駆動信号を生成するように構成される、ことを特徴とする請求項５８に記載の光学走査システム。
【請求項６０】
前記センサーはリニアエンコーダーである、ことを特徴とする請求項５９に記載の光学走査システム。
【請求項６１】
前記リニアエンコーダーは非干渉式エンコーダーである、ことを特徴とする請求項６０に記載の光学走査システム。
【請求項６２】
前記リニアエンコーダーは、光学性であり、磁気性であり、静電容量性であり、誘導性であり、又は渦電流を使用する、ことを特徴とする請求項６０又は６１に記載の光学走査システム。
【請求項６３】
前記センサーは、移動可能なステージにわたって速度フィードバックのために較正される、ことを特徴とする請求項５９乃至６２の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項６４】
前記駆動信号は、予め決められた速度及び測定された速度の両方と関連して変化する、ことを特徴とする請求項５８乃至６３の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項６５】
前記ステージは、軸に沿った前記ステージの動きを促進するように位置決めされた機械ベアリングを含む、ことを特徴とする請求項５８乃至６４の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項６６】
前記対物レンズは、５Ｘ、１０Ｘ、２０Ｘ、３０Ｘ、４０Ｘ、５０Ｘ、６０Ｘ、７０Ｘ、８０Ｘ、９０Ｘ、又は１００Ｘから成る群から選択される倍率を有している、ことを特徴とする請求項５８乃至６５の何れか１つに記載の光学走査システム。
【請求項６７】
動く基板上で複数のフィールドを画像化する方法であって、
ａ．光学走査システムを提供する工程であって、前記光学走査システムは、
ｉ．複数のフィールドを含む基板を保持する移動可能なステージ、
ｉｉ．対物レンズ、
ｉｉｉ．カメラ、
ｉｖ．動き追跡ミラー、及び
ｖ．前記動き追跡ミラーの動きを達成し、画像キャプチャ中に前記軸に沿って移動可能なステージの前記動きを追跡し、且つ前記画像キャプチャ後に前記動き追跡ミラーを初期位置に戻すために、前記動き追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターを含む、工程；
ｂ．軸に沿って前記移動可能なステージを動かす工程であって、これにより、前記軸に沿って複数のフィールドを含む前記基板を動かす、工程；及び
ｃ．前記軸に沿った前記移動可能なステージの動きの間に少なくともＭの画像キャプチャサイクルを実行することを含む、前記基板のＭのフィールドの各々に対して画像を生成する工程であって、各サイクルが、
ｉ．前記軸に沿った前記移動可能なステージの速度を追跡するために前記追跡ミラーの動きを制御するために、サイクルＭの電気信号を電気モーターに提供すること；
ｉｉ．前記追跡ミラーが前記動くステージを追跡している間に前記フィールドの画像をキャプチャすること；及び
ｉｉｉ．前記フィールドの平均速度を判定することであって、前記平均速度は、サイクルＭ＋１中に前記電気モーターの動きを制御するためにサイクルＭ＋１の駆動信号を生成するために使用される、判定することを含む、工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６８】
画像キャプチャの周波数は、少なくとも２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、又は２００Ｈｚである、ことを特徴とする６７に記載の方法。
【請求項６９】
画像キャプチャのデューティーサイクルは、少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％である、ことを特徴とする請求項６７又は６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記フィールドの平均速度を判定するために初期サイクルを行う工程を更に含み、ここで画像キャプチャは行われない、ことを特徴とする請求項６７乃至６９の何れか１つに記載の方法。
【請求項７１】
前記Ｍ＋１の駆動信号は、前記軸に沿った前記移動可能なステージの測定された速度と望ましい速度との間の差異と関連して変化する訂正事項を含む、ことを特徴とする請求項６７乃至７０の何れか１つに記載の方法。
【請求項７２】
前記フィールドの前記平均速度を判定する工程は、前記フィールドの１つ以上の位置をある時間で測定することを含む、ことを特徴とする請求項６７乃至７１の何れか１つに記載の方法。
【請求項７３】
前記フィールドの前記平均速度を判定する工程は、前記時間で前記フィールドの前記測定された位置を、別のフィールドの以前に測定された位置及び時間と比較することを含む、ことを特徴とする請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
フィールドＭの位置測定から前記Ｍ＋１の駆動信号の提供までの速度フィードバックループ持続時間は、１００ｍｓ、９０ｍｓ、８０ｍｓ、７０ｍｓ、６０ｍｓ、５０ｍｓ、４０ｍｓ、３０ｍｓ、２０ｍｓ、１５ｍｓ、１０ｍｓ、５ｍｓ、又は２ｍｓ以下である、ことを特徴とする請求項６７乃至７３の何れか１つに記載の方法。
【請求項７５】
前記平均速度は、２５０ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、１５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５ｋＨｚ、２ｋＨｚ、１０００Ｈｚ、５００Ｈｚ、２４０Ｈｚ、１２０Ｈｚ、６０Ｈｚ、又は３０Ｈｚ以下の周波数で基板の位置に関する情報を収集することによって判定される、ことを特徴とする請求項６７乃至７４の何れか１つに記載の方法。
【請求項７６】
生成された前記画像は、＋／−１ピクセル以下のピクセルスミアを有している、ことを特徴とする請求項６７乃至７５の何れか１つに記載の方法。
【請求項７７】
前記ピクセルは、前記基板上で約１５０ｎｍの前記軸に沿った断面距離を含む、ことを特徴とする請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
画像は、１００ｊａｍ／秒から１，０００ｍｍ／秒の範囲の速度範囲で動く基板から生成される、ことを特徴とする請求項７６又は７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記軸に沿った前記移動可能なステージの前記動きは、０．１％〜１％の平均速度の範囲での速度変動を含む、ことを特徴とする請求項６７乃至７８の何れか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１７年３月３日出願の米国仮出願第６２／４６７，０４８号の利益を主張するものであり、当該文献の開示は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本発明は、光学システムにおいて継続的に動く基板の安定した画像を生成するための方法及び器機に関する。
【背景技術】
【０００３】
典型的な単一分子、単一の蛍光感度の、生物学的な蛍光性の光学走査システムは、長い露光時間を有する低ノイズカメラを必要とする。このようなシステムは大抵、グラナイト又はその同等物上に位置する高精度及び安定した画像化プラットフォームを必要とする。加えて、このようなシステムは、複数のフィールドの高スループットの安定した画像化を達成するために高い加速度と減速度の他、高質量も必要とする、「工程及び繰り返し」の段階を利用する。高倍率にて短時間（〜５分）で広面積のチップ（２０００ｍｍ２）を走査するには、工程及び繰り返しのシステムが可能とするよりも短いフレーム画像化時間を必要とする。
【０００４】
「飛行中の画像（ｉｍａｇｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｆｌｙ）」の手法は、工程及び繰り返しのシステムに固有のステージ加速度及び整定時間によるスループットの欠損を妨げるのに必要とされている。従来の飛行中の画像の適用は、ほぼ一定の速度（〜＋／−０．０５％）を提供可能なサンプルステージ、及び動くごとにサンプルを撮像する走査光学系を必要とする。ステージ速度が移動全体にわたりほぼ一定でなければ、走査光学系は、ステージが動く際のサンプルの正確な同じ領域を撮像しない。この結果、不明瞭な画像（例えば、〜＋／−３ピクセルのピクセルスミア（ｐｉｘｅｌ  ｓｍｅａｒ）を伴う）が生じかねない。この問題は典型的に、重いステージ及び強力なステージ駆動を用いることによってほぼ一定の速度を提供する高価なステージを利用することによって解決される。不運にも、これは製品のコストに加えられ、ベンチトップシステムとしての使用を非実用的なものにする。
【０００５】
典型的な低コストでコンパクトな及び／又は軽量のステージは、ピット、バリ、切削溝、ディボット（ｄｉｖｏｔｓ）、及び奇形の空洞などの、様々な表面上の異常を持つ構成部品により構築される。これらの異常は通常、結果として一定でない速度をもたらす。例えば、ステージの途中にあるバリ又はディボットは、異常に遭遇する前の速度に戻る前に、ステージを瞬間的に遅くしてその後に加速させる。ステージの速度変動は、このような低コストの小さな構成部品の使用を、承諾しがたいレベルの画像の不鮮明さの生成のために飛行高スループット走査手法上で現行の画像との互換性がないものにする。
【０００６】
それ故、必要とされるものは、速度変動の許容差を増大させ、小さく軽量で低コストの光学走査システムにおける単一の蛍光感度で走査を行う飛行中の画像を用いて安定性が増大した画像を獲得するのを可能にする、改善された光学走査システムである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、動くステージ上のオブジェクトの画像化におけるピクセルスミアを減らすための新規な方法及びデバイスの発見に、少なくとも部分的に基づいている。
【０００８】
従って、本明細書には、動く基板を画像化するための光学走査システムが提供され、該システムは、軸に沿って移動可能であり、複数のフィールドを含む基板を保持するように構成される、ステージ；対物レンズ；対物レンズを介して前記複数のフィールドの１つの画像を獲得可能なカメラであって、前記画像は、前記画像の獲得中に前記複数のフィールドの１つから前記対物レンズを通って前記カメラへと画定された光学経路を介して獲得される、カメラ；前記光学経路に沿って取り付けられる速度追跡ミラー；前記光学経路におけるステージ移動の前記軸に沿って前記速度追跡ミラーの角度を調整するために、前記速度追跡ミラーに動作可能に連結された第１の電気モーター；前記第１の電気モーターに第１の駆動信号を送信するために前記第１の電気モーターに動作可能に連結されたコントローラーモジュールであって、前記第１の駆動信号は前記軸に沿ったステージ移動の速度測定と関連して変化する、コントローラーモジュール；前記光学経路に沿って取り付けられる加速度追跡ミラー；前記光学経路におけるステージ移動の前記軸に沿って加速度追跡ミラーの角度を調整するために前記加速度追跡ミラーに動作可能に連結された第２の電気モーターであって、前記コントローラーモジュールは、前記第２の電気モーターに第２の駆動信号を送信するために前記第２の電気モーターに動作可能に連結され、前記第２の駆動信号は前記軸に沿ったステージ速度の変化と関連して変化する、第２の電気モーターを含む。
【０００９】
幾つかの実施形態において、第１又は第２の駆動信号は電気信号である。幾つかの実施形態において、第１の駆動信号は非シヌソイド波形を含む。幾つかの実施形態において、非シヌソイド波形はのこぎり波である。幾つかの実施形態において、第１の電気モーターは検流計である。幾つかの実施形態において、第２の電気モーターは圧電アクチュエーターである。幾つかの実施形態において、第１の電気モーター又は第２の電気モーターは、二軸モーターである。
【００１０】
幾つかの実施形態において、前記光学走査システムは、前記コントローラーモジュールに前記基板又は前記ステージの位置測定を含む信号を送信するために、前記コントローラーモジュールに動作可能に連結されたリニア変位センサーを更に含む。幾つかの実施形態において、リニア変位センサーはリニアエンコーダーである。
【００１１】
幾つかの実施形態において、第１の駆動信号は、前記位置測定から判定された速度と関連して変化する。幾つかの実施形態において、第２の駆動信号は、前記位置測定から判定された速度の変化と関連して変化する。
【００１２】
幾つかの実施形態において、第１又は第２の信号は、フィールド走査周波数と関連して変化する波形を含む。幾つかの実施形態において、第１又は第２の信号は、画像化デューティーサイクルと関連して変化する波形を含む。
【００１３】
幾つかの実施形態において、前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーの移動は、前記加速度追跡ミラーの移動がないものと比較して、前記カメラによる前記フィールドのトラッキングエラーを減少する。幾つかの実施形態において、トラッキングエラーは０．１％未満に低下される。幾つかの実施形態において、トラッキングエラーは１ピクセル未満に低下される。
【００１４】
幾つかの実施形態において、速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーは、光路に沿って隣接した構成部品である。
【００１５】
幾つかの実施形態において、前記光学走査システムは複数のカメラを含む。幾つかの実施形態において、前記光学走査システムは、前記光路に沿って取り付けられたビームスプリッターを更に含み、前記ビームスプリッターは、前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーの後、及び前記複数のカメラの前に前記光路に沿って取り付けられる。
【００１６】
幾つかの実施形態において、前記光学走査システムは照射経路を更に含み、前記照射経路は照射要素から前記複数のフィールドのうち１つまで伸長する。
【００１７】
幾つかの実施形態において、照射要素は、前記フィールドに励起光を伝達するために動作可能に取り付けられた励起レーザー部を含み、前記光学経路は、前記フィールドから前記カメラへと発せられる蛍光を含む。幾つかの実施形態において、励起光は前記カメラに伝達されない。幾つかの実施形態において、照射要素は、前記フィールドに照射光を伝達するために動作可能に取り付けた照射光部を含む。幾つかの実施形態において、照射光部は、前記光学経路が、前記フィールドを通って前記カメラに伝達される光を含むように、前記フィールドの真下に取り付けられる。幾つかの実施形態において、照射光部は、前記光学経路が、前記フィールドにより前記カメラに反射される光を含むように、前記フィールドの上に又はそれを横断して取り付けられる。
【００１８】
幾つかの実施形態において、前記光学走査システムは、対物レンズを前記光学経路に沿って動かし、それにより前記フィールドの焦点を維持するために、対物レンズに動作可能に取り付けられた第３の電気モーターを更に含む。幾つかの実施形態において、前記第３の電気モーターは、前記対物レンズが前記カメラによって前記フィールドの焦点を維持するために動かされるように、焦点面からのフィールドの移動と関連して変化する第３の駆動信号を受信するために前記コントローラーモジュールに動作可能に接続される。
【００１９】
幾つかの実施形態において、前記光学走査システムは、第２の速度追跡ミラーと第２の加速度追跡ミラーとを含む少なくとも１つの追加の対となるミラーを更に含み、前記対となるミラーは、異なる軸に沿って前記カメラにより前記フィールドのトラッキングエラーを減少するために前記装置に動作可能に取り付けられる。
【００２０】
本明細書にはまた、動く基板上で複数のフィールドを画像化する方法が提供され、該方法は、複数のフィールドを含む基板、カメラ、対物レンズ、速度追跡ミラー、及び加速度追跡ミラーを保持する移動可能なステージを含む光学走査システムを提供する工程；軸に沿って前記移動可能なステージを動かす工程であって、これにより、前記軸に沿って複数のフィールドを含む前記基板を動かす、工程；及び前記移動と同時に、前記カメラを使用して前記対物レンズを通過する前記複数のフィールドのうち１つの画像をキャプチャする工程であって、前記フィールドの画像は、前記軸に沿って前記移動可能なステージの速度に応じて前記速度追跡ミラーを回転させること、及び、前記軸に沿って前記移動可能なステージの速度の変化に応じて前記加速度追跡ミラーを回転させることによって、画像キャプチャ中に安定される、工程を含む。
【００２１】
幾つかの実施形態において、動く基板上で複数のフィールドを画像化する方法は、前記軸に沿って前記移動可能なステージ、前記基板、又は前記フィールドの速度の測定を得る工程、及び、前記速度に応じて前記第１の駆動信号を調整する工程を更に含む。幾つかの実施形態において、動く基板上で複数のフィールドを画像化する方法は、複数の速度測定から前記移動可能なステージの速度の変化を判定する工程、及び、前記速度の変化に応じて前記第２の駆動信号を調整する工程を更に含む。
【００２２】
幾つかの実施形態において、速度追跡ミラー又は加速度追跡ミラーの回転は、測定された速度又は速度変化に基づいて実行される。幾つかの実施形態において、第１の駆動信号は、前記ステージの予測された速度と関連して変化する。幾つかの実施形態において、第２の駆動信号は、前記ステージの予測された速度の変化と関連して変化する。
【００２３】
幾つかの実施形態において、速度追跡ミラーは、第１の電気モーターに動作可能に連結される。幾つかの実施形態において、第１の電気モーターは検流計である。幾つかの実施形態において、前記光学走査システムはコントローラーモジュールを含み、前記第１の電気モーターは前記コントローラーモジュールに動作可能に連結される。
【００２４】
幾つかの実施形態において、前記速度追跡ミラーを回転させる工程は、前記コントローラーモジュールから前記第１の電気モーターに第１の駆動信号を送信することを含む。幾つかの実施形態において、第１の駆動信号は、基板の測定された又は予め決められた速度と関連して変化する。
【００２５】
幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーは、第２の電気モーターに動作可能に連結される。幾つかの実施形態において、第２の電気モーターは圧電アクチュエーターである。幾つかの実施形態において、第２の電気モーターは、前記コントローラーモジュールに動作可能に連結される。幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーは、前記コントローラーモジュールから前記第２の電気モーターに第２の駆動信号を送信することを含む。
【００２６】
幾つかの実施形態において、第２の駆動信号は、基板の測定された又は予め決められた速度の変化と関連して変化する。幾つかの実施形態において、第２の駆動信号は、前記第１の駆動信号を判定するために使用される速度からの前記速度の偏差と関連して変化する。
【００２７】
幾つかの実施形態において、速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーは隣接している。
【００２８】
幾つかの実施形態において、前記速度追跡ミラー及び前記加速度追跡ミラーの移動は、前記ミラー追跡ミラーの移動がないものと比較して、前記カメラによる前記フィールドのトラッキングエラーを減少する。幾つかの実施形態において、トラッキングエラーは０．１％未満に低下される。幾つかの実施形態において、トラッキングエラーは１ピクセル未満に低下される。
【００２９】
幾つかの実施形態において、前記方法は、前記画像キャプチャ中に前記フィールドの焦点を維持するために光学経路に沿って対物レンズの位置を調整する工程を含む。幾つかの実施形態において、前記対物レンズの調節は、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％を超える前記画像の２つの隣接するピクセル間で強度の急上昇を維持する。
【００３０】
幾つかの実施形態において、前記光学走査システムは第２の速度追跡ミラー及び第２の加速度追跡ミラーを更に含み、前記移動可能なステージの前記移動及び前記複数のフィールドのうち１つの画像キャプチャと同時に：第２の軸に沿って移動可能なステージの速度に応じて第２の速度追跡ミラーを回転させる工程、及び前記第２の軸に沿って前記移動可能なステージの速度の変化に応じて前記第２の加速度追跡ミラーを回転させる工程であって、それにより同時に少なくとも２つの軸に対して前記フィールドの画像化を安定させる、工程を更に含む。
【００３１】
幾つかの実施形態において、前記方法は、対応する複数の別個の軸に対して画像を安定させるために複数の対となる速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーの各々の回転させる工程を更に含む。
【００３２】
幾つかの実施形態において、画像キャプチャの周波数は、少なくとも２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、又は２００Ｈｚである。幾つかの実施形態において、画像キャプチャのデューティーサイクルは、少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、又は１０％である。幾つかの実施形態において、画像キャプチャのデューティーサイクルは、少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％である。
【００３３】
本明細書にはまた、動くステージから得られた画像の位置決めエラーを減らす方法が提供され、該方法は、前記動くステージの速度を測定する工程；前記ステージの測定された速度と前記ステージの予測された速度との間の差異に応じて前記測定された速度からのエラー訂正事項を判定する工程；前記エラー訂正事項に応じて駆動信号を生成する工程；前記駆動信号を電気モーターに送信する工程であって、前記電気モーターは追跡ミラーの回転を作動させるために前記追跡ミラーに動作可能に接続される、工程を含む。幾つかの実施形態において、モーターは検流計又は圧電アクチュエーターである。
【００３４】
また本明細書には、動く基板を画像化するための光学走査システムが提供され、該システムは、軸に沿って移動可能であり、複数のフィールドを含む基板を保持するように構成される、ステージ；対物レンズ；対物レンズを介して前記複数のフィールドの１つの画像を獲得可能なカメラであって、前記画像は、前記画像の獲得中に前記複数のフィールドの１つから前記対物レンズを通って前記カメラへと画定された光学経路を介して獲得される、カメラ；光路に沿って取り付けられる動き追跡ミラー；前記光学経路におけるステージ移動の前記軸に沿って前記動き追跡ミラーの角運動を作動させるために、前記動き追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーター；及び駆動信号を前記電気モーターに送信するために前記電気モーターに動作可能に連結されたコントローラーモジュールであって、前記軸に沿った前記ステージ又は基板の動きの速度変動に応じて前記駆動信号を生成可能である、コントローラーモジュールを含む。
【００３５】
幾つかの実施形態において、装置は、コントローラーモジュールと電気通信状態にある速度センサーを含み、前記速度センサーは、基板又はステージの位置又は速度情報を検出し、且つ前記上方をコントローラーモジュールに送信することができ、前記コントローラーモジュールは、前記速度センサーから受信した速度信号に応じて前記駆動信号を生成するように構成される。
【００３６】
幾つかの実施形態において、センサーはリニアエンコーダーである。幾つかの実施形態では、リニアエンコーダーは非干渉式エンコーダーではない。幾つかの実施形態において、リニアエンコーダーは、光学性であり、磁気性であり、静電容量性であり、誘導性であり、又は渦電流を使用する。幾つかの実施形態において、センサーは移動可能なステージにわたり速度フィードバックのために較正される。
【００３７】
幾つかの実施形態において、駆動信号は、予め決められた速度及び測定された速度の両方と関連して変化する。幾つかの実施形態において、ステージは、軸に沿った前記ステージの移動を促進するために位置決めされた機械ベアリングを含む。幾つかの実施形態において、対物レンズは、５Ｘ、１０Ｘ、２０Ｘ、３０Ｘ、４０Ｘ、５０Ｘ、６０Ｘ、７０Ｘ、８０Ｘ、９０Ｘ、又は１００Ｘから成る群から選択される倍率を有している。
【００３８】
本明細書にはまた、動く基板上で複数のフィールドを画像化する方法が提供され、該方法は、光学走査システムを提供する工程であって、前記光学走査システムは、複数のフィールドを含む基板を保持する移動可能なステージ、対物レンズ、カメラ、動き追跡ミラー、及び前記動き追跡ミラーの動きを達成し、画像キャプチャ中に前記軸に沿って移動可能なステージの前記動きを追跡し、且つ前記画像キャプチャ後に前記動き追跡ミラーを初期位置に戻すために、前記動き追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターを含む、工程；軸に沿って前記移動可能なステージを動かす工程であって、これにより、前記軸に沿って複数のフィールドを含む前記基板を動かす、工程；及び前記軸に沿った前記移動可能なステージの動きの間に少なくともＭの画像キャプチャサイクルを実行することを含む、前記基板のＭのフィールドの各々に対して画像を生成する工程であって、各サイクルが、前記軸に沿った前記移動可能なステージの速度を追跡するために前記追跡ミラーの動きを制御するために、サイクルＭの電気信号を電気モーターに提供すること；前記追跡ミラーが前記動くステージを追跡している間に前記フィールドの画像をキャプチャすること；及び前記フィールドの平均速度を判定することであって、前記平均速度は、サイクルＭ＋１中に前記電気モーターの動きを制御するためにサイクルＭ＋１の駆動信号を生成するために使用される、判定することを含む、工程を含む。
【００３９】
幾つかの実施形態において、画像キャプチャの周波数は、少なくとも２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、又は２００Ｈｚである。幾つかの実施形態において、画像キャプチャのデューティーサイクルは、少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、又は１０％である。幾つかの実施形態において、画像キャプチャのデューティーサイクルは、少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％である。
【００４０】
幾つかの実施形態において、前記方法は、前記フィールドの平均速度を判定するために初期サイクルを実行する工程を更に含み、ここで画像キャプチャは行われない。幾つかの実施形態において、前記Ｍ＋１の駆動信号は、前記軸に沿った移動可能なステージの測定された速度と望ましい速度との間の差異と関連して変化する訂正事項を含む。幾つかの実施形態において、前記フィールドの平均速度を判定する工程は、ある時間で１つ以上の位置を測定することを含む。幾つかの実施形態において、前記フィールドの平均速度を判定する工程は、前記時間で前記フィールドの前記測定された位置を、別のフィールドの以前に測定された位置及び時間と比較することを含む。
【００４１】
幾つかの実施形態において、フィールドＭの位置測定から前記Ｍ＋１の駆動信号の提供までの速度フィードバックループ持続時間は１００ｍｓ以下であり、２ｍｓ、９０ｍｓ、８０ｍｓ、７０ｍｓ、６０ｍｓ、５０ｍｓ、４０ｍｓ、又は３０ｍｓもの少なさであり得る。幾つかの実施形態において、前記平均速度は、２５０ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、１５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５ｋＨｚ、２ｋＨｚ、１０００Ｈｚ、５００Ｈｚ、２４０Ｈｚ、１２０Ｈｚ、６０Ｈｚ、又は３０Ｈｚ以下の周波数で基板の位置に関する情報を収集することによって判定される。
【００４２】
幾つかの実施形態において、生成された画像は、＋／−１ピクセル以下のピクセルスミアを有している。幾つかの実施形態において、ピクセルは、前記基板上で約１５０ｎｍの前記軸に沿った断面距離を含む。
【００４３】
幾つかの実施形態において、画像は、１００ｊａｍ／秒から１，０００ｍｍ／秒の範囲の速度範囲で動く基板から生成される。幾つかの実施形態において、前記軸に沿った前記移動可能なステージの前記動きは、０．１％〜１％の平均速度の範囲での速度変動を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
前述の及び他の物体、特徴及び利点は、同様の参照符号が異なる図の全体にわたる同一の部分を指す添付の図面で例証されるように、以下の本発明の特定の実施形態の記載から明白となる。図面は、必ずしもサイズが統一されておらず、代わりに、本発明の様々な実施形態の原理を例証することに重点が置かれている。
【図１】本発明の実施形態に係る、基板から加速度追跡ミラー及び速度追跡ミラー（即ち、二重ミラーの実施形態）を含む検出器まで光学経路に沿った光学走査装置の構成部品のダイアグラムである。
【図２】一実施形態に係る、速度追跡ミラーなどの動くステージの追跡ミラーの動きを制御するためののこぎり波形、及び、経時的に軸に沿って移動可能なステージの位置の変化に対する相関を示す。
【図３】測定又は予測されたステージ速度のエラー及び予測されたステージ速度に基づいて、動く基板の画像を安定させるために、（二重ミラーの実施形態での）速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーに対して駆動信号を生成するために使用され得る、波形の例を提供する。
【図４】本発明の実施形態に係る、基板から１つの動き追跡ミラー（即ち、単一ミラーの実施形態）を含む検出器まで光学経路に沿った光学走査装置の構成部品のダイアグラムである。
【図５】測定又は予測されたステージ速度のエラー及び予測されたステージ速度に基づいて、動く基板の画像を安定させるために、（単一ミラーの実施形態での）動き追跡ミラーに対して駆動信号を生成するために使用され得る、波形の例を提供する。
【図６】基板又は移動可能なステージの速度変動に応じて移動可能である装置のミラーに提供される駆動信号を調整するために訂正事項を提供するための、フィールドレベルのフィードフォワード機構の１つの可能な実装の概要を提供する。
【図７Ａ】コントローラーモジュールの構成部品のダイアグラム、及び、調整可能な追跡ミラー、及び基板又は移動可能なステージの位置を感知する装置を含む、装置の特定の構成部品へのコントローラーモジュールの接続である。接続は矢印によって示される。実線矢印は、コントローラーモジュールから各構成部品に送信される信号を示す。点線矢印は、ステージ又は基板の速度変動の測定、及び、加速度追跡ミラー又は動き追跡ミラーに動作可能に接続されたモーターを制御する駆動信号への並進のための経路を示す。破線矢印は、光学走査システムの構成部品間の光学経路に沿った光の移動を示す。図７Ａは二重ミラーの実施形態に関する。
【図７Ｂ】コントローラーモジュールの構成部品のダイアグラム、及び、調整可能な追跡ミラー、及び基板又は移動可能なステージの位置を感知する装置を含む、装置の特定の構成部品へのコントローラーモジュールの接続である。接続は矢印によって示される。実線矢印は、コントローラーモジュールから各構成部品に送信される信号を示す。点線矢印は、ステージ又は基板の速度変動の測定、及び、加速度追跡ミラー又は動き追跡ミラーに動作可能に接続されたモーターを制御する駆動信号への並進のための経路を示す。破線矢印は、光学走査システムの構成部品間の光学経路に沿った光の移動を示す。図７Ｂは単一ミラーの実施形態に関する。
【図８Ａ】動く基板のフィールドの安定した画像をキャプチャするために装置の二重追跡ミラーの実施形態を作動させる方法のフローチャートを提供する。
【図８Ｂ】動く基板のフィールドの安定した画像をキャプチャするために装置の単一追跡ミラーの実施形態を作動させる方法のフローチャートを提供する。
【図９Ａ】＋１及び＋２それぞれの画像のピクセルスミアの例を例示する。各正方形はピクセルを表わす。
【図９Ｂ】＋１及び＋２それぞれの画像のピクセルスミアの例を例示する。各正方形はピクセルを表わす。
【図１０】システムからのデータを制御且つ保管するための構成部品を含む光学走査システムの実施形態を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の様々な実施形態の詳細は以下の記載にて述べられる。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、以下の詳細な説明、図面、及び請求項から明らかとなる。
【００４６】
本明細書で使用されるように、用語「対物レンズ」は、１つ以上のレンズを含み、且つ電磁気的（例えば光学など）の信号を拡大するように構成され且つ動作可能である、光学走査システム中の要素又は要素の群を指す。幾つかの実施形態において、対物レンズは、０．６〜１．５の範囲の開口数（ＮＡ）などのＮＡを有しており、空気浸入又は液体浸入（例えば水、油、又は他の侵入流体など）を介して画像化を実施する。様々な実施形態において、対物レンズは、２ｍｍ〜２５ｍｍの範囲の焦点距離を有し得る。
【００４７】
本明細書で使用されるように、用語「基板」は、画像化の標的である多数の別個の特徴を持つオブジェクトを指す。これらの特徴は、空間的に均一なパターンで配置されても、されなくてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、基板は、ビーズ又はウェルなどの表面を伴う非平面構造を含み、これに対して標的生体分子が標的特徴として取り付けられる。別の例において、幾つかの実施形態では、基板はアレイチップを含む。アレイチップ（即ち、アレイ、マイクロアレイ、又はチップ）は、標的生体分子（例えばタンパク質又は核酸など）が標的特徴として取り付けられた取り付け部位を搬送する、表面を有する固相支持部を指すが、好ましくは、包括的に平面又は実質的に平面である表面を有している。
【００４８】
本明細書で使用されるように、用語「フィールド」は、カメラによって単一の画像内にキャプチャすることができる基板の領域を指す。基板上のフィールドはカメラの視野に関連する。基板全体は、基板上の複数のフィールドの画像を取ることによって走査され得る。
【００４９】
本明細書で使用されるように、用語「光学経路」又は「光路」は、ソースからカメラセンサーまでの光又は他の電磁気放射の経路を指す。光学経路に沿ったミラーによる光学経路の操作により、ランダムな又は規則正しい速度変動を伴う継続的に動く基板からの静止画像のキャプチャが可能になる。
【００５０】
本明細書で使用されるように、用語「走査」は、基板の状態を観察し記録するための操作を指す。
【００５１】
本明細書で使用されるように、用語「速度追跡ミラー」は、ある速度での基板の移動を追跡するように構成されたミラーを指す。この速度は固定されている、又は変動してもよい。速度は予め決められている、又は速度の規則正しい又はランダムなエラーを含み得る。
【００５２】
本明細書で使用されるように、用語「速度トラッキングエラー」は、速度追跡ミラーによる基板又はステージの速度の追跡におけるエラーを指す。幾つかの実施形態において、これは、速度追跡ミラーにより追跡されている速度からの基板の速度の偏差の結果である。
【００５３】
本明細書で使用されるように、用語「加速度追跡ミラー」は、ステージ速度の規則正しい又はランダムなエラー、或いは予想された又は一定のステージ速度からの他のあらゆる偏差などの、非線形に応じて回転させるために、光学走査システムに動作可能に接続されるミラーを指す。幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーは、ピクセルスミアを減らした動く基板の静止画像を提供するために速度追跡ミラーと対になる。
【００５４】
本明細書で使用されるように、用語「電気モーター」は、電気エネルギーに応じて回転するモーターなどの、電気信号を物理的移動に変換する装置を指す。幾つかの実施形態において、電気モーターは、速度追跡ミラー又は加速度追跡ミラーを回転させるための回転機構を設ける。電気モーターは、電気モーターの制御された移動を達成するために電気信号又は駆動信号を送信するコントローラーモジュールに動作可能に連結可能である。電気モーターは検流計又は圧電アクチュエーターでもよい。本明細書で使用されるように、「検流計」は、電気信号に応じて動く磁場におけるコイルを指す。これは、追跡ミラーの回転運動を作動させるために電気モーターとして作用し得る。本明細書で使用されるように、用語「圧電アクチュエーター」は、電場が適用されるときに圧電材料の形状での変化に基づく一種の電気モーターを指す。電気モーターは本明細書において好ましい実施形態と称されるが、水力学、気学、又は磁気の原理に基づくものなど、本明細書に記載される発明の一部の構成部品の作動を提供するための他の装置も、使用され得る。
【００５５】
本明細書で使用されるように、用語「コントローラーモジュール」は、光学走査システムの構成部品に対して制御を提供する装置における１つ以上の構成部品を指す。特に、コントローラーモジュールは、１つ以上の追跡ミラーに動作可能に接続された電気モーターの移動を制御する装置を含む。故に、コントローラーモジュールは、これら電気モーターの駆動信号を生成且つ伝達する。駆動信号は、予めプログラムされた又は観察されたステージ或いは基板の動きから生成されてもよい。駆動信号は、エンコーダーなどの位置又は速度のセンサーによって収集される情報から生成され、且つ、後に１つ以上の追跡ミラーの移動を制御するために反応する駆動信号へと並進される速度測定を生成するために使用されてもよい。
【００５６】
本明細書で使用されるように、用語「電気信号」又は「駆動信号」は、モーターが物理的な移動に変換する、電気モーターに送信される制御された量のエネルギーを指す。例えば、検流計は、移動可能なステージを追跡し、且つ、のこぎり波に似ている駆動信号を送信することにより画像化が完了した後にその元の位置に戻すために、ミラーの回転を達成することができる。
【００５７】
本明細書で使用されるように、用語「デューティーサイクル」は、追跡ミラーがステージを追跡しカメラがフィールドを画像化している時間のパーセントを指す（追跡ミラーがその初期位置に戻っている、帰線時間とは対照的）。
【００５８】
本明細書で使用されるように、用語「画像化周波数」又は「画像キャプチャ周波数」は、基板上のフィールドの画像キャプチャの周波数を指す。
【００５９】
本明細書で使用されるように、用語「ピクセルスミア」は、画像キャプチャ中に画像化されたオブジェクトの移動による軸に沿ったピクセルの伝播の尺度を指す。多くの量のピクセルスミアは、あまり鮮明でなく且つより多量の不鮮明さを有する画像を生成する。幾つかの実施形態において、ピクセルスミアは、光学経路、又は１つ以上の追跡ミラーの移動において補償されない速度変動により生成される。本明細書では、幾つかの実施形態において、速度変動を伴う移動可能なステージ上の継続的に動く基板の画像をキャプチャするための装置及び方法が提供され、基板の移動の主軸に沿ったピクセルスミアの量は、光学経路に沿った１つ以上の追跡ミラーの回転によって軽減される。
【００６０】
本明細書で使用されるように、用語「ロジック」は、１つ以上のコンピューティングデバイスの１つ以上のプロセッサ（例えばＣＰＵ）による実行時に、１つ以上の機能を実行するように、及び／又は、他の論理素子或いは機械装置（例えば、サーボなど）の操作を制御する要素によって使用される１つ以上の結果或いは入力データの形態でデータを戻すように操作可能な、命令のセットを指す。様々な実施形態及び実装において、所定のロジックは、１つ以上のプロセッサ（例えばＣＰＵ）によって、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上のハードウェア構成部品として、或いは、１つ以上のソフトウェアコンポーネント及び１つ以上のハードウェアコンポーネントの任意の組み合わせとして実行可能な、１つ以上のソフトウェアコンポーネントとして実装されてもよい。特定のロジックソフトウェアコンポーネントは、限定されないが、独立型ソフトウェアアプリケーションとして、クライアント−サーバーシステムにおけるクライアントとして、クライアント−サーバーシステムにおけるサーバーとして、１つ以上のソフトウェアモジュールとして、１つ以上の機能のライブラリとして、及び１つ以上の静的及び／又は動的にリンクされたライブラリとして実装されてもよい。実行中、特定の論理の命令は、１つ以上のコンピュータプロセス、スレッド、ファイバー、並びに、１つ以上のコンピューティングデバイスのハードウェアにおいて例示化可能であり、且つ、限定されないがメモリ、ＣＰＵ時間、記憶スペース、及びネットワークバンドを含み得る割り当てされたコンピューティングリソースであり得る、他の適切なランタイム実体として具体化されてもよい。
【００６１】
光学走査システム及び使用方法
本明細書には、基板が移動可能なステージ上で動く間に高感度での基板の一部又はフィールドのハイフレームレートの画像キャプチャのための、軽量でコスト効率のよいシステムが提供される。この光学走査システムは、高速の、単一分子の、単一蛍光の画像化が可能であり、これは現在までに、ステージ移動の正確な制御を必要とする重くて高価なシステムにより、或いはより遅い工程及び繰り返しの光学走査システムを介してのみ提供されている。本明細書で提供される光学走査システムは、（典型的には結果として少なくとも幾つかのピクセルの画像の不鮮明さをもたらす）１％〜１０％変動するステージ速度を補償する走査光学系を使用することによって飛行中の画像のシステム（継続的に動くステージ）として使用され得る。この補償は、０．１％未満の変動又は＋／−１ピクセル以下の画像のピクセルスミアを伴う、追跡された段階的な速度の画像相当物を結果としてもたらし得る。それ故、本明細書に開示される走査光学系は、ピクセルスミアを減らすように継続的に動く移動可能なステージの画像化中にカメラの安定した画像フィールドを提供するために、移動可能なステージ又は基板の局所的な加速度及び減速度などの速度エラー（即ち速度変動）を補償するためのシステムを提供する。
【００６２】
本明細書に開示される光学走査システムは、基板が動いている間、基板と検出器との間の光学経路を安定化させるために回転可能な走査光学系及び制御システムを使用する。回転可能な走査光学系は、ステージ速度及びステージ速度変動（又は、基板速度及び基板速度変動）に応じて回転する。二重追跡ミラーを有する光学走査システムの一実施形態によって提供される走査光学系は、図１に示される。本実施形態において、光学走査システムは、軸に沿って取り付けられた基板（１２０）を動かす構成された移動可能なステージ（１１０）を含む。基板（１２０）は、ステージが継続的に移動するにつれて光学走査システムによって個々に画像化される、１つ以上のフィールド（１２１）を含む。基板は、照射機構（図示せず）によって照射され、基板からの光は、対物レンズ（１３０）を通って光学経路に沿って移動する。動く基板の画像は、速度追跡ミラー（１４０）及び加速度追跡ミラー（１５０）によって画像センサーに対して安定化される。フィールド（１２１）の画像は、画像センサーを含むカメラ（１６０）によってキャプチャされる。速度追跡ミラー（１４０）は、画像フィールドの面に平行な軸のまわりで回転するように構成される。速度追跡ミラー（１４０）の回転は、カメラ（１６０）による画像キャプチャ中に予め決められた速度で動くフィールドの画像を安定化させるために光学経路を調整する。加速度追跡ミラー（１５０）は、画像フィールドの面に平行な軸のまわりで回転するように構成される。加速度追跡ミラー（１５０）は、移動ステージ又は基板の速度変動（即ち、加速度）に応じて回転する。この回転は、軸に沿ったステージ及び／又は基板の移動における速度変動を補償することによって、画像を安定化させるために光学経路を調整する。
【００６３】
様々な実施形態における光学走査システムは、走査様式において、移動可能なステージに取り付けられた基板などの連続して動く物体を画像化するように構成される。そのような実施形態において、基板は典型的に、カメラが基板のフィールドの画像をキャプチャする間に対物レンズの下で基板を継続的に動かす事が可能な、１つ以上の機構（例えばモーター又は他のアクチュエーター）に連結される移動可能なステージに取り付けられる（或いは配置される）。移動可能なステージは、対物レンズの光軸に垂直な方向に沿って基板を動かすように構成され、且つ操作可能である。幾つかの実施形態において、移動可能なステージの移動の軸は、通常は画像化された物体及び／又は対物レンズの光軸に沿った目標物（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）を動かす、オートフォーカス型の機構の操作に直交する。
【００６４】
様々な実施形態において、移動可能なステージの速度は、毎秒０．１ｍｍ〜毎秒１０００ｍｍの範囲（又はそれ以上）でもよい。幾つかの実施形態において、移動可能なステージの速度は、毎秒１０ｍｍ〜毎秒１００ｍｍの範囲でもよい。幾つかの実施形態において、移動可能なステージ（及び故に、その上に取り付けた基板）は、一定速度で動くように構成され得るが、ステージは今なお、本明細書に提供される光学システムによって補償される速度変動のエラーにさらされている。幾つかの実施形態において、移動可能なステージは毎秒１０〜５０ｍｍの速度で動く。幾つかの実施形態において、移動可能なステージの速度は毎秒約２５ｍｍである。他の実施形態において、移動可能なステージは、一定でない速度で動くように構成され得る。この一定でない速度はまた、本明細書に提供される光学システムにより補償される変動エラーにさらされ得る。
【００６５】
幾つかの実施形態において、与えられた望ましい速度で移動可能なステージの動きを促進するための機構が使用されてもよい。そのような機構は、動きを引き起こす１つ以上の構成部品（例えば、リニアモーター、リードスクリュー、スクリューモーター、スピードスクリューなど）、及び摩擦を減らす１つ以上の構成部品（例えば、様々な型のベアリングなど）を含み得る。
【００６６】
例えば、幾つかの実施形態において、移動可能なステージは、与えられた望ましい速度での移動可能なステージの動きを促進するために、数ミクロンの反復率を有しているメタルベアリング（例えば、ボールベアリング、シリンダーベアリング、クロスロールボールベアリングなど）を使用し得る。反復率は基本的に、油におけるメタルベアリングを回転させる効果であり、メタルベアリングは回転すると跳ね返り、そのような跳ね返りは、ベアリング上を動いている物体の動きに緊張（ｊｉｔｔｅｒ）を導入する。そのような動きの「反復率」は、２つのメタルベアリングが特定の許容差内でのみ同じ方法で跳ね返り可能であるため、特定の範囲より上でのみ一定であり得る。故に、ボールベアリングを使用する実施形態は典型的に、より大きな速度変動を有しており、故に画像の不鮮明さ（例えばピクセルスミア）を導入する。しかし、ボールベアリングを使用するステージは、比較可能な空気ベアリングステージよりも軽量で、小さく、安価であることを含む、様々な利点を提供する。故に、幾つかの実施形態に従い本明細書には、ボールベアリング、又は幾つかの速度変動にさらされる動きを提供する他の構成部品を備えたステージを含む、移動可能なステージの速度変動による画像の不鮮明さ又はピクセルスミアを減らすための、改善された走査光学系が提供される。
【００６７】
幾つかの実施形態において、移動可能なステージの速度は、連続的な光学走査中に意図した速度から０．１％より多く変動する。幾つかの実施形態において、移動可能なステージの速度は、連続的な光学走査中に意図した速度から０．５％より多く変動する。幾つかの実施形態において、移動可能なステージの速度は、連続的な光学走査中に０．１％〜１％変動する。幾つかの実施形態において、本明細書に提供される光学走査システムは、０．１％〜１％の速度変動を伴う移動可能なステージからの画像の不鮮明さ又はピクセルスミアを０．１％未満に減らす。幾つかの実施形態において、安定した画像に対するピクセルスミアは＋／−１ピクセル未満である。幾つかの実施形態において、移動可能なステージは、対物レンズに対する第１の既知の側方方向での連続動作で基板を動かすように構成され、その間に二次元のフルフレーム電子センサーを伴うカメラが二次元画像を生成する。幾つかの実施形態において、移動可能なステージは、基板上のフィールドの複数の行又は列を画像化するために連続的な蛇行状の様式で移動するように構成される。
【００６８】
幾つかの実施形態において、基板は移動可能なステージに取り付けられる（又は配置される）。幾つかの実施形態において、基板は、その上に配置された標的生体分子を有するアレイを含む。幾つかの実施形態において、基板は、例えばアレイチップなどの、画像化の標的である多数の別個の特徴を含む。幾つかの実施形態において、基板は、画像化の標的のランダムに位置決めされたアレイを含む。
【００６９】
幾つかの実施形態において、基板は、画像化の標的である多数の別個の特徴を含む。例えば、幾つかの実施形態において、基板は、ビーズ又はウェルなどの表面を伴う非平面構造を含み、これに対して標的生体分子が標的特徴として取り付けられる。幾つかの実施形態において、基質はアレイチップを含む。幾つかの実施形態において、アレイチップは、生体分子が標的特徴として取り付けられる取り付け部位を搬送する、表面、例えば平面又は実質的に平面の表面を有する、固相支持部である。幾つかの実施形態において、アレイチップ上の取り付け部位は、順序づけたパターン、又は任意の様式で配置されてもよい。幾つかの実施形態において、取り付け部位は、標的生体分子の取り付けに適した寸法を持つように構成される。故に取り付け部位は空間的に画定され、他の部位とは重ならず；即ち、取り付け部位はアレイチップ上で空間的に別個のものである。取り付け部位に取り付けられると、生体分子は、共有結合的又は非共有結合的にアレイチップに結合され得る。
【００７０】
幾つかの実施形態において、基板はバイオチップである。幾つかの実施形態において、バイオチップはハイスループットマイクロ流体チップ（ｈｉｇｈ  ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）を含む。幾つかの実施形態において、バイオチップは、サンプルからの単一分子の検出のための生体分子を含む。幾つかの実施形態において、基板は、その上に配置された標的核酸を有するアレイを含む。別の実施形態において、基板は、画像化の標的である多数の別個の特徴を含む。
【００７１】
幾つかの実施形態において、基板上の取り付け部位は、各々別々に画像化されるフィールドへと分割される。典型的な基板は、行及び列の方形波パターンで配置される何百又は何千ものフィールドへと分割され得る。（例えば、フィールドの行及び列は、水平寸法及び上下寸法それぞれに沿って実質的に位置合わせされる追跡領域を含み得る）。
【００７２】
そのような実施形態において、本明細書に記載される技術は、フィールドごとに基板フィールドを走査及び画像化するために提供される。一実施例において、光学走査システムは（本明細書に記載されるような）様式で基板を画像化し、一方で移動可能なステージは、対物レンズの光軸にほぼ垂直である平面及び／又は軸においてｙ方向に沿って基板を動かす。この例では、光学走査システムは、移動可能なステージがフィールドの次の列の画像化のために基板を位置づけるのを可能にするために、画像化されているフィールドの列の端部が到達されると、画像化を止める。別の例では、光学走査システムは（本明細書に記載されるような）走査様式で基板を画像化し、一方で移動可能なステージは、対物レンズの光軸にほぼ垂直である平面において蛇行状の様式で（例えばｙ方向に沿って）前後に基板を動かす、この例では、光学走査システムはフィールドの列を画像化し、その間に移動可能なステージは一方向に基板を動かしており、その後に次の／隣のフィールドの列を画像化し、一方で移動可能なステージは反対方向に基板を動かし／戻しており、例えば、光学走査システムは、連続的な蛇行状の様式で効果的にフィールドの列を横断することによって基板を画像化する。
【００７３】
光学走査システムの対物レンズは、カメラの上に基板又はその一部を画像化するように構成され、且つ操作可能である。幾つかの実施形態において、対物レンズは、１つ以上のレンズを含み、且つ電磁気的（例えば光学など）の信号を拡大するように構成され且つ動作可能である、光学走査システムの要素又は要素の群である。幾つかの実施形態において、対物レンズは、大きな開口数（ＮＡ）（例えば、０．６〜１．５の範囲のＮＡ）を有しており、空気浸入又は液体浸入（例えば水、油、又は他の侵入流体など）を介して画像化を実施する。様々な実施形態において、対物レンズは、２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲の焦点距離を有し得る。対物レンズは、既製の顕微鏡対物レンズ、又はカスタムデザインの多要素光学コンポーネントでもよい。幾つかの実施形態において、対物レンズは、二次元画像を生成するためにカメラの二次元のフルフレーム電子センサー上へと基板の少なくとも二次元部分を画像化するように構成される。
【００７４】
対物レンズの倍率は、カメラによって観察されるような像空間ピクセルに相当する物体空間領域の実寸法に対する像空間ピクセル（即ち、カメラピクセル）のサイズの比率である。例えば、１６Ｘの倍率は、８μｍピクセルを使用するカメラが５００ｎｍの物体空間ピクセルを観察することを可能にする。幾つかの実施形態において、対物レンズは４Ｘ〜１００Ｘの倍率を有している。幾つかの実施形態において、対物レンズは２０Ｘ〜５０Ｘの倍率を有している。幾つかの実施形態において、対物レンズは４０Ｘの倍率を有している。
【００７５】
幾つかの実施形態において、対物レンズは、オートフォーカシングを可能にするために対物レンズを位置づけるために、電気モーターに動作可能に接続される。幾つかの実施形態において、装置はフォーカシングセンサーを含む。幾つかの実施形態において、装置はフォーカシングセンサーのアレイを含む。
【００７６】
幾つかの実施形態において、使用されるオートフォーカス機構は、光感知方法に基づく。幾つかの実施形態において、オートフォーカシングは画像内容分析によって実施される。幾つかの実施形態において、オートフォーカシングは、複数の焦点距離で基板の複数の画像を得ること、画像の各々に対する最適な焦点距離を判定すること、及び焦点距離を調整するためにフィードバックループを使用することによって、実行される。
【００７７】
オートフォーカシングは、基板にレーザー光線を方向付けること、基準点を提供するために基板からのレーザー光線の反射を測定すること、及び焦点距離を調整するためにフィードバックループを使用することによって実行可能である。幾つかの実施形態において、非光学型の非接触位置センサーが使用される。このようなセンサーは、高帯域及び０．１μｍ以下の追跡精度による位置読み取りを行うことが可能である。幾つかの実施形態において、静電容量性位置センサーが使用されてもよい（例えば、開示が参照により本明細書に組み込まれる、ＵＳ２００２／０００１４０３を参照）。
【００７８】
幾つかの実施形態において、対物レンズのオートフォーカスは１００ｍｓ未満で達成される。幾つかの実施形態において、装置によって提供されるオートフォーカスの範囲は＋／−２００μｍである。
【００７９】
幾つかの実施形態において、光学走査装置は、光学システムとは独立して対象の距離を測定し、続いて中心を補正するために対物レンズを調整する、アクティブオートフォーカスシステムを含む。幾つかの実施形態において、光学システムに進入している画像のパッシブ分析の実施によって正確な中心を判定するパッシブオートフォーカスシステムが、使用される。パッシブオートフォーカシングは、例えば位相検出又は対比測定によって達成可能である。
【００８０】
幾つかの実施形態において、光学走査システムは、基板が移動可能なステージによって動かされている間に基板のフィールドの二次元静止画像をキャプチャ可能なカメラを含む。幾つかの実施形態において、光学走査システムはフルフレームカメラを含む。幾つかの実施形態において、フルフレームカメラは相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラである。これらフルフレームカメラは、高速であり、高分解能を持ち、且つ低コストである。更に、これらは、高分解能で継続的に動く基板の画像をキャプチャするために光学走査システムと適合可能である。幾つかの実施形態において、カメラは科学的ＣＭＯＳ（ｓＣＭＯＳ）カメラである。幾つかの実施形態において、カメラはフルフレームモードで作動可能な非ＣＭＯＳカメラである。
【００８１】
本明細書に記載される光学走査システムは、画像化されている基板が動いている間に静止画像の連続的な露出を達成するために走査光学系（例えば、単一ミラー又は二重ミラーの実施形態）と協働する高速カメラを使用するように構成される。幾つかの実施形態において、カメラピクセルのサイズ（長さ及び／又は幅）は５μｍ〜１０μｍの範囲であるが、好ましくは包括的に６〜８μｍの範囲である。幾つかの実施形態において、カメラピクセルのサイズは６．５μｍである。幾つかの実施形態において、カメラは、１５×１５ｍｍ〜１０×１０ｍｍの範囲の画像化センサーを含む。
【００８２】
様々な実施形態において、本明細書に記載される光学走査システムは、例えば非ＴＤＩカメラ及びフルフレーム２Ｄモードで作動する他のカメラ（ＴＤＩカメラを含む）などの、カメラを通じて画像を動かさない高速カメラを使用することによって、継続的に動く基板（例えばアレイチップなど）を走査するように構成される。ＣＭＯＳカメラは、そのようなカメラの分類の一例である。ＣＭＯＳカメラは典型的に、ピクセルのアレイを含む集積回路から構成される画像センサーであるアクティブピクセルセンサー（ＡＰＳ）を使用し、各ピクセルが光検出器及びアクティブ増幅器を含んでいる。
【００８３】
高速カメラは、カメラが単位時間で露出可能なピクセル数に関して定められてもよい。例えば、カメラの速度は、視野におけるピクセル数、及びカメラが撮影可能なフレーム／秒の数学的な産物によって定められてもよい。故に、１００フレーム／秒（ｆｐｓ）で実行する５．５メガピクセルの視野（例えば２５６０のピクセル×２１６０ピクセルの視野）を有するカメラは、毎秒５５０メガピクセルを露出することができ；従って、そのようなカメラは、「５５０」メガピクセルカメラとして本明細書で称される。そのようなカメラの例は、限定されないが、ＣＭＯＳ、ｓＣＭＯＳ、及び同様のカメラを含む。様々な実施形態において、本明細書に記載される光学走査システムは、１０メガピクセル〜２５００メガピクセルの範囲のカメラを使用してもよい。幾つかの実施形態において、カメラは二次元のフルフレーム電子センサーを含む。
【００８４】
光学走査システムの部品として本明細書に記載される走査光学系は、画像化された物体とカメラとの間でシステムの光学経路に沿って１つ以上の回転可能なミラーを有する単一追跡ミラー及び二重追跡ミラーの実施形態を含み得る。二重追跡ミラーの実施形態において、２セットの走査光学系が使用され、各々、画像化中に軸に沿った移動可能なステージの動きを追跡するために協力して動くことが可能である。第１の走査光学系（例えば速度追跡ミラー）は、フィールドが動いている間にカメラによってフィールドの画像化を可能とするために予測された速度又は速度パターンでステージの移動を追跡するために使用される。第２の走査光学系（例えば加速度追跡ミラー）は、許容されないピクセルスミアを結果としてもたらしかねない局所的なステージ加速度を補償し、それにより画像を安定させるために使用される。単一追跡ミラーの実施形態において、１セットの走査光学系が、予測された速度又は速度パターンでステージの移動を追跡するために、及び、許容されないピクセルスミアを結果としてもたらしかねない局所的なステージ加速度（即ち、速度変動）を補償し、それにより画像を安定させるために使用される。単一追跡ミラーの実施形態に関して、１セットの走査光学系は、速度及び加速度（又は速度変動）を含む全てのステージ動作を補償する。幾つかの実施形態において、１セットの走査光学系は、一定の又は予測された速度又は速度パターン、及び測定又は予測された速度変動（加速度）の両方に対する補償を示すために、動き追跡ミラーを含む。
【００８５】
幾つかの実施形態において、移動可能なステージの速度変動に応じた追跡ミラーの移動は、フィードバック制御機構に基づく。幾つかの実施形態において、フィードバック制御機構は、エンコーダーなどの、経時的に基板の位置を測定するための装置を含む。幾つかの実施形態において、速度変動に応じたミラーの移動は、移動可能なステージに対して予め決められた速度変動に基づく。幾つかの実施形態において、全ての回転可能な走査光学系は、スプリッターを使用して画像を複数のカメラに分割する前に、光学経路に沿って位置決めされる。
【００８６】
幾つかの実施形態において、本明細書には、移動可能なステージ上で軸に沿って動く基板のフィールドをカメラセンサーが画像化することを可能にするように構成された、速度追跡ミラーを含む光学走査装置が提供される。速度追跡ミラーは、対物レンズからカメラまで光学経路に沿って光を反射するために、前記装置に動作可能に搭載される。
【００８７】
動く基板の静止画像を維持するために、速度追跡ミラーは、移動可能なステージと協働して動くように構成され、且つ操作可能であり、一方で移動可能なステージは、対物レンズからカメラに光を反射させるために、同じ所定方向で基板を動かす。故に、速度追跡ミラーは、固定軸のまわりで回転するために前記装置に動作可能に取り付け可能である。幾つかの実施形態において、固定軸は二次元基板画像の面に平行である。幾つかの実施形態において、固定軸は光学経路に直交する。故に、速度追跡ミラーは、基板が移動可能なステージによって動かされている間にカメラが対物レンズを介して基板のフィールドの静止画像を獲得することを可能にする角運動を実行するように構成され、且つ操作可能である。
【００８８】
速度追跡ミラーは、速度追跡ミラーの回転を達成するために電気モーターに動作可能に連結可能である。好ましい実施形態において、速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターは検流計であるが、他のタイプの電気モーターが使用されてもよい。適切な検流計の一例は、Ｎｕｔｆｉｅｌｄ  ＱＳ−７  ＯＰＤ  Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ  Ｓｃａｎｎｅｒ（Ｎｕｔｆｉｅｌｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）である。幾つかの実施形態において、水力学、気学、又は磁気の原理に基づくものなどの、速度追跡ミラーを作動させるための他の機構も使用されてもよい。幾つかの実施形態において、電気モーターは速度追跡ミラーに動作可能に連結され、移動可能なステージと協働して速度追跡ミラーを角度的に動かすように操作可能であり、一方で移動可能なステージは、画像が対物レンズを介して獲得されている間にカメラに対して基板（又はフィールド）の画像を静止したままにするために、基板を動かす。
【００８９】
速度追跡ミラーの移動は、速度追跡ミラーに動作可能に接続された電気モーターに駆動信号を送信するように構成されたコントローラーモジュールを介して調整することができる。コントローラーモジュールは、モーションコントローラーからの制御信号を、電気モーターを作動させる電気信号又は駆動信号に変換するために、望ましい出力又は動作プロファイル、及び駆動又は増幅器構成部品を生成するために、モーションコントローラー構成部品を含み得る。
【００９０】
幾つかの実施形態において、速度追跡ミラーには、約６０度、５０度、４０度、３０度、２０度、１５度、１０度、又は５度の回転角度の範囲がある。幾つかの好ましい実施形態において、速度追跡ミラーには、約３度、２度、１度、１／２度、１／４度、又は１／１０度の回転角度の範囲がある。
【００９１】
動く基板を画像化するために速度追跡ミラーを使用する光学走査システムにおいて、カメラが動く基板上の固定領域を見ることができるように、ミラー角度が経時的に調整される。これは「順方向走査」時間と呼ばれる。その後、速度追跡ミラーはその初期位置に戻るために早く回転可能である。これは、「フライバック」時間又は「裏面走査（ｂａｃｋｓｃａｎ）」時間と呼ばれる。フライバック時間の間、カメラ上へと投影された画像は安定していない。
【００９２】
図２は、一例の実施形態に係る速度追跡ミラーの角度移動及びタイミングのダイアグラムを例示する。動作中、対物レンズは、画像化中に軸に沿って動いている基板（例えばアレイチップ）に焦点を当てる。図２は、経時的なステージの移動（２１０）を示す。この移動中、速度追跡ミラーは、基板の移動を追跡するためにその初期位置からその終端位置へと回転し、これは順方向走査時間（２２０）として表わされる。単一の順方向走査中、基板の一部は画像化され、これは本明細書でフィールドと呼ばれる。速度追跡ミラーの回転は、露光時間中にカメラによるフィールドに相当する基板部分の画像化を可能にし、これによりカメラセンサー上への十分な露出が可能になる。カメラに対するフィールドの残存する移動は、速度変動、又は予測された速度からの基板速度の偏差によるものであり得る。速度追跡ミラーは、その極端位置に到達すると、その後、新たな走査の準備においてその初期位置に戻り、これは（２３０）（フライバック時間）でのミラーの波形又は動きによって表わされる。基板の静止画像はフライバック時間間隔中に獲得されない。速度追跡ミラーの順方向走査及びフライバック運動はのこぎり波形として表わされ（図２）、これは、スキャン中の速度追跡ミラーの動き、及びミラーを作動させるために速度追跡ミラーに動作可能に接続された電気モーターに送信される駆動信号の両方を反映する。
【００９３】
（順方向走査及び裏面走査部分を含む）ミラーを駆動するためののこぎり波形の実施形態が、図２及び３に示される。幾つかの実施形態において、速度追跡ミラーは、その可動域の部分にわたり非線形の反応を有してもよい。この場合、速度追跡ミラー応答は、速度追跡ミラーからの応答を線形化するように、波形の調整又は駆動信号によって線形化されてもよい。
【００９４】
幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーの回転を達成するために、速度追跡ミラーは電気モーターに動作可能に連結される。好ましい実施形態において、速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターは、検流計、即ち電流に応じて動く磁場における電気コイルである。幾つかの実施形態において、水力学、気学、又は磁気の原理に基づくものなどの、速度追跡ミラーの作動を提供するための他の機構も使用されてもよい。幾つかの実施形態において、速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターは、移動可能なステージ又は基板の速度に応じて速度追跡ミラーの角運動を生成するように操作可能である。
【００９５】
幾つかの実施形態において、速度追跡ミラーの移動は、速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターに駆動信号を送信するように構成されたコントローラーモジュールを介して調整される。コントローラーモジュールは、モーションコントローラーからの制御信号を、電気信号又は駆動信号として電気モーターに提供されるエネルギーに変換するために、望ましい出力又は動作プロファイル、及び駆動又は増幅器構成部品を生成するために、モーションコントローラー構成部品を含み得る。
【００９６】
幾つかの実施形態において、速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターに送信された駆動信号又は電気信号は、Ｇ（θ，ω，ε（θ））に応じて定められる、線形化された速度トラッキングエラー波形であり、ここでＧは改変された三角波であり、θ＝角度位置、ω＝周波数、及びε（θ）＝振幅である。
【００９７】
追跡ミラーの移動は、基板のアクティブな画像化を可能にするために追跡ミラーが順方向走査運動で操作可能に動いている時間の部分として定められる、そのデューティーサイクルを特徴とし得る。例えば、追跡ミラーサイクルの少なくとも９０％の間にカメラによる画像化を可能にするために追跡ミラーが基板を追跡する場合（例えば、追跡ミラーのフライバック時間がサイクルの１０％以下であるとき）、この技術により、少なくとも〜９０％の全体的な読み出し効率でカメラが操作可能になる。
【００９８】
幾つかの実施形態において、より長い露光時間が必要とされ得る蛍光画像化などで、画像がその間にカメラにより集められる走査時間間隔は、蛍光画像化光レベルが典型的に非常に弱いと、適切な信号対ノイズ比を構築するのに十分な長さでなければならない。
【００９９】
デューティーサイクルはまた、追跡ミラーがその初期位置に戻る速度により影響を受ける。このフライバック時間間隔は、追跡ミラーサイクルのごく一部のみとなるように構成され、故にデューティーサイクルを最大化することができる。より優れた効率のために、各画像化領域で追跡ミラーにより費やされた時間の量は、カメラのフレームレートに比例して作成され、それにより十分な時間でカメラの上に各フィールドの画像を露出することが可能になる。
【０１００】
幾つかの実施形態において、デューティーサイクルは６０％より大きい。幾つかの実施形態において、デューティーサイクルは６０％〜９０％である。幾つかの実施形態において、画像キャプチャのデューティーサイクルは、少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、又は１０％である。幾つかの実施形態において、デューティーサイクルは、１０％ほど低く、或いは、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％の範囲にあり得る。幾つかの実施形態において、これらデューティーサイクルは３０〜２００Ｈｚの画像化周波数で達成される。幾つかの実施形態において、これらデューティーサイクルは３０〜４０Ｈｚの画像化周波数で達成される。幾つかの実施形態において、これらデューティーサイクルは、３０Ｈｚ、３５Ｈｚ、４０Ｈｚ、４５Ｈｚ、又は５０Ｈｚの画像化周波数で達成される。
【０１０１】
フライバック時間間隔の間、光学走査システムは、獲得した画像が安定していないため、画像化を止めなければならない。故に、様々な実施形態において、フライバック時間間隔の間にカメラへの画像露出を妨げるための様々な機構が使用され得る。例えば、幾つかの実施形態において、音響光学変調器（ＡＯＭ）スイッチ（又は他のタイプの高速スイッチ）が、画像化されている基板上の事象である照射光をオン／オフにするために使用されてもよい。他の実施形態において、適切な開口部が照射光の光学経路に配される場合があり、ここで照射光はオーバースキャンを可能とされるが、開口部は、視野の外側の光を遮ることによってフライバック時間間隔中に光が基板を照らすのを妨げる。また他の実施形態において、適切なシャッターが照射光の光学経路に配される場合があり、ここでシャッターは露出間隔中に開いたままにされ、追跡ミラーのフライバック時間間隔中に閉じられる。
【０１０２】
二重追跡ミラーの実施形態において、光学走査装置は更に、基板（又はその一部）の画像化中に基板からカメラへの光の伝達を安定させるために光学経路のオフセット補正を提供するように構成され且つ操作可能な、加速度追跡ミラーを含む。オフセット補正は、速度追跡ミラーにより追跡されると比較して、軸に沿った移動可能なステージの移動における速度変動と関連して変化する。これらの速度変動は、速度追跡ミラーによる移動可能なステージの追跡の精度に影響を与え、結果として許容されないピクセルスミアを伴う画像をもたらしかねない。加速度追跡ミラーの回転は、本明細書で提供されるように、ステージ又は基板の速度変動からのピクセルスミアを減らすために、カメラによってキャプチャされたフィールドの画像を安定させる。
【０１０３】
図３は、フィールドに対する平均ステージ速度エラーに応じて生成された加速度追跡ミラー波形の一例を提供する。ステージ速度に正のエラーがあるとき、加速度追跡ミラー波形が、ステージの追加の速度を追跡するために生成される。反対に、ステージ速度に負の速度エラーがあるとき、加速度追跡波形は、ステージのより遅い速度（即ち、正の速度エラーとは反対方向に回転する）を追跡するために生成される。幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラー波形が生成され、速度エラーの感知直後に駆動信号に変換される。幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラー波形は、フィールドｎ−１の画像化中の速度の平均測定に基づいて生成され、駆動信号は、フィールドｎの画像化中に加速度追跡ミラーの移動を導くためにこの波形から生成される。
【０１０４】
ステージ速度エラーは、以下の関数を与えるために振幅（Ａ）、ステージ位置（ｘ）、及び時間（ｔ）に応じてモデル化され得る：
Ｆ（Ａ，ｘ，ｔ）＝Ａ（ｘ）＊Ｅｒｒ（ｘ，ｔ）
【０１０５】
幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーに動作可能に接続された電気モーターの移動を制御するための電気信号又は駆動信号（Ｄ）は、以下のように表わされた関数によってステージ速度エラーに基づいて判定され得る：
Ｄ（Ｆ，Ｃ，ｘ，Ｅ）＝Ｆ（Ａ，ｘ，ｔ）ｙ＊Ｃ＊ｘ＋Ｅ、
ここで、Ｃは倍率であり、ｘ＝ステージ位置であり、及びＥはオフセットである。Ｆ（Ａ，ｘ，ｔ）ｙは、本明細書に記載されるように、傾斜範囲＝ｙ、又は事前のフィールドにわたる、Ｆ（Ａ，ｘ，ｔ）の平均値である。平滑な不連続性に対する関数も、加速度追跡ミラー駆動信号を生成するために使用可能である。
【０１０６】
幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーの回転を達成するために、追跡ミラーは電気モーターに動作可能に連結される。好ましい実施形態において、加速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターは圧電アクチュエーターであるが、他のタイプの電気モーターが使用されてもよい。幾つかの実施形態において、水力学、気学、又は磁気の原理に基づくものなどの、加速度追跡ミラーの作動を提供するための他の機構も使用されてもよい。幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターは、画像化中に速度変動を補償するために移動可能なステージの速度の変動に応じて加速度追跡ミラーの角運動を生成するように操作可能である。
【０１０７】
幾つかの実施形態において、加速度追跡ミラーの移動は、加速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターに駆動信号を送信するように構成されたコントローラーモジュールを介して調整される。コントローラーモジュールは、モーションコントローラーからの制御信号を、電気信号又は駆動信号として電気モーターに提供されるエネルギーに変換するために、望ましい出力又は動作プロファイル、及び駆動又は増幅器構成部品を生成するために、モーションコントローラー構成部品を含み得る。加速度追跡ミラーの移動は移動可能なステージの速度の変動と関連して変化するので、コントローラーモジュールは更に、位置、速度、又は加速度のセンサーを含み得る。このセンサーは、基板又は移動可能なステージの位置及び／又は動きに関する情報を判定する、一種のフィードバックセンサーとして作用することができる。幾つかの実施形態において、センサーは、走査装置に動作可能に取り付けられたエンコーダー（例えばリニアエンコーダー）又は干渉計を含む。幾つかの実施形態において、エンコーダーは非干渉式エンコーダーである。幾つかの実施形態において、速度の変化を判定するために加速度計が使用され得る。幾つかの実施形態において、センサーは、加速度追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターに対して駆動信号に組み込むためにステージに関する予測された速度変動値を含む、速度変動テーブルからの情報を提供する、構成部品である。
【０１０８】
エンコーダーは、位置をエンコードする規模で対にされたセンサー、トランスデューサー、又は読み取りヘッドであり得る。幾つかの実施形態において、センサーは、エンコードされた位置をアナログ又はデジタル信号に変換するためにスケール（例えばエンコーダー数）を読み取り、その後、デジタル読み出し（ＤＲＯ）又はモーションコントローラーによって位置へとデコードされ得る。故に、幾つかの実施形態において、位置センサー（位置、速度、及び／又は加速度のセンサーを含む）は、基板又は移動可能なステージ上でエンコーダー数（又は別のスケール）とインターフェース接続するリニアエンコーダーである。幾つかの実施形態において、基板上のエンコーダー数は、各エンコーダー数間で１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、又は５００ｎｍ以下の距離だけ離れて位置決めされる。幾つかの実施形態において、エンコーダーによって検出可能な位置の解像度は１ｎｍ以下である。これは、例えば基板上の線の間、又はエンコーダー数間で補間を使用して行うことができる。エンコーダー数間の間隔は、ステージ走査の速度及び位置測定の周波数と相関され得る。
【０１０９】
幾つかの実施形態において、リニアエンコーダーなどのエンコーダーによって使用されるスケールは、光学性であり、磁器性であり、静電容量性であり、誘導性であり、渦電流に基づき得る。幾つかの実施形態において、位置検出は、例えば画像相関方法に基づいて光画像センサーを使用することによって、基板又は移動可能なステージ上のスケールなしで行うことができる。
【０１１０】
基板又はステージの位置又は動きのセンサーからの位置測定が、基板又は移動可能なステージの測定された速度を表わすデータのセットを提供するために使用される。測定された速度は、ステージにおける速度変動を判定するために予測された速度と比較可能である。その後、これらの速度変動は、加速度追跡ミラーに動作可能に接続された電気モーターの制御された移動を達成する、電気信号（例えば駆動信号）へと変換（ｔｒａｎｓｌａｔｅｄ）可能である。加速度追跡ミラーの制御された移動は、安定性が増加し、鮮鋭度が増加し、及び／又は不鮮明さ或いはピクセルスミアが減少した画像を提供するために、基板とカメラとの間の光学経路の位置を調整する。
【０１１１】
電気モーターは、測定された速度変動に基づいて訂正事項を含む駆動信号に素早く応答する能力に基づいて、選択されてもよい。素早い応答を提供するために、幾つかの実施形態において、電気モーターには１度未満の回転の全角度範囲がある。幾つかの実施形態において、電気モーターは、圧電アクチュエーター、又は同様の補正信号に応答する時間を伴う他のモーターである。幾つかの実施形態において、位置センサーは、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、３ｋＨｚ、４ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、及び２５０ｋＨｚ以上の速度で位置情報を獲得する。特定の実施形態において、位置検出のより高い周波数、例えば５ｋＨｚに、速度変動の解像度を増大され、それによってより鮮明な画像を提供するためのステージのより正確な測定が可能になる。しかし、２ピクセルを超えるピクセルスミアを妨げるために補正を提供するのに十分な低い周波数が使用されてもよい。
【０１１２】
例えば、幾つかの実施形態において、エンコーダーは、モーションコントローラーなどの、コンピューティングデバイスにおいて実行するロジックに基板又はステージの位置又は動きの情報を提供し、そこでロジックは、ステージ移動の方向に必要な訂正事項を計算するため、及び電気モーターなどのサーボ機構に、移動可能なステージの速度変動と関連して変化する計算された訂正事項に基づいて加速度追跡ミラーを回転させるために、測定情報を使用する。
【０１１３】
速度変動の判定は、位置センサーからの２つ以上の位置測定から判定可能である。幾つかの実施形態において、近くの瞬間速度は、基板から測定された最近の２又は３つの位置から判定可能である。
【０１１４】
幾つかの実施形態において、駆動信号を生成するために使用される速度変動は、予め計算されたテーブルから判定される。速度変動は、ステージに関しては既にわかっていてもよく、モーションコントローラー構成部品によってアクセスされるテーブルへと記録可能である。故に、これら実施形態において、位置センサーは、速度変動テーブルからモーションコントローラーにデータを提供するコントローラーモジュールの構成部品である。
【０１１５】
本明細書に記載されるような加速度追跡ミラーを使用することによって、光学走査システムは、＋／−１ピクセルの精度内で動く基板の静止画像を獲得するために、フルフレームモードで作動するカメラ（例えば、ＴＤＩモードで作動しないＣＭＯＳカメラなど）を使用することができる。生物学的な画像化、例えばＤＮＡ配列決定又は他の単一分子検出技術に利用される幾つかの実施形態において、蛍光画像化の極度の位置合わせ精度の要件は、移動可能なステージの動きにおける非線形性を取り除くために軸に沿った基板の速度変動を含む移動を補正するために、少なくとも１つの速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーの使用の対の使用を必要とし得る。
【０１１６】
幾つかの実施形態において、ステージの速度及び軸に沿ったステージの速度変動の両方を含む、ステージの移動の追跡は、本明細書で動き追跡ミラーと称される、単一の追跡ミラー（単一ミラーの実施形態）によって実行される。この実施形態において、単一の動き追跡ミラーは、上述の速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーの両方の機能を実行する。それ故、単一ミラーの実施形態において、駆動信号は、単一の動き追跡ミラーに動作可能に連結された電気モーターに送信され、前記電気モーターは、走査波形及びフライバック波形（例えばのこぎり波）の両方を含む予め決められたステージ速度に関連して変化し、更に、ステージ又は基板の速度変動にも関連して変化し、これは、予め測定され、或いは、ステージ又は基板の速度変動を判定するために基板又は移動可能なステージの動きに関する情報を提供する１つ以上の測定に基づくことが可能である。
【０１１７】
光学走査システムの単一ミラーの実施形態で提供される走査光学系は、図４に示される。本実施形態において、光学走査システムは、軸に沿って取り付けられた基板（１２０）を動かす構成された移動可能なステージ（１１０）を含む。基板（１２０）は、ステージが継続的に移動するにつれて光学走査システムによって個々に画像化される、１つ以上のフィールド（１２１）を含む。基板は、照射機構（図示せず）によって照射され、基板からの光は、対物レンズ（１３０）を通って光学経路に沿って移動する。動く基板の画像は、動き追跡ミラー（１４５）によって画像センサーに対して安定化される。フィールド（１２１）の画像は、画像センサーを含むカメラ（１６０）によってキャプチャされる。動き追跡ミラー（１４５）は、画像フィールドの面に平行な軸のまわりで回転するように構成される。動き追跡ミラー（１４５）の回転は、カメラ（１６０）による画像キャプチャ中にフィールドの画像を安定化させるために光学経路を調整する。動き追跡ミラー（１４５）の回転は、予め決められたステージ速度、及びステージ又は基板の速度変動の両方と関連して変化する。故に、光学走査システムの単一ミラーの実施形態は、動く基板を画像化する間にステージ速度変動を補正しないシステムよりも改善された鮮鋭度又は減少したピクセルスミアを伴う、安定した画像を提供する。
【０１１８】
単一の動き追跡ミラーの移動を導くように構成されたコントローラーモジュールは、上記の２つのミラーの実施形態に記載されるように、速度追跡ミラーに動作可能に接続されたコントローラーモジュールの構成部品、及び加速度追跡ミラーに動作可能に接続されたコントローラーモジュールの構成部品を含む。故に、幾つかの実施形態において、コントローラーモジュールは、望ましい出力又は動作のプロファイルを生成するモーションコントローラー構成部品、即ち、モーションコントローラーからの制御信号を電気信号又は駆動信号に変換するための駆動構成部品又は増幅器構成部品を含む。コントローラーモジュールはまた、基板又は移動可能なステージの位置又は動きを判定するように、且つ、センサーからの情報に応じて望ましい出力又は動きのプロファイルを生成するために使用されるモーションコントローラー構成部品にこの信号を送信するように構成される、位置、速度、又は加速度のセンサーを含み得る。その後、モーションコントローラー構成部品は、基板又はステージの一定の或いは予測された速度（例えばのこぎり波形）、及びセンサーからの信号から判定される或いはステージに対して予め判定される速度変動の両方と関連して変化する、単一の動き追跡ミラーに対する動作プロファイルを生成することができる。故に、速度の追跡に使用されるのこぎり波形は、位置センサーからの信号或いは予め判定された速度変動から判定されるリアルタイムの速度測定に従い、修正され得る。
【０１１９】
図５は、位置、速度、又は加速度のセンサーによって提供されるデータから生成されたステージ速度エラー波形の一例を提供する。また、フィールドに対する平均速度エラーとして知られる、必要とされるおよその速度補正も示される。次の波形（実線）は、平均速度エラー（例えばフィールドに対する平均速度エラー）と関連して変化する訂正事項によって修正される速度追跡波形を示す。破線は、線形化された未補正の動き追跡ミラー波形（二重ミラーの実施形態で速度追跡ミラーを動かすために使用される波形に類似）を表わす。正の速度エラーがあるとき、走査中の波形の傾斜は増大し、これにより、速度エラーを補償するためにミラーの回転の速度が上昇する。負の速度エラーがあるとき、波形の傾斜は減少し、これにより、速度エラーを補償するためにミラーの回転の速度が減少する。
【０１２０】
幾つかの実施形態において、センサーは、フィールドの画像化中に得られた複数の測定に基づいてステージ又は基板の平均速度を判定する。幾つかの実施形態において、センサーは位置センサーである。幾つかの実施形態において、位置センサーは、走査装置に動作可能に取り付けられたエンコーダー（例えばリニアエンコーダー）又は干渉計である。位置センサーからの信号は、位置センサーによってキャプチャされた直近の位置測定のうち２つ以上を使用して移動可能なステージ又は基板の平均速度を判定するために使用可能である。幾つかの実施形態において、これらの測定は、感知後に動き追跡ミラーの角度を調整するために使用可能である。
【０１２１】
幾つかの実施形態において、基板又はステージの平均速度は、フィールドｎ−１上で判定され、フィールドｎに対して動き追跡ミラーの動作プロファイルを生成するために使用される訂正事項を提供するために使用される。これは、図６に例示されるようにフィールドレベルのフィードフォワード機構として知られている。フィールドレベルのフィードフォワード補正機構の幾つかの実施形態において、モーションコントローラー構成部品は、前に画像化されたフィールドの平均速度に応じて動き追跡ミラー（単一ミラーの実施形態）又は加速度追跡ミラー（二重ミラーの実施形態）の移動に対して動作プロファイルを生成する。フィールドレベルのフィードフォワードの速度、追跡、及び補正の機構は、走査ラインレベルのフィードフォワード機構などの他のタイプの補正とは異なる。フィールドレベルのフィードフォワード補正は、即時の信号処理の厳密性を減らしつつ、単一のピクセル（即ち、＋／−１ピクセル以下のピクセルスミア）での情報をモニタリングするために許容可能に鮮明な画像を生成する十分な補正情報を提供するという点で、都合が良い。ある程度の画像の不鮮明さ又はピクセルスミアはフィールドレベルのフィードフォワード機構によって補正されない場合もあるが、幾つかの実施形態において、（例えば生体分子感知のための）単一分子の画像化用途などにおいて、最大＋／−１ピクセルのピクセルスミアが許容可能であり、フィールドレベルのフィードフォワード補正は、許容可能なレベル内にある（例えば、＋／−１ピクセル以下のピクセルスミアを結果としてもたらす）フィールドｎ−１からフィールドｎまでの速度変動が存在する場合に、許容可能なスミアを生成することができる。
【０１２２】
フィールドレベルのフィードフォワード補正の実施形態のダイアグラムが、図６で提供される。本実施形態において、チップ又はステージの速度追跡測定は、移動ステージの速度変動を組み込むミラー回転駆動信号を生成するために得られる。ここで、ステージは移動し始め、位置情報が、ステージの速度のプレフィールドの非線形性（速度変動）を判定するために経時的に得られる（又は、速度情報が得られる）。第１のフィールドが画像化されると、プレフィールドステージで測定された平均速度と関連して変化する駆動信号は、動き追跡ミラー（又は２つのミラーの実施形態における加速度追跡ミラー）に送信される。次の連続するフィールドに関して、プロセスは、経時的にプレフィールド（Ｎ−１）の位置情報から判定された速度エラーを使用して反復される。駆動信号はこの速度エラーに応じて判定され、フィールドＮの間に回転のために動き追跡ミラーに送信される。図６は、経時的なステージ速度エラー、及び１つのフィールド当たりのおよその速度エラーを示す。ステージ速度エラーから下降する第１の矢印は、フィールドからの平均速度エラーの判定、及び「同じフィールド」加速補正波形への並進運動を示す。フィードフォワード機構は第２の矢印によって下へ示され、フィールドｎ−１から導かれる波形に基づいて次のフィールドｎに対してミラーを誘導するためにこの波形を並進する。このように、ステージ速度エラーは、プレのフィールドｎ−１に基づいて各フィールドに対して概算される。
【０１２３】
一実施形態において、フィールドレベルのフィードフォワード機構は、以下の工程に従って進行する：
ａ．フィールドｎ−１にわたる基板の複数の位置を測定。
ｂ．フィールドｎ−１に対する平均速度の判定。
ｃ．フィールドｎ−１に対する速度変動、及びこの速度変動に基づく訂正事項の算出。
ｄ．ドライバー又は増幅器に送信するべき動作プロファイル（例えば電気モーター波形）の訂正事項の適用。
ｅ．フィールドｎの画像キャプチャ中に追跡ミラーの移動を生成するために動き追跡ミラー又は加速度追跡ミラーに動作可能に結合された電気モーターの駆動信号を送信。
ｆ．レーンにおける残りのフィールドに対してプロセスを反復。
【０１２４】
幾つかの実施形態において、フィールドレベルのフィードフォワード速度追跡に基づくサーボ機構におけるフィードバックループの合計は、１００ｍｓ未満、９０ｍｓ未満、８０ｍｓ未満、７０ｍｓ未満、６０ｍｓ未満、５０ｍｓ未満、４０ｍｓ未満、３０ｍｓ未満、２０ｍｓ未満、１０ｍｓ未満、５ｍｓ未満、又は２ｍｓ未満である。幾つかの実施形態において、フィードフォワード速度追跡は、２つのミラー光学経路アライメント補正の実施形態における加速度追跡ミラーの移動を調整するために使用される。
【０１２５】
幾つかの実施形態において、電気モーターで制御された単一ミラーの直線傾斜によるエラーを最小化するために、電気モーター駆動信号又は波形は、追跡における系統エラーを補償するように調整される。電気モーターの直線傾斜（例えば、順方向走査又はフライバック）の生成におけるエラーの最小化も、光学走査システムの画像化周波数の減少などによってミラーの動きの速度を落とすことによって達成可能である。幾つかの実施形態において、単一ミラーの実施形態での電気モーターを制御するのこぎり波形の周波数は、２００Ｈｚ以下で維持される。幾つかの実施形態において、単一ミラーの実施形態での電気モーターを制御するのこぎり波形の周波数は、５０Ｈｚ〜３０Ｈｚである。幾つかの実施形態において、単一ミラーの実施形態での電気モーターを制御するのこぎり波形の周波数は、４５Ｈｚ〜３５Ｈｚである。幾つかの実施形態において、単一ミラーの実施形態での電気モーターを制御するのこぎり波形のデューティーサイクルは、７０％以下である。幾つかの実施形態において、単一ミラーの実施形態での電気モーターを制御するのこぎり波形のデューティーサイクルは、６０％〜８０％である。幾つかの実施形態において、単一ミラーの実施形態における画像キャプチャの周波数及びデューティーサイクルは、２％未満の合計の速度トラッキングエラーを持つように調整される。幾つかの実施形態において、単一ミラーの実施形態における画像キャプチャの周波数及びデューティーサイクルは、２ピクセル未満又は１ピクセル未満の合計のピクセルスミアを持つように調整される。
【０１２６】
本明細書で議論されるように、幾つかの実施形態に従って、コントローラーモジュールは、ｉ）フィードバック制御のために光学走査システムの部品の状態を判定するためのセンサー（例えばステージ位置センサー）、ｉｉ）光学走査装置の構成部品の移動を達成するための波形を算出又は提供する機構（例えば速度追跡ミラーを誘導するのこぎり波）、又はｉｉｉ）構成部品の移動を達成するために波形に基づいてアクチュエーターの駆動信号を送信する機構を含む、構成部品の集まりを指す。
【０１２７】
例えば、上述のように、コントローラーモジュールは、回転可能なミラーなどの、光学経路を調整し、且つステージエンコーダー又はマスタークロック値に基づいてステージの動きに同期される特定の構成部品の移動を導くための正確な波形を作成するために使用することができる。速度追跡ミラーの波形は、ステージの速度に一致するために正確な速度で速度追跡ミラーを傾ける傾斜を持つのこぎり波形であり得る。加速度追跡ミラー、又は単一ミラーの実施形態で単一の回転可能なミラーに送信された波形は、移動可能なステージ速度に生じる速度変動を補正するための事項を含まなければならない。この波形は、その上に校正マークを有するレチクルを使用してステージ速度の非線形性を「精密に示す（“ｍａｐｐｉｎｇ”  ｏｕｔ）」ことにより作成可能であり、或いは、前のフィールドから測定したステージ速度を得て、速度の非線形性を補償する波形を作成し、且つ次のフィールドの速度変動を補正するための波形、即ち、フィールドレベルの「フィードフォワード」手法を使用することによって作成可能である。波形はまた、速度変動テーブルからコントローラーモジュールに情報を提供することによっても作成可能である。
【０１２８】
本明細書に記載される技術に従って、１つ以上のコンピューティングデバイス及び／又はその様々なロジックが、走査ミラー（例えば、加速度追跡ミラー及び速度追跡ミラー）及び移動可能なステージの調和的な動きを制御するように構成され且つ操作可能である。故に、幾つかの実施形態において、移動可能なステージ（及びそれ故、その上に取り付けられた基板）は、一定速度で動くように構成可能であり、その場合に、追跡ミラーの裏面走査動作は適切な一定速度である。他の実施形態において、移動可能なステージは、一定でない速度で移動するように構成可能であり、その場合、追跡ミラーの裏面走査動作も適切な一定でない速度である。
【０１２９】
コントローラーモジュールはまた、動いているステージ上の基板のフィールドの画像のキャプチャを可能にするべく、光学走査装置の構成部品を同期させるために使用可能である。移動可能なステージの速度への回転可能なミラーの連結運動に加えて、コントローラーモジュールはまた、装置の他の構成部品を制御することができる。幾つかの実施形態において、コントローラーモジュールは、フィールドの照射を制御するための機構を含む。例えば、コントローラーモジュールは、画像キャプチャプロセスでの照射の時間を調整するために、レーザーなどの照射装置に信号を送信してもよい。幾つかの実施形態において、照射状態は速度追跡ミラーに送信されたのこぎり波形に依存する。幾つかの実施形態において、コントローラーモジュールは、選択された速度で、又は、基板上の様々なフィールドを画像化するための蛇行状の経路などの選択された経路に沿って、移動可能なステージの移動を制御するために信号を送信する。
【０１３０】
光学走査システムの特定の構成部品のコントローラーモジュールの接続は、二重ミラーの実施形態に従い、図７Ａに示される。この実施形態に例示されるように、コントローラーモジュールは、画像キャプチャのタイミングで照射の時間を調整することなどによって、基板の照射を制御するために照射構成部品に動作可能に接続される。コントローラーモジュールは、例えば各フィールドの追跡中に画像が獲得され、且つ追跡ミラーのフライバック期間中に画像が獲得されないように、回転しているミラーの動きに合わせるべくカメラにより画像キャプチャを制御するために、カメラに動作可能に接続される。本明細書でより詳細に記載されるように、コントローラーモジュールは、メモリ、プロセッサ、及びドライバーを含み得る。メモリは、波形を生成するためにプロセッサによって使用されるべき、予め決められた速度又は速度変動情報を保持することができる。メモリはまた、予め決められた波形を保持することができる。波形は、駆動信号を生成するためにドライバーに送信され得る。幾つかの実施形態において、移動ステージに関する位置情報を経時的に受信するために、コントローラーモジュールは、エンコーダー（例えばリニアエンコーダー）に動作可能に接続される。その後、コントローラーモジュールは、リニアエンコーダーの情報からの速度変動に応じて駆動信号を生成し、これは後に、加速度追跡ミラー（又は単一ミラーの実施形態での基板追跡ミラー（図７Ｂ））に駆動信号を送信するためのドライバーに送信される。ステージからのデータ収集から追跡ミラーの移動までの経路は、点線矢印によって示され、これはまた、コントローラーモジュールから加速度追跡ミラー（１５０）又は動き追跡ミラー（１４５）に動作可能に接続されたモーターへと送信される駆動信号を含む。図７Ａ及び７Ｂは更に、二重ミラーの実施形態に従い照射源からカメラによる検出までの光の光学経路を図示する。図７Ａ及び７Ｂの実線（矢印ではない）は、モーターとモーターにより起動される装置の構成部品との間の操作可能な接続を示す。
【０１３１】
一例の実施形態において、光学走査システムは照射光源を更に含む。様々な実施形態において、照射源は、生体分子検出に使用され得る様々なフルオロフォアに適合可能な様々な波長の光、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長の光を発することができる。幾つかの実施形態において、対物レンズによって集められた光がフィールドを通って対物レンズに伝達されるように、照射源は基板の真下に取り付けられる。他の実施形態において、対物レンズによって集められた光がフィールドによって対物レンズに反射されるように、照射源は基板の上に取り付けられる。
【０１３２】
光学走査システムはダイクロイックミラーを更に含むことができる。一例の実施形態において、光学走査システムは照射源及びダイクロイックミラーを更に含み、ダイクロイックミラーは、少なくとも：（ａ）基板又はその一部のフィールドを照射するための照射源からの光の反射；及び（ｂ）サンプルによって発せられ且つ対物レンズを通過する光の通過を行うように構成され且つ操作可能である。
【０１３３】
幾つかの実施形態において、光学走査システムは更にスプリッターを含む。スプリッターは、フィールド画像を含む光学信号を２つ以上のカメラに分割するために、加速度追跡ミラー及び速度追跡ミラー（又は単一追跡ミラー）の後に光学経路に沿って配置可能である。
【０１３４】
光学走査システムはまた、追跡ミラーが対物レンズの瞳に位置することができるように、追跡ミラーと対物レンズとの間の光学経路に位置するチューブレンズ構成部品を含むことができる。リレーレンズ又はチューブレンズはまた、画像を逆にする又は光学経路を延ばすために、他の位置にて光学経路に沿って使用されてもよい。
【０１３５】
幾つかの実施形態において、全ての光線を名目上平行にし、更に小さなビーム直径を有している光学経路に領域を作成するために使用される、光学走査システムは、リレーレンズシステムを含む。幾つかの実施形態において、走査光学素子は、光学経路がその配置によって（ｉ）電力損失を最小化し、（ｉｉ）画像劣化を最小化し、及び（ｉｉｉ）質量が可能な限り小さくなるように光学素子のサイズを最小化するような、小さなビーム直径を有する場所に配される。これにより、高い走査周波数及び軽重量のシステムが可能になる。
【０１３６】
リレーレンズシステムの使用は、蛍光ベースの光学走査システムが典型的に不明瞭な蛍光画像と共に非常に低い光レベルを利用するため、基板上で生体分子検出のために使用されるこれらのシステムを容易にすることができる。故に、リレーレンズは、画像取得回数を最小限に維持するために光学走査システムの効率及び感度を増大するのに有効である。更に、幾つかの実施形態において、照明強度は、それが基板上の生体分子を傷つけかねない点より下にとどまっていなければならない。
【０１３７】
図８Ａは、二重ミラーの実施形態に従って基板を画像化するための方法の一例を例証する。図８Ａの方法は、任意の特定のタイプの機械又は装置によって実施されることには限定されず、それ故、以下に記載される方法は、限定的ではなく例示的な意味で考慮されるべきである。
【０１３８】
工程（８１０）において、移動可能なステージは、対物レンズの光軸に垂直な平面において対物レンズの下に基板を動かす。基板が動いている間、工程（８２０）において、サーボ機構（例えば電気モーター）は、基板のフィールドの画像のキャプチャ中に動いているステージの速度を追跡するために速度追跡ミラーの角度を変える。幾つかの態様において、速度追跡ミラーの部品である或いはそれに連結されるコントローラーモジュールは、速度追跡ミラーに動作可能に接続されたサーボ機構を制御するロジックを実行する。工程（８４０）において、サーボ機構は、基板のフィールドの画像のキャプチャ中に動いているステージの速度変動を追跡するために加速度追跡ミラーの角度を変える。幾つかの態様において、加速度追跡ミラーの部品である或いはそれに連結されるコントローラーモジュールは、移動可能なステージと協働してサーボ機構を制御するロジックを実行する。幾つかの実施形態において、ロジックは、移動可能なステージの移動（例えば速度変動）を表わすフィードバック制御情報を受信し、及びサーボ機構への入力信号を調整するためにこの情報を使用して、これは順に加速度追跡ミラーの角度を変えて、それによって、速度追跡ミラー及び加速度追跡ミラーの組み合わされた運動を移動可能なステージの移動と合わせる。幾つかの態様において、このフィードバック情報は、移動可能なステージの動きに何らかの非線形性があるかどうかを検出する（８３０）線形制御装置から受信される（８３１）。その後、ロジックは、オフセット補正を計算するためにこの情報を使用し、追跡ミラーとカメラとの間の光学経路における加速度追跡ミラーの角度を制御するサーボ機構への入力信号としてオフセット補正を通過する。このように、加速度追跡ミラーの角度の細かな調節を行うことによって、ロジックは、獲得した画像から、移動可能なステージの動きにおける非線形性によって引き起こされる任意のエラーを効果的に取り除く。
【０１３９】
工程（８５０）において、カメラは、基板（又はその一部）の静止画像を記録し、一方で基板は移動可能なステージによって動かされている。
【０１４０】
図８Ｂは、単一ミラーの実施形態に従って基板を画像化するための方法の一例を例証する。図８Ｂの方法は、任意の特定のタイプの機械又は装置によって実施されることには限定されず、それ故、以下に記載される方法は、限定的ではなく例示的な意味で考慮されるべきである。
【０１４１】
工程（８１０）において、移動可能なステージは、対物レンズの光軸に垂直な平面において対物レンズの下に基板を動かし、そこでは、基板は、画像化の標的である多数の別個の特徴を含む。
【０１４２】
基板が動いている間、工程（８４５）において、サーボ機構は、基板のフィールドの画像のキャプチャ中に動いているステージの速度変動を追跡するために動き追跡ミラーの角度を変える。幾つかの態様において、動き追跡ミラーの部品である或いはそれに連結されるコントローラーモジュールは、移動可能なステージと協働してサーボ機構を制御するロジックを実行する。幾つかの実施形態において、ロジックは、移動可能なステージの移動（例えば速度変動）を表わすフィードバック制御情報を受信し、及びサーボ機構への入力信号を調整するためにこの情報を使用して、これは順に、移動可能なステージの速度変動を補償するために動き追跡ミラーの角度を変える。幾つかの実施形態において、コントローラーモジュールは、動き追跡ミラーの移動を制御するために駆動信号として使用される、予め決められた速度を追跡するためののこぎり波形に、移動可能なステージの速度変動を組み込む。幾つかの態様において、このフィードバック情報は、移動可能なステージの動きに何らかの非線形性があるかどうかを検出する（８３０）線形制御装置から受信される（８３１）。その後、ロジックは、オフセット補正を計算するためにこの情報を使用し、光学経路における動き追跡ミラーの角度を制御するサーボ機構への入力信号としてオフセット補正を通過する。このように、動き追跡ミラーの角度の細かな調節を行うことによって、ロジックは、獲得した画像から、移動可能なステージの動きにおける非線形性によって引き起こされる任意のエラーを効果的に取り除く。
【０１４３】
工程（８５０）において、カメラは、基板（又はその一部）の静止画像を記録し、一方で基板は移動可能なステージによって動かされている。
【０１４４】
本明細書で提供される光学走査システムは、ステージ速度のみを追跡する装置に不鮮明な画像を通常はもたらす、ステージ速度（又は、動く構成部品の他の画像化）の非線形性（例えば、局所的なステージ加速度）を補償するが、ステージ速度変動を補償するための機構を持たない。幾つかの実施形態において、光学走査システムは、３０フレーム／秒で継続的に動く基板又は他の物体の安定した画像を生成することができる。幾つかの実施形態において、光学走査システムは、１０〜３０フレーム／秒で継続的に動く基板又は他の物体の静止画像を生成することができる。幾つかの実施形態において、光学走査システムは、４０フレーム／秒で継続的に動く基板又は他の物体の静止画像を生成することができる。幾つかの実施形態において、光学走査システムは、３０フレーム／秒、４０フレーム／秒、５０フレーム／秒、６０フレーム／秒、７０フレーム／秒、８０フレーム／秒、９０フレーム／秒、１００フレーム／秒、１２０フレーム／秒、１５０フレーム／秒、又は２００フレーム／秒以上で、継続的に動く基板又は他の物体の静止画像を生成することができる。
【０１４５】
幾つかの実施形態において、光学走査システムのステージ速度変動は、＋／−０．５％を超える。幾つかの実施形態において、光学走査システムのステージ速度変動は、＋／−０．１％を超える。幾つかの実施形態において、光学走査システムのステージ速度変動は、＋／−０．１％を超え、カメラによって観察されるように＋／−０．１％未満に減少される。
【０１４６】
幾つかの実施形態において、光学走査システムのステージ速度変動は、＋／−１％を超える。幾つかの実施形態において、光学走査システムのステージ速度変動は、＋／−１％を超え、カメラによって観察されるように＋／−１％未満に減少される。
【０１４７】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される光学走査システムは、継続的に動くステージの速度変動を補償しないシステムにわたる画像の鮮鋭度の増加をもたらす。
【０１４８】
幾つかの実施形態において、基板がフィールドの画像化中に動く合計距離は、フィールド画像のキャプチャ中に予測された速度に基づいて予め決められた移動から、（センサー上に投影された基板の画像によって測定されるように）＋／−１ピクセルを超えて逸脱し、その一方で光学走査システムは、１未満のピクセルの不鮮明さを有する画像を生成する。幾つかの実施形態において、ピクセルは、〜１５０ｎｍ×１５０ｎｍフィールドの領域に相関する。幾つかの実施形態において、ピクセルは、〜１６２．５ｎｍ×１６２．５ｎｍフィールドの領域に相関する。幾つかの実施形態において、ピクセルは、単一のフルオロフォアのサイズを超えるあるフィールドの領域に相関する。
【０１４９】
ピクセルスミアは画像鮮鋭度の１つの指標であり、且つ、画像センサーに対する光学フィールドにおける基板の移動から結果として生じる画像アーティファクトを指す。ピクセルスミアを測定するための１つの方法は、偏心度としても知られる、単一のスポット長軸及び短軸の比率を見ることにより行われる。幾つかの実施形態において、光学走査システムによって生成された画像の偏心度は、３未満である。幾つかの実施形態において、画像の偏心度は、確実な単一のフルオロフォア検出である。
【０１５０】
図９Ａ及び９Ｂは、ピクセルスミア、及び、本明細書で提供される光学走査システムの基板の結果として生じる画像の偏心度の一例を提供する。青い点は、単一の照射されたフルオロフォアを表わし、各正方形は〜１６２ｎｍのピクセルである。図９Ａには、２の偏心度と共に、＋／−１ピクセルの好ましい範囲内での、＋１ピクセルのピクセルスミアの一例である。図９Ｂには、３の偏心度と共に、＋／−１ピクセルの好ましい範囲外での、＋２ピクセルのピクセルスミアの一例である。
【０１５１】
図１０は、光学走査装置に、又は光学走査装置に情報を伝えるためのシステム環境を示す。該システム環境は、１つ以上のクライアント装置（１０１０）、１つ以上のサーバー（１０３０）、サーバー（１０３０）にアクセス可能なデータベース（１００５）を含むことができ、これらは全てネットワーク（１０２０）を介して接続される。他の実施形態において、異なる及び／又は追加の実体がシステム環境に含まれ得る。
【０１５２】
システム環境は、光学走査装置（１０４０）からの結果を、ネットワーク（１０２０）を介してクライアント装置（１０１０）にて１以上の他のユーザーと共有することを可能にする。結果はウェブにもアップロード可能である。
【０１５３】
ネットワーク（１０２０）は、システム環境のコンポーネント間の通信を容易にする。ネットワーク（１０２０）は、イントラネット、エクストラネット、又はインターネットなどの、有線又は無線のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及び／又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）でもよい。様々な実施形態において、ネットワーク（１０２０）は標準の通信技術及び／又はプロトコルを使用する。ネットワーク（１０２０）により使用される技術の例は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、８０２．１１、３Ｇ、４Ｇ、８０２．１６、又は他の適切な通信技術を含む。ネットワーク（１０２０）は、無線通信、有線通信、又は無線通信と有線通信の組み合わせを使用してもよい。ネットワーク（１０２０）を介した通信に使用されるネットワークプロトコルの例は、マルチプロトコル・ラベル・スイッチング（ＭＰＬＳ）、トランスミッション・コントロール・プロトコル／インターネット・プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、ハイパーテキスト・トランスポート・プロトコル（ＨＴＴＰ）、シンプル・メール・トランスファー・プロトコル（ＳＭＴＰ）、及びファイル・トランスファー・プロトコル（ＦＴＰ）を含む。ネットワーク（１０２０）上で交換されたデータは、ハイパーテキスト・マークアップ・ランゲージ（ＨＴＭＬ）又はエクステンシブル・マークアップ・ランゲージ（ＸＭＬ）などの、適切なフォーマットを使用して表わされてもよい。幾つかの実施形態において、ネットワーク（１０２０）の通信リンクの全て又は幾つかは、適切な技術を使用して暗号化されてもよい。
【０１５４】
クライアント装置（１０１０）は、ネットワーク（１０２０）を介してユーザー入力を受信するとともに、データを送信及び／又は受信することが可能なコンピューティングデバイスである。一実施形態において、クライアント装置（１０１０）は、デスクトップ又はラップトップコンピュータなどの従来のコンピュータシステムである。代替的に、クライアント装置（１０１０）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、スマートフォン、又は他の適切な装置などの、コンピュータ機能を持つ装置でもよい。クライアント装置（１０１０）はネットワーク（１０２０）を介して通信するように構成される。
【０１５５】
幾つかの実施形態において、システム環境は１つ以上のサーバーを含んでもよく、例えば、そこでは診断システムが、光学走査装置（１０４０）及び／又はクライアント装置（１０１０）の何れかとネットワーク（１０２０）を介して通信する実体によって管理されるサービスを含む。サーバー（１０３０）はデータベース（１００５）のデータを記憶し、且つデータベース（１００５）に記憶されたデータにアクセスすることができる。サーバー（１０３０）は更にクラウドにデータを記憶する場合もある。幾つかの実施形態において、サーバー（１０３０）は時折、光学走査装置（１０４０）に更新をプッシュする場合があり、或いは、光学走査装置（１０４０）からの結果データを受信し、その結果データに対し特定の分析を実行し、光学走査装置（１０４０）又はクライアント装置（１０１０）に分析データを戻す場合もある。
【０１５６】
幾つかの実施形態において、光学走査装置（１０４０）の機能は、携帯電話などのクライアント装置（１０１０）に含まれ、且つ電話に設置されたモバイルアプリケーションを介して操作可能である。電話に保存されたモバイルアプリケーションは、光学走査装置から読み取られた結果を処理し、ネットワーク（８２０）上で他の装置（８１０）と結果を共有することができる。
【０１５７】
同等物及び範囲
当業者は、ただの慣例的な実験を使用して、本明細書に記載される発明に従う特定の実施形態に対する多くの同等物を認識し、或いはそれを確認することができる。本発明の範囲は、上述の記載に限定されるように意図されず、むしろ添付の請求項に記載のとおりである。
【０１５８】
請求項において、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」などの冠詞は、対照的に示されていない限り、又は文脈から明白で無い限り、１つ以上を意味する場合がある。群における１つ以上の員の間に「又は」を含む請求項又は記載は、対照的に示されていない限り、又は文脈から明白で無い限り、群における員のうち１つ、２つ以上、又は全てが、与えられた生成物に存在し、それにおいて利用され、或いはそれに関連する場合に  満たされるものとする。本発明は、群のわずか１つの員が、与えられた生成物又はプロセスに存在し、それにおいて利用され、或いはそれに関連する。本発明は、群の１より多く又は全ての員が、与えられた生成物又はプロセスに存在し、それにおいて利用され、或いはそれに関連する。
【０１５９】
用語「含むこと」は、開放的であり許容するように意図されるが、追加の要素又は工程の含有を必要としない。用語「含むこと」が本明細書で使用される場合、用語「〜から成る」も従って、同様に包含且つ開示される。
【０１６０】
範囲が与えられる場合、終点が含まれる。更に、他に示されていない限り、或いは文脈且つ当業者による理解から明白でない限り、範囲として表される値は、文脈が明確に示していない限り、範囲の下限の１０番目の単位まで、本発明の異なる実施形態に明記された範囲内の特定の値或いは部分範囲を呈することができることを、理解されたい。
【０１６１】
加えて、先行技術内に属する本発明の特定の実施形態は、請求項の何れか１つ以上から明確に除外され得ることを、理解されたい。そのような実施形態は、当業者に既知であると見なされるので、除外が本明細書中で明確に記載されなくても、除外される場合がある。本発明の組成物の特定の実施形態（例えば、これによりエンコードされた任意の核酸又はタンパク質；任意の製造法；任意の使用方法など）は、先行技術の存在に関連づけられたとしてもそうでなくても、何らかの理由で１つ以上の請求項から除外することができる。
【０１６２】
全ての引用元、例えば、本明細書で引用される参考文献、刊行物、データベース、データベースエントリー、及び技術は、引用において明確に述べられていなくても、参照により本出願に組み込まれる。引用元及び本出願の矛盾する文言が生じる場合、本出願における記載が優先する。
【０１６３】
段落及びテーブルの表題は、限定的なものとしては意図されていない。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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