JPH0954035A - サンプルを分析するために多数の走査様式を備えた可動走査ヘッド - Google Patents
サンプルを分析するために多数の走査様式を備えた可動走査ヘッドInfo
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- JPH0954035A JPH0954035A JP8193569A JP19356996A JPH0954035A JP H0954035 A JPH0954035 A JP H0954035A JP 8193569 A JP8193569 A JP 8193569A JP 19356996 A JP19356996 A JP 19356996A JP H0954035 A JPH0954035 A JP H0954035A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多数の走査様式を有し、さまざまなサンプル
を高速かつ高解像度で走査できる小型の可動走査ヘッド
を提供する。 【解決手段】 蓄積リンスクリーンおよび蛍光サンプル
（２０）の誘導および検出は好ましくは、走査ヘッドの
第１の側（１１）の光路における第１および第２のチャ
ネル（３０）で達成される。この第１の側は好ましくは
レーザダイオード光源（１４）を有する。反射信号およ
び透過信号を読取ることも可能である。第３のチャネル
は走査ヘッドの第２の側（１２）の光路において利用で
きる。この第３のチャネルは好ましくは、サンプルから
受取られた蛍光信号、反射信号、および透過信号をＬＥ
Ｄ点走査し、読取る。この発明の走査ヘッドのさまざま
な様式は一致した光路を有しても有さなくてもよい。上
のチャネルのどの２つ、または上のチャネルに類似した
さらなるチャネルが走査ヘッドへ組み入れられてもよ
い。
を高速かつ高解像度で走査できる小型の可動走査ヘッド
を提供する。 【解決手段】 蓄積リンスクリーンおよび蛍光サンプル
（２０）の誘導および検出は好ましくは、走査ヘッドの
第１の側（１１）の光路における第１および第２のチャ
ネル（３０）で達成される。この第１の側は好ましくは
レーザダイオード光源（１４）を有する。反射信号およ
び透過信号を読取ることも可能である。第３のチャネル
は走査ヘッドの第２の側（１２）の光路において利用で
きる。この第３のチャネルは好ましくは、サンプルから
受取られた蛍光信号、反射信号、および透過信号をＬＥ
Ｄ点走査し、読取る。この発明の走査ヘッドのさまざま
な様式は一致した光路を有しても有さなくてもよい。上
のチャネルのどの２つ、または上のチャネルに類似した
さらなるチャネルが走査ヘッドへ組み入れられてもよ
い。
Description
【０００１】
【技術分野】この発明は、目標サンプルを誘導し、かつ
目標からの復帰信号の放射を読取るための可動ヘッドの
光スキャナに関する。
目標からの復帰信号の放射を読取るための可動ヘッドの
光スキャナに関する。
【０００２】
【背景技術】目標サンプルを誘導し、かつ結果としてサ
ンプルから現われる信号放射を検出するための光スキャ
ナは多くの実験的な形式において用いられている。可動
走査ヘッドを有する光スキャナは視野の大きさが可変で
ある場合に特に役立つ。しかしながら、可動走査ヘッド
を備えたものを含む多くの既存のスキャナは、構成要素
が多く、かつ光学アセンブリの質量が高いために、走査
速度に関して制限されている。多くのサンプルを短期間
に走査するために解像度を損なわずに走査速度を増すこ
とが望ましい。
ンプルから現われる信号放射を検出するための光スキャ
ナは多くの実験的な形式において用いられている。可動
走査ヘッドを有する光スキャナは視野の大きさが可変で
ある場合に特に役立つ。しかしながら、可動走査ヘッド
を備えたものを含む多くの既存のスキャナは、構成要素
が多く、かつ光学アセンブリの質量が高いために、走査
速度に関して制限されている。多くのサンプルを短期間
に走査するために解像度を損なわずに走査速度を増すこ
とが望ましい。
【０００３】広範な走査形式が多くの研究および診断の
アプリケーションに必要である。たとえば、現われつつ
ある形式には、蛍光ラベルを含む大きいゲルの走査と微
小なサンプルを支える小型のチップまたは膜の走査とが
含まれる。走査形式に関して所望される可変性に加え
て、光学分析の型に関する融通性が極めて重要である。
蓄積リン発光、蛍光、反射光、および透過光に基づいた
サンプルの分析が恐らく必要である。空間および費用面
を検討すると、これらのうちの１つ以上の様式で分析す
る器具を用いることが必要となる。
アプリケーションに必要である。たとえば、現われつつ
ある形式には、蛍光ラベルを含む大きいゲルの走査と微
小なサンプルを支える小型のチップまたは膜の走査とが
含まれる。走査形式に関して所望される可変性に加え
て、光学分析の型に関する融通性が極めて重要である。
蓄積リン発光、蛍光、反射光、および透過光に基づいた
サンプルの分析が恐らく必要である。空間および費用面
を検討すると、これらのうちの１つ以上の様式で分析す
る器具を用いることが必要となる。
【０００４】これらのさまざまな光学走査様式が、独特
の波長の励起光または誘導光と、さまざまな型の復帰信
号を目標サンプルから分離できる収集および検出のため
の光学器具とを必要とするので、多くの走査様式を１つ
の光スキャナへ併合することは過去において困難であっ
た。多数の同時入射波長を与え、その後、同時に起こる
サンプル発光をデスキャンかつ検出すると、一般に、器
具が複雑かつ高価になり、分析が困難になる。たとえ
ば、エイモス（Amos）への米国特許第５，３０４，８１
０号を参照されたい。
の波長の励起光または誘導光と、さまざまな型の復帰信
号を目標サンプルから分離できる収集および検出のため
の光学器具とを必要とするので、多くの走査様式を１つ
の光スキャナへ併合することは過去において困難であっ
た。多数の同時入射波長を与え、その後、同時に起こる
サンプル発光をデスキャンかつ検出すると、一般に、器
具が複雑かつ高価になり、分析が困難になる。たとえ
ば、エイモス（Amos）への米国特許第５，３０４，８１
０号を参照されたい。
【０００５】したがって、この発明の目的は、多数の走
査様式のうちのいずれに従っても目標サンプルを急速に
走査するために、小型の融通のきく光スキャナを簡単、
軽量、かつ低コストの設計で提供することである。
査様式のうちのいずれに従っても目標サンプルを急速に
走査するために、小型の融通のきく光スキャナを簡単、
軽量、かつ低コストの設計で提供することである。
【０００６】
【発明の開示】上の目的は、多数の走査様式を有する小
型の可動走査ヘッドで達成されている。走査ヘッドは狭
い空間の中で２つ以上の光学システムを支える。光学シ
ステムは一致してもしなくてもよく、各々が特定の誘導
および検出様式に合わせて設計される。起こり得る様式
には、蓄積リン発光、化学蛍光を含む蛍光、反射、およ
び透過の誘導および検出が含まれる。１つの光学システ
ムがレーザダイオードまたは他の小型の軽量レーザ装置
光源を含んでもよく、蓄積リン発光のための第１のチャ
ネルと蛍光のための第２のチャネルとを有してもよい。
別個の光学システムが、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源
と、第２のチャネルとは異なった波長で誘導されたサン
プルによる反射信号または蛍光発光のための第３のチャ
ネルとを有してもよい。さまざまな特性を備えた光源の
多数の組合せが用いられ得る。
型の可動走査ヘッドで達成されている。走査ヘッドは狭
い空間の中で２つ以上の光学システムを支える。光学シ
ステムは一致してもしなくてもよく、各々が特定の誘導
および検出様式に合わせて設計される。起こり得る様式
には、蓄積リン発光、化学蛍光を含む蛍光、反射、およ
び透過の誘導および検出が含まれる。１つの光学システ
ムがレーザダイオードまたは他の小型の軽量レーザ装置
光源を含んでもよく、蓄積リン発光のための第１のチャ
ネルと蛍光のための第２のチャネルとを有してもよい。
別個の光学システムが、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源
と、第２のチャネルとは異なった波長で誘導されたサン
プルによる反射信号または蛍光発光のための第３のチャ
ネルとを有してもよい。さまざまな特性を備えた光源の
多数の組合せが用いられ得る。
【０００７】ここで用いられるように、「レーザダイオ
ード」は他の小型で軽量のレーザ装置を含む。「遠隔的
に位置決めされる」という用語は素子が走査ヘッド上に
位置していないことを意味する。用語「波長」は特にサ
ンプル発光に関した波長帯を示し得る。用語「発光」は
サンプルからのリン信号、蛍光信号、反射信号および透
過信号を含む。
ード」は他の小型で軽量のレーザ装置を含む。「遠隔的
に位置決めされる」という用語は素子が走査ヘッド上に
位置していないことを意味する。用語「波長」は特にサ
ンプル発光に関した波長帯を示し得る。用語「発光」は
サンプルからのリン信号、蛍光信号、反射信号および透
過信号を含む。
【０００８】典型的に、走査ヘッドの第１の側はサンプ
ルを第１の波長で誘導するためのレーザダイオード光源
を支える。誘導波長よりも低い波長および高い波長の両
方でサンプルから発光された光が集められ得る。これが
可能なのは、レーザダイオード波長を通し、かつこの波
長よりも下および上の光を検出のための光学器具の方へ
反射する、干渉型のスペクトルビームスプリッタによっ
てである。たとえば、赤いレーザダイオードはほぼ６３
５ｎｍの励起波長を与える。この誘導から生じる蓄積リ
ン発光は一般に３９０ｎｍであり、蛍光発光は一般に６
５０ｎｍ以上である。したがって、１つまたは複数のサ
ンプルからの、これら２つの型の信号がビームスプリッ
タによって反射される。関心のある信号を分離するため
に必要なフィルタを与える調節可能なフィルタ切替器ア
センブリが、走査ヘッドのこの第１の側の検出経路にお
いて用いられ得る。一般に、少なくとも１つのフィルタ
が誘導波長よりも低い波長の光を通すために与えられ、
少なくとも１つのフィルタが誘導波長よりも高い波長の
光を通すために与えられる。走査ヘッド上に直接装着さ
れるか、または遠隔の位置に装着され、光ファイバを経
て走査ヘッドに接続される検出器がフィルタ処理された
信号を集めるために用いられる。
ルを第１の波長で誘導するためのレーザダイオード光源
を支える。誘導波長よりも低い波長および高い波長の両
方でサンプルから発光された光が集められ得る。これが
可能なのは、レーザダイオード波長を通し、かつこの波
長よりも下および上の光を検出のための光学器具の方へ
反射する、干渉型のスペクトルビームスプリッタによっ
てである。たとえば、赤いレーザダイオードはほぼ６３
５ｎｍの励起波長を与える。この誘導から生じる蓄積リ
ン発光は一般に３９０ｎｍであり、蛍光発光は一般に６
５０ｎｍ以上である。したがって、１つまたは複数のサ
ンプルからの、これら２つの型の信号がビームスプリッ
タによって反射される。関心のある信号を分離するため
に必要なフィルタを与える調節可能なフィルタ切替器ア
センブリが、走査ヘッドのこの第１の側の検出経路にお
いて用いられ得る。一般に、少なくとも１つのフィルタ
が誘導波長よりも低い波長の光を通すために与えられ、
少なくとも１つのフィルタが誘導波長よりも高い波長の
光を通すために与えられる。走査ヘッド上に直接装着さ
れるか、または遠隔の位置に装着され、光ファイバを経
て走査ヘッドに接続される検出器がフィルタ処理された
信号を集めるために用いられる。
【０００９】走査ヘッドの第２の側は、共通の譲受人に
譲渡され、引用により援用される米国特許出願連続番号
第０８／４３８，４１６号に開示されるようなＬＥＤ点
走査システムを支える。走査ヘッドのこの第２の側のＬ
ＥＤ光源は、この発明の小型の走査ヘッドの第１の側が
与えるのとは異なった誘導波長をもたらす。この第２の
波長で、目標サンプルの蛍光および反射分析が行なわれ
得る。ＬＥＤ点走査は好ましくは、ピンホール開口を備
えた空間フィルタ、または光ファイバを誘導光路におい
て用いることによって達成される。誘導ビームはピンホ
ールまたはファイバへ焦点合わせされる。誘導ビームの
直径をこのように制限すると点光源が明らかになり、急
速で解像度の高い走査がもたらされる。
譲渡され、引用により援用される米国特許出願連続番号
第０８／４３８，４１６号に開示されるようなＬＥＤ点
走査システムを支える。走査ヘッドのこの第２の側のＬ
ＥＤ光源は、この発明の小型の走査ヘッドの第１の側が
与えるのとは異なった誘導波長をもたらす。この第２の
波長で、目標サンプルの蛍光および反射分析が行なわれ
得る。ＬＥＤ点走査は好ましくは、ピンホール開口を備
えた空間フィルタ、または光ファイバを誘導光路におい
て用いることによって達成される。誘導ビームはピンホ
ールまたはファイバへ焦点合わせされる。誘導ビームの
直径をこのように制限すると点光源が明らかになり、急
速で解像度の高い走査がもたらされる。
【００１０】支持壁は好ましくは走査ヘッドの第１の側
を第２の側から分離し、さまざまな素子に物理的な支持
を与える。したがって、２つの側は光学素子を共有しな
い。しかしながら、第１の側の内部で、多くの光学素子
が蓄積リン発光様式および蛍光様式の両方、すなわち第
１および第２のデータチャネルに共通である。たとえ
ば、レーザダイオード光源およびビームスプリッタは両
方の様式に共通である。走査ヘッドの第２の側の第３の
データチャネルは、第１および第２のデータチャネルか
ら物理的および光学的に分離している。
を第２の側から分離し、さまざまな素子に物理的な支持
を与える。したがって、２つの側は光学素子を共有しな
い。しかしながら、第１の側の内部で、多くの光学素子
が蓄積リン発光様式および蛍光様式の両方、すなわち第
１および第２のデータチャネルに共通である。たとえ
ば、レーザダイオード光源およびビームスプリッタは両
方の様式に共通である。走査ヘッドの第２の側の第３の
データチャネルは、第１および第２のデータチャネルか
ら物理的および光学的に分離している。
【００１１】３つのデータチャネルが特に有利である
が、この発明の小型の可動走査ヘッドが上のチャネルの
うちのどの２つを含んでもよい。さらに、さらなる誘導
ビームを与えるさらなるチャネルが走査ヘッドへ組み入
れられてもよい。
が、この発明の小型の可動走査ヘッドが上のチャネルの
うちのどの２つを含んでもよい。さらに、さらなる誘導
ビームを与えるさらなるチャネルが走査ヘッドへ組み入
れられてもよい。
【００１２】さまざまな素子を小型の走査ヘッドへ組み
入れ、光学システム内の走査機構を移動させるのとは異
なって走査ヘッドを移動させることによって、軽量かつ
高速で極めて融通のきく走査システムが達成される。こ
の発明は、特に膜、電気泳動ゲル、およびマイクロタイ
ターサンプルプレート内の蓄積リンスクリーンおよびサ
ンプルを分析するために用いられ得る。
入れ、光学システム内の走査機構を移動させるのとは異
なって走査ヘッドを移動させることによって、軽量かつ
高速で極めて融通のきく走査システムが達成される。こ
の発明は、特に膜、電気泳動ゲル、およびマイクロタイ
ターサンプルプレート内の蓄積リンスクリーンおよびサ
ンプルを分析するために用いられ得る。
【００１３】
【この発明を実行するためのベストモード】図１を参照
すると、第１の波長λst1 のビームを与えるレーザダイ
オード１４が示される。この励起または誘導ビームは好
ましくはコリメートレンズ１６を通過させられ、ビーム
スプリッタ１８を次に通過する。ビームスプリッタ１８
を通過した後で、波長λst1 の誘導ビームは対物レンズ
２２を通過し、サンプル２０のスポットへ焦点合わせさ
れて信号放射をサンプルから復帰させる。サンプル２０
から発光された信号放射は、高い開口数を有する対物レ
ンズ２２によって発光ビームへ集められ、ビームスプリ
ッタ１８の方へ逆に導かれる。
すると、第１の波長λst1 のビームを与えるレーザダイ
オード１４が示される。この励起または誘導ビームは好
ましくはコリメートレンズ１６を通過させられ、ビーム
スプリッタ１８を次に通過する。ビームスプリッタ１８
を通過した後で、波長λst1 の誘導ビームは対物レンズ
２２を通過し、サンプル２０のスポットへ焦点合わせさ
れて信号放射をサンプルから復帰させる。サンプル２０
から発光された信号放射は、高い開口数を有する対物レ
ンズ２２によって発光ビームへ集められ、ビームスプリ
ッタ１８の方へ逆に導かれる。
【００１４】ビームスプリッタ１８は、特定の波長、た
とえばレーザダイオード波長λst1の光を通し、かつλ
st1 よりも低いかまたは高い波長の光を反射するように
設計された、干渉型のスペクトルビームスプリッタであ
る。上述のように、「波長」は波長帯を含む。なぜな
ら、あるアプリケーションに典型的な発光は、個々の波
長としてよりもある範囲にわたって起こるからである。
図１では、サンプルによって発光される光または信号放
射を表わすビームはλemの波長を有し、ビームスプリッ
タ１８によって検出経路の方へ反射される。
とえばレーザダイオード波長λst1の光を通し、かつλ
st1 よりも低いかまたは高い波長の光を反射するように
設計された、干渉型のスペクトルビームスプリッタであ
る。上述のように、「波長」は波長帯を含む。なぜな
ら、あるアプリケーションに典型的な発光は、個々の波
長としてよりもある範囲にわたって起こるからである。
図１では、サンプルによって発光される光または信号放
射を表わすビームはλemの波長を有し、ビームスプリッ
タ１８によって検出経路の方へ反射される。
【００１５】波長λemが恐らく誘導波長λst1 よりも低
いかまたは高い波長であるので、所望のサンプル発光を
検出するのに分離するために、フィルタシステムは好ま
しくは検出経路に置かれる。フィルタ切替器アセンブリ
２４は、発光を分離するのに役立つフィルタシステムの
一例として図１の検出経路に示される。フィルタ切替器
アセンブリ２４は３つのフィルタ２６ａ−ｃを含む。こ
れらのフィルタのうちの少なくとも１つがλst1 よりも
低いかまたは短い波長λem、特にλem/pのビームを分離
し、これらのフィルタのうちの少なくとも１つが波長λ
st1 よりも高いかまたは長い波長λem、特にλem/fのビ
ームを分離する。フィルタ切替器アセンブリは矢印Ａに
よって示されるようにシフト手段７０によって移動でき
る。このために、正しいフィルタが発光ビームの経路に
置かれる。図３は、走査ヘッドの支持壁６０のスロット
６８内で各フィルタをシフトするための手段を示す。シ
フトするための手段７０はモータによって駆動されるア
クチュエータであってもよい。代わりに、フィルタ切替
器アセンブリ２４が複数個のフィルタを他の何らかの構
成で有してもよく、たとえば、フィルタが車輪上に装着
され、好ましくはモータによって回転されてもよい。
いかまたは高い波長であるので、所望のサンプル発光を
検出するのに分離するために、フィルタシステムは好ま
しくは検出経路に置かれる。フィルタ切替器アセンブリ
２４は、発光を分離するのに役立つフィルタシステムの
一例として図１の検出経路に示される。フィルタ切替器
アセンブリ２４は３つのフィルタ２６ａ−ｃを含む。こ
れらのフィルタのうちの少なくとも１つがλst1 よりも
低いかまたは短い波長λem、特にλem/pのビームを分離
し、これらのフィルタのうちの少なくとも１つが波長λ
st1 よりも高いかまたは長い波長λem、特にλem/fのビ
ームを分離する。フィルタ切替器アセンブリは矢印Ａに
よって示されるようにシフト手段７０によって移動でき
る。このために、正しいフィルタが発光ビームの経路に
置かれる。図３は、走査ヘッドの支持壁６０のスロット
６８内で各フィルタをシフトするための手段を示す。シ
フトするための手段７０はモータによって駆動されるア
クチュエータであってもよい。代わりに、フィルタ切替
器アセンブリ２４が複数個のフィルタを他の何らかの構
成で有してもよく、たとえば、フィルタが車輪上に装着
され、好ましくはモータによって回転されてもよい。
【００１６】フィルタ処理された発光は次に焦点合わせ
レンズ２８を通過させられ、検出器３０へ入る。検出器
は図１の検出器３０によって示されるように走査ヘッド
上に装着されてもよく、または、図５に示されるように
遠隔的に位置決めされてもよい。後者の場合、焦点合わ
せレンズ２８は、遠隔的に位置決めされた検出器５６に
発光ビームを透過する光ファイバ５８へ発光ビームを焦
点合わせする。
レンズ２８を通過させられ、検出器３０へ入る。検出器
は図１の検出器３０によって示されるように走査ヘッド
上に装着されてもよく、または、図５に示されるように
遠隔的に位置決めされてもよい。後者の場合、焦点合わ
せレンズ２８は、遠隔的に位置決めされた検出器５６に
発光ビームを透過する光ファイバ５８へ発光ビームを焦
点合わせする。
【００１７】レーザダイオードまたは他の小型のレーザ
装置はどんな色および波長であってもよい。たとえば、
赤外線および赤のレーザダイオードが利用できる。レー
ザはまた小型かつ固体の周波数重複ダイオードかまたは
周波数重複ダイオードでポンピングするＹＡＧレーザで
あってもよい。赤いレーザダイオードを用いると、それ
がほぼ６３５ｎｍの波長λst1 を有する誘導ビームを与
えるので特に役立つ。サンプルをこの波長の光で誘導す
ると、より高い波長、たとえば６５０ｎｍから７００ｎ
ｍの蛍光発光が起こり得、より低い波長、たとえばほぼ
３９０ｎｍで蓄積リンスクリーンからの発光が起こり得
る。したがって、ビームスプリッタ１８は６３５ｎｍの
光を通すが、より低い数およびより高い数、またはより
短い波長およびより長い波長を反射する。ここで用いら
れている「ほぼ」という用語は所与の値の±１０％内の
値を示す。
装置はどんな色および波長であってもよい。たとえば、
赤外線および赤のレーザダイオードが利用できる。レー
ザはまた小型かつ固体の周波数重複ダイオードかまたは
周波数重複ダイオードでポンピングするＹＡＧレーザで
あってもよい。赤いレーザダイオードを用いると、それ
がほぼ６３５ｎｍの波長λst1 を有する誘導ビームを与
えるので特に役立つ。サンプルをこの波長の光で誘導す
ると、より高い波長、たとえば６５０ｎｍから７００ｎ
ｍの蛍光発光が起こり得、より低い波長、たとえばほぼ
３９０ｎｍで蓄積リンスクリーンからの発光が起こり得
る。したがって、ビームスプリッタ１８は６３５ｎｍの
光を通すが、より低い数およびより高い数、またはより
短い波長およびより長い波長を反射する。ここで用いら
れている「ほぼ」という用語は所与の値の±１０％内の
値を示す。
【００１８】したがって、走査ヘッド１０の第１の側１
１は、波長λst1 で誘導しかつ検出経路の適切なフィル
タを用いて発光を検出することによって蓄積リンスクリ
ーンを読取可能な第１のデータチャネルと、波長λst1
で誘導しかつ検出経路の適切なフィルタを用いて発光を
検出することによって蛍光発光を読取可能な第２のデー
タチャネルとを示す。第１のチャネルは、λem/p＜λ
st1 である場合に波長λ em/pの発光を検出する。第２の
チャネルは、λem/f＞λst1 である場合に波長λ em/fの
発光を検出する。レーザダイオード誘導から生じる透過
信号および反射信号の収集および検出はまた、図７に示
される透過収集および検出装置７８によってか、または
他の周知の検出経路を介して達成できる。
１は、波長λst1 で誘導しかつ検出経路の適切なフィル
タを用いて発光を検出することによって蓄積リンスクリ
ーンを読取可能な第１のデータチャネルと、波長λst1
で誘導しかつ検出経路の適切なフィルタを用いて発光を
検出することによって蛍光発光を読取可能な第２のデー
タチャネルとを示す。第１のチャネルは、λem/p＜λ
st1 である場合に波長λ em/pの発光を検出する。第２の
チャネルは、λem/f＞λst1 である場合に波長λ em/fの
発光を検出する。レーザダイオード誘導から生じる透過
信号および反射信号の収集および検出はまた、図７に示
される透過収集および検出装置７８によってか、または
他の周知の検出経路を介して達成できる。
【００１９】小型の走査ヘッド１０は、直角をなす軸を
表わす矢印ＸおよびＹによって示されるような２つの次
元にサンプルを横切って移動できる。代わりに、走査ヘ
ッド１０がサンプル２０に対して第１の方向に移動さ
れ、サンプルが電動化された台などによって直角をなす
方向に移動されてもよく、または走査が他の何らかの走
査パターンに従って起こってもよい。走査ヘッドは、ベ
ルトおよび滑車を備えたレール、親ねじ、または他の作
動手段に沿って摺動されることによって移動してもよ
い。図４は走査ヘッドを移動させるための手段７６を示
す。走査は好ましくは点ごとに撮像する態様で達成さ
れ、ここでサンプルにおける複数個のスポットが誘導と
結果として生じる発光の検出とを順次受ける。
表わす矢印ＸおよびＹによって示されるような２つの次
元にサンプルを横切って移動できる。代わりに、走査ヘ
ッド１０がサンプル２０に対して第１の方向に移動さ
れ、サンプルが電動化された台などによって直角をなす
方向に移動されてもよく、または走査が他の何らかの走
査パターンに従って起こってもよい。走査ヘッドは、ベ
ルトおよび滑車を備えたレール、親ねじ、または他の作
動手段に沿って摺動されることによって移動してもよ
い。図４は走査ヘッドを移動させるための手段７６を示
す。走査は好ましくは点ごとに撮像する態様で達成さ
れ、ここでサンプルにおける複数個のスポットが誘導と
結果として生じる発光の検出とを順次受ける。
【００２０】図２は、この発明の走査ヘッド１０の第２
の側１２を示す。第２の側は、共通の譲受人に譲渡され
た米国特許出願連続番号第０８／４３８，４１６号に開
示されるようなＬＥＤ点走査システムを支える。図２に
示されるように、ＬＥＤ３２は、焦点合わせレンズ３４
によって空間フィルタ３６のピンホール開口３８へ焦点
合わせされる第２の波長λst2 の誘導ビームを与える。
これは誘導ビームの直径を効果的に制限し、誘導するの
に必要な解像度を規定する。したがって、波長λst2 の
誘導ビームは点光源として機能する。これは、ＬＥＤが
インコヒーレント光源であり、この性質の制限が高い解
像度の走査をもたらすので重要な利点である。代わり
に、光ファイバが誘導ビームの必要な制限を与えてもよ
い。
の側１２を示す。第２の側は、共通の譲受人に譲渡され
た米国特許出願連続番号第０８／４３８，４１６号に開
示されるようなＬＥＤ点走査システムを支える。図２に
示されるように、ＬＥＤ３２は、焦点合わせレンズ３４
によって空間フィルタ３６のピンホール開口３８へ焦点
合わせされる第２の波長λst2 の誘導ビームを与える。
これは誘導ビームの直径を効果的に制限し、誘導するの
に必要な解像度を規定する。したがって、波長λst2 の
誘導ビームは点光源として機能する。これは、ＬＥＤが
インコヒーレント光源であり、この性質の制限が高い解
像度の走査をもたらすので重要な利点である。代わり
に、光ファイバが誘導ビームの必要な制限を与えてもよ
い。
【００２１】図７はこれに代わる実施例を示し、ここで
光ファイバ６６が空間フィルタ３６にとって代わり、焦
点合わせレンズ３４が波長λst2 の誘導ビームを光ファ
イバ６６へ焦点合わせする。レンズ３４および４２の焦
点はまたファイバ６６を介在させて間隔を開けられてい
る。図７はまた、透過光の収集器および検出器７８を示
す。わかりやすくするために図７の実施例において示さ
れているが、この透過システム７８は走査ヘッドのどち
らの側でどんな光源とともに用いられてもよい。
光ファイバ６６が空間フィルタ３６にとって代わり、焦
点合わせレンズ３４が波長λst2 の誘導ビームを光ファ
イバ６６へ焦点合わせする。レンズ３４および４２の焦
点はまたファイバ６６を介在させて間隔を開けられてい
る。図７はまた、透過光の収集器および検出器７８を示
す。わかりやすくするために図７の実施例において示さ
れているが、この透過システム７８は走査ヘッドのどち
らの側でどんな光源とともに用いられてもよい。
【００２２】制限された誘導ビームはコリメートレンズ
４２によって集められ、フィルタ４４を通過させられ、
次にサンプルへと導かれる。図２は、誘導ビームを反射
し、かつそれをサンプル２０のスポットへ焦点合わせす
る対物レンズ４０の方へ導くビームスプリッタ４６を示
す。サンプルから発光されるかまたは戻った光、たとえ
ば蛍光または反射信号放射は次に対物レンズ４０によっ
て集められ、ビームスプリッタ４６を通過して、この第
３のデータチャネルの検出経路の方へ導かれる。蛍光ま
たは反射発光に適切なビームスプリッタが用いられ得
る。サンプルから戻った発光は図２のミラー４８によっ
て反射され、第２のフィルタ５２を介して導かれ、次に
第２の焦点合わせレンズ５４を介して導かれる。焦点合
わせレンズ５４はビームを検出器５０へ焦点合わせす
る。図１におけるように、検出器は走査ヘッド１０上に
装着されるか、または遠隔的に位置決めされて光ファイ
バを経て走査ヘッドに接続されてもよい。図６は、この
検出器の位置についての代替例を示し、位置決めレンズ
５４は、走査ヘッドから離れた検出器６２に透過するた
めに光ファイバ６４へ、戻った発光を焦点合わせする。
４２によって集められ、フィルタ４４を通過させられ、
次にサンプルへと導かれる。図２は、誘導ビームを反射
し、かつそれをサンプル２０のスポットへ焦点合わせす
る対物レンズ４０の方へ導くビームスプリッタ４６を示
す。サンプルから発光されるかまたは戻った光、たとえ
ば蛍光または反射信号放射は次に対物レンズ４０によっ
て集められ、ビームスプリッタ４６を通過して、この第
３のデータチャネルの検出経路の方へ導かれる。蛍光ま
たは反射発光に適切なビームスプリッタが用いられ得
る。サンプルから戻った発光は図２のミラー４８によっ
て反射され、第２のフィルタ５２を介して導かれ、次に
第２の焦点合わせレンズ５４を介して導かれる。焦点合
わせレンズ５４はビームを検出器５０へ焦点合わせす
る。図１におけるように、検出器は走査ヘッド１０上に
装着されるか、または遠隔的に位置決めされて光ファイ
バを経て走査ヘッドに接続されてもよい。図６は、この
検出器の位置についての代替例を示し、位置決めレンズ
５４は、走査ヘッドから離れた検出器６２に透過するた
めに光ファイバ６４へ、戻った発光を焦点合わせする。
【００２３】米国特許出願連続番号第０８／４３８，４
１６号に開示されるように、ＬＥＤ点走査システムの他
の変形例がこの発明の小型の走査ヘッドの第２の側に可
能である。ＬＥＤはレーザダイオードに代わる安価な代
替例を与え、ある特定の波長に特に役立つ。たとえば、
ほぼ４５０ｎｍを中心とする波長の誘導ビームを与える
青いＬＥＤは、化学蛍光のアプリケーションのためにサ
ンプルを誘導するのに用いられると有利であろう。緑、
黄、オレンジ、赤のＬＥＤおよび赤外線ＬＥＤも利用で
きる。
１６号に開示されるように、ＬＥＤ点走査システムの他
の変形例がこの発明の小型の走査ヘッドの第２の側に可
能である。ＬＥＤはレーザダイオードに代わる安価な代
替例を与え、ある特定の波長に特に役立つ。たとえば、
ほぼ４５０ｎｍを中心とする波長の誘導ビームを与える
青いＬＥＤは、化学蛍光のアプリケーションのためにサ
ンプルを誘導するのに用いられると有利であろう。緑、
黄、オレンジ、赤のＬＥＤおよび赤外線ＬＥＤも利用で
きる。
【００２４】図３および図４は走査ヘッドの２つの側が
斜視的に記述されたものを図示する。図３および図４
は、走査ヘッド１０内の好ましい支持物であり、かつあ
らゆる構成の光学素子が装着される支持物となる支持壁
６０を示す。
斜視的に記述されたものを図示する。図３および図４
は、走査ヘッド１０内の好ましい支持物であり、かつあ
らゆる構成の光学素子が装着される支持物となる支持壁
６０を示す。
【００２５】この発明の小型の走査ヘッドは、一致して
もしなくてもよい多数の走査様式を含む。たとえば、図
３および図４では、２つの対物レンズ２２および４０が
認識できる。対物レンズ２２は走査ヘッドの第１の側１
１におけるレーザダイオード光学システムの一部であ
り、対物レンズ４０は走査ヘッドの第２の側１２におけ
るＬＥＤ点走査システムの一部である。支持壁６０は走
査ヘッドの２つの側のあらゆる光学素子を完全に分離
し、したがって、レーザダイオードおよびＬＥＤ光学シ
ステムは分離している。しかしながら、第１および第２
のデータチャネルは数ある光学素子の中でレーザダイオ
ード、コリメートレンズ、ビームスプリッタ、および検
出器を共有し、このために、これらの様式は少なくとも
部分的に一致している。サンプルは、いずれかの側、し
たがっていずれかの光学構成による走査、または走査ヘ
ッドの３つのチャネルのうちのいずれかに従う走査が可
能であるように走査ヘッドに対して装着できる。これが
容易にされるのは、可動走査ヘッドとサンプルに対する
好ましいその２次元的な並進運動とによってである。
もしなくてもよい多数の走査様式を含む。たとえば、図
３および図４では、２つの対物レンズ２２および４０が
認識できる。対物レンズ２２は走査ヘッドの第１の側１
１におけるレーザダイオード光学システムの一部であ
り、対物レンズ４０は走査ヘッドの第２の側１２におけ
るＬＥＤ点走査システムの一部である。支持壁６０は走
査ヘッドの２つの側のあらゆる光学素子を完全に分離
し、したがって、レーザダイオードおよびＬＥＤ光学シ
ステムは分離している。しかしながら、第１および第２
のデータチャネルは数ある光学素子の中でレーザダイオ
ード、コリメートレンズ、ビームスプリッタ、および検
出器を共有し、このために、これらの様式は少なくとも
部分的に一致している。サンプルは、いずれかの側、し
たがっていずれかの光学構成による走査、または走査ヘ
ッドの３つのチャネルのうちのいずれかに従う走査が可
能であるように走査ヘッドに対して装着できる。これが
容易にされるのは、可動走査ヘッドとサンプルに対する
好ましいその２次元的な並進運動とによってである。
【００２６】図８は、多数の誘導ビームを備えた走査ヘ
ッドの代替的な実施例である。走査ヘッドの第１の側１
１では、第２のレーザダイオード１５が示される。レー
ザダイオード１５は、走査ヘッドの第１の側の誘導光路
にビームスプリッタ１７を経て含まれ得る誘導ビームを
与える。この第２のソースは第１のソースとは異なった
誘導波長を与え得る。代わりに、第２のソースは第１の
ソースとは異なった光特性を与えてもよい。たとえば、
２つのソースがパルス化された連続的な波動ビーム、ま
たは、偏光ビームおよび付偏光ビームを与えてもよい。
このように、複数個の光源が走査ヘッドの第１の側で用
いられ得る。誘導は好ましくは順次起こる。走査ヘッド
の第２の側もまた２つ以上の光源を有してもよい。たと
えば、関連のビーム制限手段を備えた第２のＬＥＤが走
査ヘッドの第２の側の光路へ挿入されてもよい。第２の
側のこれらの多数のソースもまた、独特の波長または他
の特性を与え得る。一般に、走査ヘッドの両側にあるさ
まざまなチャネルは、誘導のために単に異なった波長を
利用するのではなく、異なった光特性のビームを利用で
きる。
ッドの代替的な実施例である。走査ヘッドの第１の側１
１では、第２のレーザダイオード１５が示される。レー
ザダイオード１５は、走査ヘッドの第１の側の誘導光路
にビームスプリッタ１７を経て含まれ得る誘導ビームを
与える。この第２のソースは第１のソースとは異なった
誘導波長を与え得る。代わりに、第２のソースは第１の
ソースとは異なった光特性を与えてもよい。たとえば、
２つのソースがパルス化された連続的な波動ビーム、ま
たは、偏光ビームおよび付偏光ビームを与えてもよい。
このように、複数個の光源が走査ヘッドの第１の側で用
いられ得る。誘導は好ましくは順次起こる。走査ヘッド
の第２の側もまた２つ以上の光源を有してもよい。たと
えば、関連のビーム制限手段を備えた第２のＬＥＤが走
査ヘッドの第２の側の光路へ挿入されてもよい。第２の
側のこれらの多数のソースもまた、独特の波長または他
の特性を与え得る。一般に、走査ヘッドの両側にあるさ
まざまなチャネルは、誘導のために単に異なった波長を
利用するのではなく、異なった光特性のビームを利用で
きる。
【００２７】図９を参照すると、光ファイバ６７による
光ファイバの引渡しが遠隔的に位置決めされたＬＥＤ３
３から走査ヘッドへと示される。ＬＥＤ３３は、レンズ
３５によってファイバ６７へ焦点合わせされる誘導ビー
ムを与える。この例では、ファイバ６７は引渡し手段お
よび制限手段の両方となる。制限されたビームはこれま
でどおりレンズ４２によって受取られ、サンプルの方へ
導かれる。第１の側のレーザダイオード誘導ビームはま
た、遠隔的に位置決めされたソースから走査ヘッドへと
光ファイバを用いて引渡され得る。
光ファイバの引渡しが遠隔的に位置決めされたＬＥＤ３
３から走査ヘッドへと示される。ＬＥＤ３３は、レンズ
３５によってファイバ６７へ焦点合わせされる誘導ビー
ムを与える。この例では、ファイバ６７は引渡し手段お
よび制限手段の両方となる。制限されたビームはこれま
でどおりレンズ４２によって受取られ、サンプルの方へ
導かれる。第１の側のレーザダイオード誘導ビームはま
た、遠隔的に位置決めされたソースから走査ヘッドへと
光ファイバを用いて引渡され得る。
【００２８】図１−２に示されるオン・ヘッド検出器３
０および５０と図５−６に示されるオフ・ヘッド検出器
５６および６２とがレーザダイオードおよびＬＥＤ光学
システムについて示され、かつ説明されたが、組合わさ
れた検出器もさまざまなチャネルおよびシステムに合わ
せて用いられ得る。単一の検出器が恐らく特に都合が良
いのは、遠隔的に位置決めされ、走査ヘッド１０内の適
切な位置に光ファイバによって接続される場合である。
アレイ型の検出器もまたさまざまなチャネルのために用
いられ得る。さらに、空間フィルタがレーザダイオード
またはＬＥＤ光学システムの検出経路に加えられ、検出
器に達する信号を制限し、ある場合では焦点を共有する
システムを作り出してもよい。
０および５０と図５−６に示されるオフ・ヘッド検出器
５６および６２とがレーザダイオードおよびＬＥＤ光学
システムについて示され、かつ説明されたが、組合わさ
れた検出器もさまざまなチャネルおよびシステムに合わ
せて用いられ得る。単一の検出器が恐らく特に都合が良
いのは、遠隔的に位置決めされ、走査ヘッド１０内の適
切な位置に光ファイバによって接続される場合である。
アレイ型の検出器もまたさまざまなチャネルのために用
いられ得る。さらに、空間フィルタがレーザダイオード
またはＬＥＤ光学システムの検出経路に加えられ、検出
器に達する信号を制限し、ある場合では焦点を共有する
システムを作り出してもよい。
【００２９】図１０の３つのチャネル８１、８２、およ
び８３の各々は、チャネル内の発光に関するデータを与
える。これらのデータは、コンピュータのようなデータ
分析または処理手段７２によってさまざまな検出器から
集められ、多チャネルデータ表示装置７４などに表示さ
れるか、または将来の分析に備えてメモリにセーブされ
る。ビデオモニタまたは他の表示装置が３つのチャネル
のいずれかまたはすべてからのデータを表示してもよ
い。多チャネル表示装置はこの技術において既知であ
る。データ分析手段は、サンプル上でチャネルを順次動
作するか、またはサンプルの性質に従って適切なチャネ
ルの動作を指図するようにプログラムされ得る。たとえ
ば、蓄積リンスクリーンまたはマイクロタイタープレー
トの特定の寸法が第１または第３のデータチャネル誘導
と発光の検出とを引き起こしてもよく、サンプルホルダ
の台への適合が適切なチャネルをトリガする。２つ以上
のチャネルに従ってサンプルを同時に読取ることも起こ
り得る。
び８３の各々は、チャネル内の発光に関するデータを与
える。これらのデータは、コンピュータのようなデータ
分析または処理手段７２によってさまざまな検出器から
集められ、多チャネルデータ表示装置７４などに表示さ
れるか、または将来の分析に備えてメモリにセーブされ
る。ビデオモニタまたは他の表示装置が３つのチャネル
のいずれかまたはすべてからのデータを表示してもよ
い。多チャネル表示装置はこの技術において既知であ
る。データ分析手段は、サンプル上でチャネルを順次動
作するか、またはサンプルの性質に従って適切なチャネ
ルの動作を指図するようにプログラムされ得る。たとえ
ば、蓄積リンスクリーンまたはマイクロタイタープレー
トの特定の寸法が第１または第３のデータチャネル誘導
と発光の検出とを引き起こしてもよく、サンプルホルダ
の台への適合が適切なチャネルをトリガする。２つ以上
のチャネルに従ってサンプルを同時に読取ることも起こ
り得る。
【００３０】走査ヘッドが小型であるために高速の走査
がもたらされ、その光学システムは高い解像度で走査す
る。さらに、この発明の走査ヘッドはサンプル形式と光
学分析の型とに関して融通性を与え、したがって、研究
室の運営コストを削減することに寄与する。
がもたらされ、その光学システムは高い解像度で走査す
る。さらに、この発明の走査ヘッドはサンプル形式と光
学分析の型とに関して融通性を与え、したがって、研究
室の運営コストを削減することに寄与する。
【図１】レーザダイオード光源を備えた、この発明の走
査ヘッドの第１の側を示す平面図である。
査ヘッドの第１の側を示す平面図である。
【図２】ＬＥＤ光源を備えた、この発明の走査ヘッドの
第２の側を示す平面図である。
第２の側を示す平面図である。
【図３】図１の光学素子と走査ヘッドの支持壁とを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図４】図２の光学素子と走査ヘッドの支持壁の第２の
側とを示す斜視図である。
側とを示す斜視図である。
【図５】走査ヘッドの第１の側で検出器の配置の代替的
な実施例を示す、図１の一部の平面図である。
な実施例を示す、図１の一部の平面図である。
【図６】走査ヘッドの第２の側で検出器の配置の代替的
な実施例を示す、図２の一部の平面図である。
な実施例を示す、図２の一部の平面図である。
【図７】走査ヘッドの第２の側の誘導ビーム制限の代替
的な実施例を示す平面図である。
的な実施例を示す平面図である。
【図８】走査ヘッドの単一の側で多数の誘導ビームを示
す、走査ヘッドの代替的な実施例の平面図の一部を示す
図である。
す、走査ヘッドの代替的な実施例の平面図の一部を示す
図である。
【図９】遠隔的に位置決めされた光源から走査ヘッドへ
の誘導ビームの光ファイバ引渡しを示す、走査ヘッドの
代替的な実施例の平面図である。
の誘導ビームの光ファイバ引渡しを示す、走査ヘッドの
代替的な実施例の平面図である。
【図１０】この発明の走査ヘッドで用いるためのデータ
収集および表示装置の平面図である。
収集および表示装置の平面図である。
１０ 走査ヘッド １８ ビームスプリッタ ２０ サンプル ２４ フィルタ切替器アセンブリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラース・マジロフ アメリカ合衆国、95070 カリフォルニア 州、サラトガ、ビューリッジ・ドライブ、 19861 (72)発明者 ロバート・シィ・ケイン アメリカ合衆国、95130 カリフォルニア 州、サン・ノゼ、サン・トーマス・アキ ノ・ロード、1411
Claims (10)
- 【請求項１】 サンプルを分析するために多数の走査様
式を備えた可動走査ヘッドであって、 第１の光学特性を有する放射でサンプルを誘導し、かつ
結果として生じる第１の型の発光をサンプルから検出す
るための第１のチャネル手段と、 第２の光学特性を有する放射でサンプルを誘導し、かつ
結果として生じる第２の型の発光をサンプルから検出す
るための第２のチャネル手段と、 走査パターンに、サンプルに対して走査ヘッドを移動さ
せるための手段と、 発光に関する情報をサンプルから集めるための分析手段
とを含む、走査ヘッド。 - 【請求項２】 第３の光学特性を有する放射でサンプル
を誘導し、かつ結果として生じる第３の型の発光をサン
プルから検出するための第３のチャネル手段をさらに含
む、請求項１に記載の走査ヘッド。 - 【請求項３】 前記第３のチャネル手段は、ピンホール
開口を有する空間フィルタと、第２の波長誘導ビームを
ピンホール開口へ焦点合わせして、サンプルを誘導する
ために点光源に第２の波長誘導ビームの直径を制限する
ための手段とを含む、請求項２に記載の走査ヘッド。 - 【請求項４】 前記第３のチャネル手段は、光ファイバ
と、第２の波長誘導ビームを光ファイバへ焦点合わせし
て、サンプルを誘導するために点光源に第２の波長誘導
ビームの直径を制限するための手段とを含む、請求項２
に記載の走査ヘッド。 - 【請求項５】 第４の光学特性を有する放射でサンプル
を誘導し、かつ結果として生じる第４の型の発光をサン
プルから検出するための第４のチャネル手段をさらに含
む、請求項１、２、３または４に記載の走査ヘッド。 - 【請求項６】 第５の光学特性を有する放射でサンプル
を誘導し、かつ結果として生じる第５の型の発光をサン
プルから検出するための第５のチャネル手段をさらに含
む、請求項１、２、３、４または５に記載の走査ヘッ
ド。 - 【請求項７】 前記分析手段とデータを通信して、前記
情報を表示するための手段をさらに含む、請求項１、
２、３、４、５または６に記載の走査ヘッド。 - 【請求項８】 前記第１の光学特性および前記第２の光
学特性は実質的に類似しており、かつ第１の波長に対応
し、前記波長をそこに通過させ、かつ第１の波長よりも
波長が低いか高いサンプルから受けた発光を反射するた
めのビームスプリッタをさらに含む、請求項１、２、
３、４、５、６または７に記載の走査ヘッド。 - 【請求項９】 前記第１および第２のチャネル手段はビ
ームスプリッタによって反射された発光を受けるように
配置されたフィルタ切替器アセンブリを含み、前記フィ
ルタ切替器アセンブリは、第１の波長よりも波長が低い
サンプルから受けた発光を通すための少なくとも１つの
フィルタと、第１の波長よりも波長が高いサンプルから
受けた発光を通すための少なくとも１つのフィルタと、
各フィルタを前記第１および第２のチャネル手段へシフ
トするための手段とを有する、請求項８に記載の走査ヘ
ッド。 - 【請求項１０】 前記結果として生じる第１の型の発光
は蓄積リン発光であり、前記結果として生じる第２の型
の発光は蛍光発光であり、前記結果として生じる第３の
型の発光は第２の波長が誘導された発光であり、前記結
果として生じる第４の型の発光は第３の波長が誘導され
た発光であり、前記結果として生じる第５の型の発光は
第４の波長が誘導された発光である、請求項６、７、８
または９に記載の走査ヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
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