JP2002107289A - サンプル分析実施用装置及び方法 - Google Patents

サンプル分析実施用装置及び方法

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JP2002107289A JP2001151367A JP2001151367A JP2002107289A JP 2002107289 A JP2002107289 A JP 2002107289A JP 2001151367 A JP2001151367 A JP 2001151367A JP 2001151367 A JP2001151367 A JP 2001151367A JP 2002107289 A JP2002107289 A JP 2002107289A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスク上またはディスク内に位置する生物
学的、化学的、又は生化学的なサンプルの光学検査のた
めのディスク及び分析システムを提供する。 【解決手段】 ディスク（１）は、基盤（２、３）と、
光学的に検出可能で基盤（２、３）の表面または内部に
位置する暗号化情報と、生物学的、化学的、又は生化学
的なサンプル（５）を支持するサンプル支持表面とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サンプルの光学分析実施用の装置及び方法に
係り、特に生物学的、化学的、及び生化学的サンプルの
分析に適用可能なものに関する。多くの化学的、生化学
的、及び生物学的分析は、被試験生物学的サンプルの光
学特性における変化の誘引に依存する。例えば、ことに
よるとウイルス感染を示す、血液サンプルの中の抗体の
存在を試験するために、抗体が存在すると可視着色沈積
物を生成する酵素結合免疫吸着剤分析法（ＥＬＩＳＡ）
が実施され得る。ＥＬＩＳＡは、試験に供せられる抗体
に特有の抗原で被覆された表面を使用せしめる。この表
面を血液サンプルに露出することによって、サンプル中
の抗体が、抗原に結合する。したがって特有の酵素接合
抗体を伴った表面の染色及び基盤を随伴する酵素の反応
は、結合抗原のレベルを覗かせ、それ故サンプル中の抗
体の存在の同定を許容する沈着物を生成する。この同定
作業は、一般には、基盤領域を取扱者に見えるようにす
る光学顕微鏡を使用して実施される。ＥＬＩＳＡを使用
する着色染色法に加えて、蛍光金ラベリング法のような
技法が生物学的抗原材料の光学特性変更のために使用さ
れ得る。同様な技法は又、例えば、特殊な細胞のタイプ
又は細胞構造に加えて細胞培養中の細胞タイプ又は細胞
構造のような、組織の特定領域を可視化するために一般
の組織学の中でも使用され得る。既存の光学分析技法の
重大な欠点は、その主観的性質故の人的エラーに対する
開放性にある。これらの技法は、又、高いスループット
を必要とする場合、例えば血液スクリーニングへの適用
又は子宮頸部スミア試験においては不適切であり、かく
して、使用すれば比較的高価なものとなる。原価係数
は、各特定技法に対しての別の装置が要求されていない
場合に比べてより頻繁に要求されるので、一層悪化す
る。本発明の１つの目的は、これらの欠点の幾つかには
打ち勝つ、或いは少なくとも緩和する、サンプルの光学
分析実施用の技法を提供することにある。生物学的、生
化学的、及び化学的サンプルの高速自動分析を許容し、
様々な異なった研究への使用が許容される程充分に融通
性のある光学分析技法を提供することが、又、本発明の
１つの目的である。これらの目的は、実質的に表面上に
焦点を絞る光ビームを使用してサンプルの付着している
表面を走査する、オーディオやビデオ コンパクト デ
ィスクの分野で開発されてきている技術を、適合させる
ことによって達成される。検出器は、この表面で反射さ
れる、又は、この表面を通って伝達される光を検出する
ように、そして、検出光の分析から光ビームがサンプル
材料の干渉を受けたか否かを決定するように配置され
る。本発明の第１の観点に従えば、以下のステップを包
含する生物学的、化学的、又は生化学的サンプルの光学
検査を管理する方法が提供される。即ち、これらのステ
ップは、基盤上にサンプルを指示するステップと、放射
線源からの電磁放射線ビームを前記基盤の上に指向させ
るステップと、前記基盤に対して実質的に垂直な軸の廻
りに前記基盤を回転させて該軸に対しての半径方向成分
を有する方向の前記放射線源の移動をさせることにによ
って、前記基盤の上で電磁放射線ビームをスキャンする
ステップと、前記基盤及びサンプルで反射される放射線
及び／又は前記基盤及びサンプルを通って伝達される放
射線を検出して、該検出放射線に相当する出力信号を提
供するステップと、を包含する。本発明の第２の観点に
従えば、以下を備える、入射電磁放射線と干渉する材料
をサンプルが包含しているか否かを決定するべく、サン
プルの光学検査を自動的に実施するシステムが提供され
る。即ち、システムは、サンプルを支持するための表面
を有する基盤と、電磁放射線のビームを提供する電磁放
射線源と、前記基盤表面を横切って前記ビームをスキャ
ンさせる手段と、使用中は前記基盤とサンプルとで反射
される電磁放射線及び／又は前記基盤とサンプルを通過
する電磁放射線を検出するべく配置された検出手段と、
を備える。しかし、前記基盤は、現時点でのビームが指
向している前記表面上の場所を指示するディジタル記号
で暗号化した位置アドレス信号によって少なくとも前記
ビームの１部を変調するための分布電磁放射線変調手段
を備えられてなり、前記検出手段は、前記暗号化アドレ
スを決定するために、又、受信ビームが前記サンプルの
中に存在させられ得る前記材料のいずれかによって変調
されたものであるかを決定するために、変調電磁放射線
ビームの暗号解読をする配置にされてなっている。本発
明は、サンプルからの成分の存在と必要ならその光学特
性とを決定させるために、サンプルからの成分で被覆さ
れた表面の迅速スキャニングを可能ならしめている。こ
のシステムは、特に、高スループットでのサンプルの自
動検査を実施するのに適している。更には、基盤の中
の、又は基盤の上のアドレス情報の用意が、前記表面上
の電磁放射線ビームの正確な位置決めを可能ならしめ、
続いて前記表面上に付着した材料に対応する光学データ
の正確なマッピングを許容する。これは、前記表面上の
関心領域の容易で且つ迅速な再位置取りを可能ならしめ
る。本発明は、基盤表面上に特定抗原が被覆されている
場合にＥＬＩＳＡを実施するのに適している。この表面
は、次いで分析対象、従って特定酵素に露出され、結果
のサンプルが表面に結合した酵素を検出して定量化する
ためにスキャンされる。このシステムは、又、組織学的
分析の実施及び電気泳動に使用するゲル走行の定量的研
究に適している。好適には、電磁放射線は、例えば赤外
線、可視光線、又は紫外線のような光である。本発明の
第３の観点に従えば、以下を備える、入射電磁放射線と
干渉する材料をサンプルが備えるのか否かを決定するた
めのサンプルの光学検査を自動的に実施するためのシス
テムが提供される。即ち、システムは、サンプルを支持
する表面を有する実質的に平坦な基盤と、電磁放射線の
ビームを提供する電磁放射線源と、基盤の１つの側の上
に配置される基盤表面を横切る方向で前記ビームをスキ
ャンするための手段と、前記基盤及び前記サンプルで反
射される電磁放射線を検出するための第１検出器と、前
記基盤及び前記サンプルを通過する電磁放射線を検出す
るための第２検出器と、前記第１検出器及び第２検出器
に結合される、これらの検出器の出力の１方又は両者に
したがって前記ビームに前記基盤表面をスキャンさせる
ための、そして前記成分材料を検出させるための、制御
手段と、を備えている。上記本発明の第２の観点での好
適な実施例においては、制御手段は前記第１検出器及び
第２検出器によっ提出される出力信号間の差異を決定す
る配置になされており、この第１検出器及び第２検出器
の出力信号は、例えば基盤の支持表面とは反対側の上に
存在するごみのようなものから発生する信号上の人工物
なしに前記材料を検出する目的での検出信号を表現して
いる。基盤は、光ビームによって現時点でスキャンされ
ている領域を示すディジタル信号で暗号化される位置情
報によって光ビームを変調する分布アドレス手段を用意
され得るものである、検出器の１方又は他方は光ビーム
が入射する場所のアドレスを決定するための受信光信号
を暗号化する配置にされている。本発明の第４の観点に
従えば、以下を備える、入射電磁放射線と干渉する材料
をサンプルが包含するか否かを決定するためのサンプル
の光学検査を自動的に実施するためのシステムが提供さ
れる。即ち、システムは、ディジタル信号で暗号化され
るデータ、及びサンプル支持表面を表現する入射電磁放
射線と干渉するための複数の動揺を形成されている上側
表面の上にプラスチック ベースの層を備えるディスク
と、電磁放射線のビームを提供するための電磁放射線源
を包含するディスク読取装置、ディスクの上側表面を横
切るビームをスキャンするためのスキャニング手段、及
びディスクと前記サンプル成分とで反射する及び／又は
ディスクと前記サンプル成分とを通って伝達される放射
線を検出するための電磁放射線検出器と、前記ビームに
実質的に垂直な軸の廻りにディスクを回転させるための
手段と、を備える。ここでは、ビームは、ディスク上に
ディジタル信号で暗号化される情報によって変調される
のに加えて、ディスクの支持表面に付着されている前記
材料のいずれかによって追加して変調される。前記電磁
放射線は、赤外線又は紫外線が適し得たとしても、好適
には可視光線である。好適には、ディスクは、表面上に
前記ディジタル情報を刻印されるか、さもなくば造り出
されるかした透明プラスチックの下側層を備える。この
表面は、部分的に反射する層、例えばアルミニウムで被
覆され、この反射層は順次透明プラスチックの更なる層
で被覆され得る。上記の本発明の第４の観点での１実施
例の中では、ディスクの上側表面は、表面上で成長する
細胞のための成長及び付着の手掛かりを提供するように
配置された３次元表面トポロジーを備えられている。例
えば、この表面は、細胞を選定方向に整列せしめるため
に直角格子を備えられ得る。代替案としては、成長及び
付着の手掛かりは、例えば、例示的には写真石版術を使
用して造りだす繊維ネクチンのようなものを使って表面
の化学的パターンの形成を行うことにより用意され得
る。上記の本発明の第４の観点での他の１実施例の中で
は、ディスクの上側表面は、蛋白、DNA等々での電気泳
動の実施に適しているゲルで被覆される。ゲルの半径方
向に泳動するために、第１電極はディスク中心に用意さ
れ得るが、ここでは第２電極はディスク周縁を巡って用
意される。容器は分析対象物がその中に設置されるゲル
の中に形成され得る。本発明の実施するシステムに目盛
りを付けるために、ディスクは、例えば一連の２５６の
グレー レベルの目盛り付きのトラックを用意され得
る。これらのレベルはインク ジェット プリンターを
使用してトラック表面上に印刷され得る。本発明の第５
の観点に従えば、システムの中で使用するための基盤が
用意されるが、このシステムは、入射電磁放射線と干渉
する材料が、システムの測定を可能ならしめる事前形成
の測定目盛を包含する基盤の表面上に存在するのか否か
を決定するために基盤の上の光学検査を実施するように
配置されている。好適には、測定目盛は、度合いを変え
て光を反射又は伝達する等級付きの一連のグレー領域で
ある。この目盛は、インク ジェット プリンターを使
用して基質表面上に印刷され得る。本発明の第６の観点
に従えば、以下を備える、基盤上に支持される生物学
的、化学的、又は生化学的サンプルの光学検査を管理す
るための装置が提供される。即ち、この装置は、基盤を
支持して基盤に実質的に垂直な軸の廻りに基盤を回転さ
せるための手段と、電磁放射線ビームを提供するための
電磁放射線源と、基盤を回転させるための手段との組合
せで放射線ビームが基盤上をスキャンさせられ得るよう
に前記軸に対する半径方向成分を有する方向に搭載サン
プルを超えて放射線源を移動させるための駆動手段と、
基盤及びサンプルで反射される放射線又は基盤及びサン
プルを通って伝達される放射線を検出して、検出放射線
に対応する出力信号を提供するための検出器手段と、を
備える。本発明をよりよく理解し得るように、又は如何
にして本発明が効果をもたらし得るのかを示すために、
本発明の実施例が付属図面を参照して例示法によっ記述
される。上記で議論したように、材料の定量分析の目的
で、又は、材料の誘導される又は抽出されるサンプルの
目的で、材料が付着される表面を光学的にスキャンし得
ることは望ましいことである。図１は、簡略化形態で、
このことを達成せしめるシステムを図解する。このシス
テムは、平坦な上側及び下側表面を随伴するディスクの
提供を行う透明プラスチック材料の下側層及び上側層
２、３を備える（他の適切な形状の支持基盤が使用され
ても差し支えないけれども）円形ディスク１を使用す
る。金属薄層４が２つのプラスチック層の間でサンドイ
ッチにされるが、この金属薄層４が光反射表面を提供す
る。プラスチックは、光学分析される材料が従来型の基
盤の上に付着されたのと同一の方法で、光学分析される
材料がディスクの上側表面に付着され得るようなどのよ
うな適切な材料であっても差し支えない。システムがＥ
ＬＩＳＡを実施するために使用されるのであれば、適切
な抗体がディスクの上側表面に結合される（が、この場
合、何らかの事前の表面調合が必要となり得る）。表面
は、それから、例えば血液血漿のような試験をされるサ
ンプルの中の抗原を抗体に結合させるために試験サンプ
ルに露出される。表面は、それから、どのような過剰な
非結合材料をも除去するために洗浄され、適切な酵素を
接合された抗体５に露出され、この抗体５は結合抗体に
付着する。結合酵素５は、着色沈積物生成のために基盤
と反応させられて、見えるようになり得る。沈積物は、
ディスクの上側表面の上に多重の小さな不透明パッチを
付与する。このシステムは色彩変化又は他の光干渉変化
を生み出す他のタイプの分析に対しても同じように適用
可能である。ディスクを回転せしめる（図１には示され
ていない）駆動手段によって駆動される回転可能軸６の
上にディスクは搭載される。光学ブロック７は、ディス
クの上を覆って搭載され、実質的に直線のトラック沿い
に移動可能になっている。光学ブロック７は、平行にな
っていてレンズ配置１０によってディスク１の表面上に
焦点を結ばれる可干渉の光ビーム９を生成するレーザー
ダイオード８を備える。光学ブロックは、又、ディス
ク内の金属層表面で反射する光を検出するための検出器
１１を備える。レンズ配置１０は、垂直偏光のみの通過
を許容する偏光プリズム１２と、光を４５°回転せしめ
る（図示していない）１／４波長板とを包含する。運転
中、ディスクは、駆動手段により、光学ブロックに対し
て相対的に回転させられる。光学ブロック手段によって
静止しているレーザー ダイオードによって生成される
光ビームは、ディスクの円形トラックを巡って動く。光
学ブロックの直線トラック沿いに光学ブロックを移動さ
せることにより、どの選定されたディスクの円形トラッ
クを巡ってでもレーザー ビームをスキャンすることが
可能である。光吸収材料の存在しないディスクの表面領
域では、光は上側プラスチック層を通り抜けて金属層で
反射され、上側プラスチック層を通って光学ブロックへ
と舞い戻る。光学ブロックに進入する光は、先ず１／４
波長板に遭遇して更に４５°回転させられ、それから偏
光プリズムに進入するが、偏光プリズムは、反射光の偏
光が１８０°回転されるので光を９０°曲げて検出器の
方向へ向かわせる。光ビームが光吸収材料の存在するデ
ィスクの表面領域に入射すると、光はディスクの上側プ
ラスチック層の出入口の両方でこの材料によって吸収さ
れ、検出器１１に受け容れられる光は実質的に削減され
る。検出器１１は、検出器出力を蓄積するデータ解析及
び収集システムに結合される。このシステムは、出力を
連続アナログ信号として、又は表面の減少解像度イメー
ジを表わす離散型のディジタル サンプルとして蓄積す
ることが可能である。後者を想定すると、サンプリング
速度は利用可能なデータ蓄積能力にフィットするように
変化させられ得る。分析対象物の検出を実行するため
の、記述されている限りの光学的、機械的、及び電気的
な手段は、実質的にはコンパクト ディスクからのデー
タ読み取りに従来から使用されているものと同様であ
る。このような従来型のシステムの１つが、教科書‘デ
ィジタル オーディオ及びコンパクト ディスク工
学’、第２版、ラック バート他編（欧州ソニー サー
ビス センター）、ニューネス、１９９４年の中に記載
されている。図１のシステムは、部分の実際の場所自身
が意味を有していないときには、ディスク表面又はその
表面の部分のイメージを取得するのに適している。しか
しながら、例えば、ＥＬＩＳＡがその領域内のみで実施
されたような場合、或いは関心のある特定領域を又見た
い時には、ディスク表面の選定区域のスキャンの可能な
ことが望まれ得る。従来型コンパクト ディスクは、下
側プラスチック層１４の上側表面上に（例えばバンプ又
はピットのような）一連の動揺１３を作成し、従ってア
ルミニウムの薄層のような反射層１５でこの表面を被覆
することによってディスクの中間領域内でディジタル情
報を暗号化する。反射層はそれから透明プラスチック層
１６で覆われるが、この透明プラスチック層は中間層の
保護を提供する（図２）。ディジタル信号として位置情
報を図２のディスクの中に暗号化するために、これと同
一の技法を使用することは可能である。位置原点がディ
スク中心にあると仮定すると、最も内側の円形トラック
又はスパイラル上の第１の位置は、（バイナリー表示
で）位置コード ゼロとしるしを付けることが可能であ
る。位置コードは、最も内側のトラックを巡る（例えば
各２乃至３μｍ毎の、或いは他の如何ような適切な間隔
での）離散位置に、各位置間で１だけ増分を付与してし
るし付けすることが可能である。同様に、コードはトラ
ックからトラックへ増分を付与される。代替案として
は、アドレス情報は、サーボーコードが磁気フロッピー
（登録商標）及びハード ディスク上で暗号化されたの
と同一の方法で、トラック／扇形配置に従って分配され
得る。不透明材料で覆われていないディスクの表面領域
の上では、ディスク上側表面上に入射する光は、上側透
明プラスチック保護層を通って伝達されて反射層の上に
投射される。この光は反射金属コーティングで反射され
るが、この反射金属コーティングが入射光を発散せしめ
て検出器に直接的に反射光を舞い戻らせなくさせるバン
プの上に在る場合は除外される、検出器からの出力は、
それ故、現時点でスキャンされているディスク表面のア
ドレス決定のために復調され得る。不透明物質が入射光
ビームを反射するというよりも、むしろ実質的に吸収さ
れてしまうようなディスク表面領域に亘っては、検出器
出力には位置情報は存在しない。しかしながら、不透明
物質の密度が比較的低い場合には、アドレス情報中のギ
ャップはそれ程重要ではないかも知れない。しかしなが
ら、アドレス情報がより決定的な状況の中では、より精
巧なシステムが利用され得て、このようなシステムに対
する光学装置が図３に示してあるが、この光学装置は、
上述のような中間層に亘ってディジタル信号で暗号化さ
れて分布されているアドレス情報を有するディスクを使
用させる。このシステムは、又、反射層が、（例えば４
０％のような）有意比率で入射光を伝達させ得るという
事実を使用させている。図１のシステムでのように、第
２の実施例のシステムは、ディスク１８を搭載する（図
示していない）軸と、ディスクの上側表面に関係する直
線トラック沿いに光学装置を移動させる手段とを包含し
ているが、この軸１７がディスクを回転せしめる。回転
及び位置換え手段は、単純化のため図２には図示してい
ない。図３の光学システムは、光源１９を備えるが、こ
の光源は、ディスクの下に配置された例えば半導体レー
ザー又は光放射ダイオードであってもよい。光源の出力
ビーム２０は、光学軸２０ａを上方へ偏光プリズム（ビ
ーム スプリッター）２１の方へと向けられ、この偏光
プリズムは付与の偏光のみ、即ち、レーザーから直接受
光された光のみを通過させる。伝達された光は、それか
ら、ディスク内の反射層の下側表面２３の上に光の焦点
を結ばせる配置にされた第１レンズ２２の上に入射す
る。コンパクト ディスク上に入射する光の１部は反射
層を通り抜けて伝達されてディスクの上側表面から出て
いく、ディスクの上側表面に付着したどの材料もディス
クを出る光に干渉するであろう。干渉を受けなかった伝
達光は、ディスクの上側表面上に焦点を結ぶ平行光化レ
ンズ２４に受け容れられ、このレンズ２４は受け容れた
光を部分的透明鏡２５の上に向かわせ、順に、この部分
的透明鏡２５は、入射光の１部を透過させる一方で、残
りを直角方向に反射せしめる。部分的透明鏡を直接通過
する光は、検出器Ｄ２の検出表面上に光の焦点を結ばせ
る次のレンズ２６の上に入射する。部分的透明鏡２５に
よって直角方向に反射された光は、検出器Ｄ３の上に光
の焦点を結ばせるレンズ２７の上に入射する。既に前記
したように、ディスク内の反射層上に入射する光の１部
は、偏光プリズム２１へ戻る方向に光を向ける平行光化
レンズとして作用する第１レンズ２２の方向に向けて反
射し舞い戻る。この反射光は、今度は水平方向に偏光さ
れて偏光プリズムで直角方向に、光学軸に向けて反射さ
れる。この反射光は第４レンズ２８に受け容れられ、第
４レンズ２８は検出器Ｄ１の上に受容光の焦点を結ばせ
る。反射層によって反射された光は、ディスクの中にデ
ィジタル信号で暗号化される情報で変調され、その結
果、検出器Ｄ１からの出力も同様に変調されるであろ
う。この光はディスクの上側表面から出ていくことはな
いので、この光はディスク上側のサンプル支持表面に付
着した材料の干渉を受けることはなく、アドレス情報は
最小エラーのＤ１出力から決定され得る。図２には図示
されていないけれども、ディスクの下に置かれる光学ブ
ロックは、又、従来型のコンパクト ディスク プレー
ヤーの中に使用される方法と類似の方法でディスクのト
ラックの正確な追尾を可能ならしめる追尾光学装置を編
入している。追尾光学装置は、レーザーからの出力を３
本の平行ビームに分割する回折格子を備え、この３本の
平行ビームは、その後僅かに空間的に隔離した３つの輝
点を提供するように第１レンズによって焦点を結ばせら
れる。この輝点間の間隔は、中央の輝点が直接１つのト
ラックの中央の上にある時他の２つの輝点がそのトラッ
クのどちらかの横にあるように採られる。検出器Ｄ１
は、実際には、反射光を受け容れるビーム輝点間の間隔
と等しい間隔を有する３つの隣接する検出器を備える。
レーザーを正しく整列させるために、レーザー位置は、
中央検出器からの出力が最大になり、横にある２つの検
出器からの出力が最小になるまで調整される。フィード
バック制御システムが正しい追尾を維持するために使
用される。検出器Ｄ２によって提供される出力は、ディ
スク上に暗号化されるディジタルのアドレス情報で変調
され、光吸収材料がディスクの上側表面に付着していな
い場合には、実質的に検出器Ｄ１出力の形態となる、即
ち、Ｄ１とＤ２との出力信号比が一定になるであろう。
しかしながら、光吸収材料がディスクの上側表面上に存
在すれば、この材料は、反射層を通って伝達される光と
干渉し、検出器Ｄ２からの出力は低下する、一方で、Ｄ
１からの出力は一定に維持されるであろう。したがって
Ｄ１とＤ２との出力信号比が変化するであろう。ディス
クの表面に付着する材料が、例えば金標識付のように反
射性であれば、Ｄ１の出力は上昇し、一方Ｄ２の出力
は、光ビームがこの材料をスキャンする時低下するであ
ろう。Ｄ１対Ｄ２の比はこのような材料の存在を示すで
あろう。図４は、結合材料が吸収性ではあるが反射性で
はない場合を図解し、（Ａ）に変色細胞２９が表面付着
されている典型的なディスクを貫通して採られた断面図
を示す。支持表面より下の反射層はディジタル アドレ
ス１０１０１で暗号化される。ビームがトラック沿いに
スキャンするにつれて、（図４Ｂの）検出器Ｄ１とＤ２
との出力信号間の比率は、上側表面が細胞で覆われてい
ない所では一定に維持される。しかしながら、細胞が上
側表面を覆うように図示されている中央領域では、検出
器Ｄ２で生成される信号は低下し、その結果、Ｄ１とＤ
２とで生成される信号比（図４Ｃ）は同様に低下する。
図５は、システムを通るデータのフローを矢印で示して
ある、図３の実施例を制御するためのシステムのブロッ
ク図を示している。検出器Ｄ１とＤ２とからのアナログ
出力は、この両出力の比率を決定する集積回路３０に受
け容れられる。この比率は、それからＡＤ変換器３１に
よってディジタル形態に変換され、ビットストリーム変
調を使用する圧縮のためのビットストリーム発生器３４
に伝達される。ディジタル信号で暗号化されるアドレス
情報を表わす検出器Ｄ１からの出力も又、圧縮のために
アドレス ビットストリーム発生器３３に伝達される。
２チャンネル ビットストリーム データはビットスト
リームのマージと表示ユニットに受け容れられるが、こ
のユニットは蓄積用及び表示用にデータを処理する。デ
ィスクを通って伝達される光強度における変動のより厳
密な測定を準備するために、検出器Ｄ３が用意される
が、（これは光学的なものであるけれども）この検出器
は、開口５３、レンズ２７、及びピンホール配置３５を
介して部分的透明鏡からの光を受け容れる。この配置
は、光が検出器Ｄ３に受け容れられるディスク表面領域
を効果的に減少させ、又、焦点深度を小さくする。検出
器Ｄ２の出力又はＤ１：Ｄ２比が事前決定のしきい値を
超えたならば、検出器Ｄ３の出力が、ディスク表面を検
分する解像度の増強のために使用され得る。検出器Ｄ２
とＤ３との組合せでの使用は、システムが検出器Ｄ３の
みを使用した場合に検出器Ｄ３が発生させるであろうと
思われるエラーを阻止する。Ｄ３は、代替的に、例えば
ディスク表面に付着の材料によって放射される蛍光を検
出するための第２のタイプの検出器を用意し得る。図６
は、更なる本発明の１実施例を示すもので、この中で
は、図４及び図５の実施例で提供されるものよりも位置
情報精度がいくらか低下するけれども、絶対位置情報が
決定され得る。しかしながら、ディスク構造はかなり単
純化されている。この光学検査システムは、‘Ｕ’形状
アームを有し、このアームには、アームの上下端にそれ
ぞれ取り付けられる光源５２と検出器３８とが付属す
る。光源及び検出器は、レーザー制御装置３９及びバッ
ファー４０に接続され、後者はＡＤ変換器４２及びデー
タ記憶４３を経由してパソコン４１に検出信号データを
転送するような配置にされている。検査されるサンプル
が上に付着する又は上で支持されるディスク４４は、回
転可能なスピンドル４５の上に搭載され、このスピンド
ル４５はアーム３６の中間部４６に平行に横たわる。ス
ピンドル４５はスピンドル モーター４７によって駆動
される。光源３７及び検出器３８の光学軸は軸Ａ−Ａ沿
いに相互に整列される。アーム３６はステッパー モー
ター４８に結合され、ステッパー モーター４８がディ
スク４４の平面に平行な平面内でアームを正確に回転さ
せ、そのようにしてアームとディスクの回転が、組合せ
で、光源／検出器配置にディスクの使用可能表面全体を
横切ってスキャンさせることを許容する。ステッパー
モーター４８は運動制御装置４９によって制御され、運
動制御装置４９は、順に、コンピュータ４１によって制
御されて、このようにしてスピンドル４５の相対位置は
６μｍの精度以内で決定され得る。ディスクは完全に透
明な材料のものであるが、しかし、上側円周部の表面部
分を巡る黒色のバー５０が用意されている。このバー５
０は、検査システムに対する角度目盛調査マークとして
の働きをなす。ディスクの検査が必要な時には、アーム
３６は最外側のホーム位置に動かされ、ここでは光源／
検出器配置がディスク４４の外に置かれる。この位置で
は、レーザーと検出器とが一定の最大出力信号を保証で
きるように較正される。アーム３６は、それから光源／
検出器配置を移動させるべく回転される。ディスク端縁
が検出されると、アームは較正マーク５０が光ビームを
遮るまで静止状態に保たれる。較正マーク５０の前方端
は、検出器の角度位置が照合され得る原点を提供し、一
方、ディスクの端縁は半径方向位置の原点を提供する。
ステッパー モーター４８及びスピンドル モーター４
７の正確さの故に、それから光源／検出器配置のディス
クに対する相対位置を厳密に決定することが可能であ
る。図６のシステムでは、ディスク４４は、上側表面の
中に形成される複数の容器乃至は陷凹５１を備える。容
器は検査されるべきサンプルを包含し、例えば微量滴定
によって一杯にされる。ディスク表面全体をスキャンす
るよりも、むしろ、パソコンは光源／検出器配置に１つ
の容器から他の１つの容器へのディスク表面上のステッ
プを刻ませるような配置になされ得る。これは、較正マ
ーク及びディスク端縁から得られる正確な位置情報によ
って可能にされている。図７は、このシステムに対する
制御プロセスの流れ図を示す。図６のシステムは、光源
５２及び検出器３８が両者共、サンプルが支持される表
面の上又は下の反射被覆を備えてなるディスクの同一の
側の上に配置されるように修正され得る。この配置で
は、検出器は反射被覆で反射される光を検出する。この
配置の主な２つの利点は、サンプルを支持していないデ
ィスクの表面が光伝達経路の中に横たわっていないが故
に、サンプルを支持していないディスク表面が安全に取
り扱われ得ることと、光が光源から検出器への伝播の中
で２回サンプルを通過しなければならないので、光学検
査プロセスの中での信号雑音比を増大させ得ることとで
ある。種々な修正が本発明の範囲を逸脱することなく上
記の実施例に対してなされ得ることは明らかなことであ
ろう。例えば、ディスクの支持表面は可視光線よりはむ
しろ赤外線又は紫外線の放射線でスキャンされ得る。表
面に付着の材料の中で蛍光を励起する放射線を使って表
面をスキャンすることも、放射波長で光を検出する（Ｄ
２又はＤ３）の検出器配置を使用することも又可能であ
る。支持表面がディスクに対して内部側にあってディス
クの上側表面ではないような方法でディスクを構成する
ことも又可能である。これは、サンプルが取扱いによっ
て損傷を受けることがないことと、正確なサンプル量が
分析され得ること、という利点を備え得る。（例えば、
蛋白、ＤＮＡ等々を同定するべく、）走行するゲルに対
してシステムを使用させるために、適切なゲルがディス
クの上側表面の上に用意され得る。ゲルを横切ってポテ
ンシャルを掛けるための電極が上側表面上に一対に形成
され得るし、或いは印刷され、さもなくば蒸着され得
る。電極は、半径方向に或いは円周方向に隔離して配置
され得る。中に走行させられる材料が置かれ得るよう
に、ピットがゲルの中に用意され得る。上記の実施例に
対する他の１つの修正は、例えばＣＣＤ配列のようなフ
ォトダイオード配列での光検出器の置換を包含する。配
列の好適な形態は、ディスクに関して半径方向に延びる
直接配列である。光源はダイオード配列に整列して半径
方向に延びる光ラインを発生させるように配置されるレ
ーザー ライン ジェネレーターの形態を採るであろ
う。ある程度の光倍率がシステム解像度の偏光を許容さ
せるために光源とジェネレーターとの間に組み入れられ
得る。ディスクの各回転の後に、光源／検出器配列は、
レーザー ラインの長さだけ内側方向にステップを刻む
ことになるであろう。この配置の利点は、より高速であ
り、より高解像度であることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるシステムの第１の実施形
態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態で使用するためのディスクの一
部を拡大スケールで描いた断面図である。
【図３】本発明を適用してなるシステムの第２の実施形
態の概略構成を示す側面図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）は、図３に示す検出器Ｄ１及
びＤ２からの出力のグラフを図解したものである。
【図５】第２の実施形態の制御システムを示す概略線図
である。
【図６】本発明を適用してなるシステムの第３の実施形
態の概略構成を示す斜視図である。
【図７】第３の実施形態の制御システムを示す概略線図
である。
【符号の説明】
１ ディスク ２ 上側層 ３ 下側層 ４ 金属薄層 ５ 抗体 ８ ダイオード ９ 光ビーム １０ レンズ配置 １１ 検出器 １２ プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G043 AA04 BA16 BA17 DA02 DA06 EA01 EA19 FA02 GA07 GB19 HA07 HA15 KA01 KA02 KA03 KA09 LA03 2G058 AA01 AA09 CC01 CC14 CD04 CF18 CF22 GA02 GE04 2G059 AA05 BB12 BB16 CC16 DD12 DD13 EE01 EE02 EE09 GG01 GG02 GG09 HH01 HH02 HH03 JJ11 JJ12 JJ20 JJ22 KK04 MM01 MM09 MM10 NN05

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基盤の上に生物学的、化学的、又は生化
    学的なサンプルを支持するステップと、 前記基盤の上に電磁放射線のビームを指向させるステッ
    プと、 前記基盤に対して実質的に垂直な軸の廻りに前記基盤を
    回転させることによって、及び該軸に対する半径方向成
    分を有する方向に電磁放射線源を移動させることによっ
    て前記基盤の上で前記電磁放射線ビームをスキャニング
    するステップと、 前記基盤とサンプルとで反射される、及び／又は前記基
    盤とサンプルとを通って伝達される放射線を検出して、
    該検出放射線に対応する出力信号を提供するステップ
    と、 検出される前記サンプル上の情報を抽出するべく前記出
    力信号を分析するステップと、 を包含してなり、 スキャンが前記基盤に関して整列され得るように、前記
    基盤上に準備される分布電磁放射線変調手段による少な
    くとも前記放射線ビームの一部の変調から生ずるディジ
    タルな位置アドレスを抽出するべく、スキャニング ス
    テップの間に前記出力信号を同時的に分析するステッ
    プ、 によって特徴づけられる、生物学的、化学的、又は生化
    学的なサンプルの光学検査の処理方法。
  2. 【請求項２】 単一の放射線源から前記基盤へ向けて単
    一の放射線ビームを指向させてなる、請求項１に記載し
    た光学検査の処理方法。
  3. 【請求項３】 前記サンプルが前記基盤の第１の側の上
    に支持され、反射手段、即ち、前記分布電磁放射線変調
    手段と一体化された反射手段が前記基盤の第２の側の上
    に配置されてなり、前記サンプルの第２の側の上に前記
    電磁放射線のビームを指向させるステップと、該第２の
    側で反射される磁放射線を検出するステップと、前記基
    盤を貫通して伝達されて第１の側を貫通して前記基盤か
    ら出て行く放射線を追加して検出するステップと、を包
    含してなる、ここに前記反射放射線の分析が前記アドレ
    ス情報を提供し、第２ビームの分析が検査されるべき前
    記サンプル上の情報を提供してなる、請求項２に記載し
    た光学検査の処理方法。
  4. 【請求項４】 前記電磁放射線が紫外線と赤外線との間
    のスペクトル内の波長を有する光である、前記請求項の
    いずれかに記載した光学検査の処理装置。
  5. 【請求項５】 基盤を支持して該基盤に実質的に垂直な
    軸の廻りに該基盤を回転させるための手段と、 電磁放射線のビームを提供するための手段と、 前記放射線ビームが、前記基盤を回転させるための手段
    と組合されて前記基盤の上をスキャンするように、前記
    軸に対する半径方向成分を有する方向に前記基盤上に支
    持される生物学的、化学的、又は生化学的なサンプルを
    超えて前記放射線ビームを移動させるための駆動手段
    と、 前記基盤とサンプルとで反射される、又は前記基盤とサ
    ンプルとを貫通して伝達される放射線を検出して該検出
    放射線に対応している検査されるべき前記サンプルによ
    る前記放射線ビームの変調によって生成される情報を包
    含する出力信号を提供するための検出器手段と、 を備えてなり、 前記基盤の上に備えられる放射線変調手段によって前記
    放射線ビームの上に変調されたディジタルのアドレス情
    報又は目盛付け情報を前記出力信号から同時的に抽出す
    るための暗号解読手段と、前記基盤でのスキャンを整列
    させるために該情報を使用するための手段と、 によって特徴づけられる、基盤上に支えられた生物学
    的、化学的、又は生化学的なサンプルの光学検査の処理
    装置。
  6. 【請求項６】 前記検出手段が、光検出器の直線列であ
    る、請求項５に記載した光学検査の処理装置。
  7. 【請求項７】 前記検出手段が、ディスクに関して半径
    方向に延びる光検出器の直線列である、請求項６に記載
    した光学検査の処理装置。
  8. 【請求項８】 前記基盤を搭載可能ならしめて回転可能
    ならしめる搭載手段に協力するための手段を備えてな
    る、請求項５乃至７のいずれかに記載した光学検査の処
    理装置で使用するための基盤。
  9. 【請求項９】 前記放射線ビームを変調するために備え
    られる較正マークを有する実質的に透明なシートを備え
    てなる、請求項５に記載した光学検査の処理装置で使用
    するための請求項８に記載した基盤。
  10. 【請求項１０】 前記放射線ビームが入射する前記基盤
    の表面上の位置が決定され得るように、ディジタル信号
    で暗号化されたアドレス情報によって前記放射線ビーム
    の少なくとも一部を変調するための分布放射線変調手段
    を備えてなる、請求項５に記載した光学検査の処理装置
    で使用するための請求項８に記載した基盤。
  11. 【請求項１１】 前記分布電磁放射線変調手段が、空間
    的に隔離されたアドレスのコード シーケンスを包含し
    てなる、請求項１０に記載した基盤。
  12. 【請求項１２】 前記サンプルを受け容れるべく配置さ
    れた３次元の微細構成を有するサンプル支持表面を備え
    てなる、請求項８乃至１１のいずれかに記載した基盤。
  13. 【請求項１３】 光学特性での変化を生成するために前
    記サンプルと相互作用をする配置になされた化学試薬又
    は生化学試薬を備えるサンプル支持表面を備えてなる、
    請求項８乃至１１のいずれかに記載した基盤。
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