JP2008191147A - 光学キャビティデバイス及び光学キャビティ出力光を感光する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学キャビティ出力光を一個以上のICにより感光する方法を概略的に包含する種々の技術を提供する。
【解決手段】検体22が不在のとき、キャビティ20は、グラフ24における如き強度／エネルギ・ピーク26および28を備えた出力光を提供する。検体22が存在すると、キャビティ20は、検体により影響された出力光であって異なる強度／エネルギ・ピーク30および32を備えた出力光を提供する。各ピークの中心エネルギは、たとえば検体22の屈折率変化によりシフトされる。ピーク32の振幅およびコントラストもまた、たとえば検体22による吸収量変化の故に、ピーク28から減少される。また、増大した吸収量の故に、ピーク32のFWHMもピーク28から増大される。検体により影響された出力光は、たとえば層状透過構造などの構成要素14を介して透過される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学キャビティデバイス及び光学キャビティ出力光を感光する方法に関する。

2005年の化学および生命科学に対する小型システムに関する第9回国際会議記録、第464〜466頁におけるリァング・エックス・ジェー(Liang X. J.)による“癌診断用途のためのバイオフォトニック・チップを用いた単一生細胞の屈折率測定(Refractive Index Measurement of Single Living Cell Using a Biophotonic Chip for Cancer Diagnosis Applications)”という論文は、単一生細胞の屈折率測定を実施する技術を記述している。

Refractive Index Measurement of Single Living Cell Using a Biophotonic Chip for Cancer Diagnosis Applications（2005年の化学および生命科学に対する小型システムに関する第9回国際会議記録、第464〜466頁）

光学キャビティ出力光を感光する優れた技術などの、光学キャビティに対する優れた技術を提供することが望ましいであろう。

本発明は、光学キャビティ出力光を一個以上のICにより感光する方法を概略的に包含する種々の技術を提供することを目的とする。

上記の目的を果たすために、本発明のデバイスは、検体を収容することができる少なくとも一個の光学キャビティを含む光学キャビティ構成要素であって、検体が不在のときに上記光学キャビティは第1強度／エネルギ関数を有する出力光を提供し、検体が上記キャビティ内に存在するときに該光学キャビティは検体により影響された出力光を該キャビティから提供し、上記検体により影響された出力光は上記第1強度／エネルギ関数とは異なる第2強度／エネルギ関数を有するという光学キャビティ構成要素と、
感光IC構成要素と、
上記第1および第2強度／エネルギ関数に応じて上記感光IC構成要素上に第1および第2の横方向変化光子エネルギ分布を夫々提供する横方向変化透過構成要素であって、上記第1および第2分布は異なり、該第1および第2分布に応じて上記感光IC構成要素は第1および第2検知結果を夫々提供し、上記第1および第2検知結果は各々、夫々の分布に関する位置、サイズおよび強度の情報の内の少なくともひとつの情報を含み、上記第1および第2検知結果は異なるという横方向変化透過構成要素と
を備えて成ることを特徴とする。

上記の目的を果たすために、本発明の方法は、検体を収容することができると共に、検体が不在のときには第1強度／エネルギ関数を以て出力光を提供する光学キャビティを使用する方法であって、
上記キャビティ内に検体が存在するときに、検体により影響された出力光を該キャビティから提供する段階であって、上記検体の存在の結果として、上記検体により影響された出力光は上記第1強度／エネルギ関数とは異なる第2強度／エネルギ関数を有するという段階と、
上記検体により影響された出力光を上記光学キャビティから、横方向変化する光子エネルギ分布を備える光を提供する層状透過構造を介して感光IC上に透過させる段階であって、これに応じて上記感光ICは位置、サイズおよび強度の内の少なくともひとつに依存する検知結果を提供するという段階と
を備えて成ることを特徴とする。

上記の目的を果たすために、本発明の他の方法は、検体が不在とされて励起されたときに光子エネルギの第1部分的レンジ内で出力光を提供するレーザ・キャビティを使用して検体に関する情報を獲得する方法であって、
上記レーザ・キャビティ内に検体を存在させて、検体により影響された出力光を上記第1部分的レンジとは異なる光子エネルギの第2部分的レンジ内で上記レーザ・キャビティが提供する様に該レーザ・キャビティを励起する段階と、
上記検体により影響された出力光を上記レーザ・キャビティから、横方向変化する光子エネルギ分布を備える光を提供する層状透過構造を介して感光ICに対して透過させる段階であって、上記第2部分的レンジにおいて上記検体により影響された出力光に応じて上記層状透過構造は上記感光IC上に光スポットを提供し、これに応じて上記感光ICは上記光スポットの位置に依存する検知結果を提供するという段階と、
上記検知結果を使用して上記検体に関する情報を獲得する段階と
を備えて成ることを特徴とする。

光は、多様な種類のパルス式もしくは非パルス式のレーザおよびレーザ構造、発光ダイオード(LED)、スーパールミネッセントLED、共振キャビティLED、広帯域光源など、種々の“光源”によって得ることができる。

定数cは、真空中における光の速度である。光がcより低速で伝搬する場合には“光学距離”もしくは“光学的厚さ”が求められ、たとえば、ε≦1として速度が一定ε*cであるという任意の長さdに対し、光学距離D(ε)=d／εである。

以下における各実施形態は、検体および光学特性などに関する情報を選択的に獲得する際の問題に対処している。ひとつの問題は、単純なフィルタ式の光学系により常には達成され得ない嵩高くて高価な機器なしで高い波長解像度を迅速に獲得する上での困難性である。別の問題は、僅かな吸収量変化を検出するためには光と検体との間における長寸の相互作用長さが必要とされることから、大量の検体を必要とする大寸のサンプル・チャンバが必要とされることである。また、光強度ではなく波長に対して感度を提供することも問題となり得る。

“集積回路”すなわち“IC”は、微小作製プロセスまたは類似プロセスにより作製された電気的な構成要素および接続部分を備えた構造である。

図１におけるシステム10は、光学キャビティ構成要素12、横方向変化透過構成要素14および感光IC構成要素16を含んでいる。示された如く、構成要素12内のキャビティ20は検体22を含むことができる。

“光学キャビティ”という用語は、当該光透過領域内において光の測定可能部分が該領域と交差して２回以上反射される如く、複数個の光反射構成要素により少なくとも部分的に境界付けられた光透過領域を指している。

光学キャビティは、夫々の出力光エネルギの部分的レンジに対して複数の“モード”を有することができ、もしキャビティが透過的であれば、該キャビティを透過された出力光のモードは“透過モード”であり、且つ、該キャビティにより反射されたモードは“反射モード”である。

光子エネルギまたは位置などに関する強度関数は、多様な形状および特徴を有する。“ピーク”は最大値を有し、其処から、関数が急峻に下方に傾斜する。ピークは、ピークの最大値における“中央値”もしくは強度／エネルギ関数に対する“中心エネルギ”、ピークの最大値における“最大強度”、最大強度および近傍最小値の大きさに関する“コントラスト”、および、最大値と近傍最小値との間における強度の半値全幅(FWHM)の如き“中間強度幅”などの種々の特徴を有する。情報は、種々の様式でこれらの特徴においてコード化され且つ該特徴から復元される。

検体22が不在のとき、キャビティ20は、グラフ24における如き強度／エネルギ・ピーク26および28を備えた出力光を提供する。検体22が存在すると、キャビティ20は、検体により影響された出力光であって異なる強度／エネルギ・ピーク30および32を備えた出力光を提供する。各ピークの中心エネルギは、たとえば検体22の屈折率変化によりシフトされる。ピーク32の振幅およびコントラストもまた、たとえば検体22による吸収量変化の故に、ピーク28から減少される。また、増大した吸収量の故に、ピーク32のFWHMもピーク28から増大される。

検体は、該検体が光学キャビティの光透過領域の全てまたは一部内に在るときに、該光学キャビティ“内に存在する”。光学キャビティは、その出力光が、検体の光学特性の故に、検体が不在の場合と検体が存在する場合とで一定様式で異なるなら、“検体により影響された出力光”を提供する。

検体により影響された出力光は、たとえば層状透過構造などの構成要素14を介して透過される。構成要素14は、横方向位置の関数として光子エネルギが変化するという“横方向変化する光子エネルギ分布”を備えた光を提供し、該分布は構成要素16に対して提供される。

光子は、主として当該レンジまたは部分的レンジ内に在るなら、レンジまたは部分的レンジ“内で”ある。たとえば提供され又は透過された光子の60〜90%は典型的には、所定のレンジもしくは部分的レンジ内のエネルギを有するが、割合は更に低くまたは更に高くなり得る。一定の用途においては、90%または95%またはそれ以上が、所定レンジまたは部分的レンジ内のエネルギを有する。

構成要素16は、たとえば感光セルまたは位置感応検出器(PSD)のアレイなどの感光表面40を含む。検体22が不在のときにおける表面40上の分布は光スポット42および44を含むが、検体22が存在するときには光スポット46および48を含む。

“光スポット”は区別可能な所定パターンの光の領域であり、これに応じて感光構成要素は、該領域の位置から帰着する情報、または、少なくともその強度に関する情報を提供することができる。感光構成要素は多数のスポットを同時に受容することができると共に、各スポットが個別的に検知され得るならば各スポットは相互に対して任意に接近され得る。

一定の場合に感光構成要素は、区別可能な光スポットを受容しない場合でさえも、位置から帰着する情報であって、光子エネルギの部分的レンジの最大強度位置などの中心エネルギ位置に関する如き情報を提供することができる。所定領域内において局在化されたエネルギの部分的レンジに対し、その部分的レンジにおける強度からは、入射強度に関する如き情報が獲得され得る。

局所的強度は、感光の結果から検出可能な特徴において異なることがある。２つの強度／エネルギ・ピークは、中心エネルギ、振幅、コントラスト、FWHM(もしくは他の中間強度幅)、または、別の検出可能な特徴において異なる。光スポットは、位置、サイズまたは強度において異なることがある。横方向に変化するエネルギ分布は、位置、サイズまたは強度において異なるべく対応する局所的強度を含む。

検知結果は、位置、サイズまたは強度を含み、もしくは、それらを供給する所定様式で読取られ、且つ、異なる位置、サイズまたは強度の情報を含む。

強度／エネルギ・ピークの中心エネルギにおけるシフトはスポットの位置におけるシフトを引き起こし、スポット46はスポット42からシフトされ且つスポット48はスポット44からシフトされる。強度／エネルギ・ピークの振幅、コントラストおよびFWHMにおける変化は光スポットの強度における変化を引き起こし、スポット48はスポット44よりも低い強度を有し、減少した強度もしくはコントラストは増大したFWHMと相関する。サイズおよび強度における変化なしでシフトもしくは他の位置変化が生じ、逆も同様であり、且つ、位置、サイズおよび強度の全てにおいて変化が生じ得る。感光IC構成要素16は、光スポット42、44、46および48の位置、サイズおよび強度の内の少なくともひとつに依存する検知結果を提供する。

構成要素16は、その感光表面が個別のセルを含むか或いは連続的であるようなICであり得る。

検知結果は種々の様式で位置、サイズおよび強度に依存し得、PSDは位置に基づく又は強度に基づく出力電流を提供し得、アレイの各セルは電流を積分しまたは自由電荷キャリヤを蓄積することができるなどである。

構成要素12および14の間、または、構成要素14および16の間の光学的構成要素は、適切な光分布を提供して光学的フィードバックを最小限にすることができる。

“均一な光学キャビティ”は、当該光透過領域の反射表面同士の間に実質的に一定の光学距離Dを備える光透過領域を有する。均一な光学キャビティは、レーザ・キャビティの如き発光キャビティとして、または、ファブリーペロー干渉計のような透過キャビティとして、出射表面にて出力光を提供することができる。

キャビティのスペクトルにおいて、強度／エネルギ・ピークの最大値(および、反射帯域間の相補的最小値)は光子エネルギの関数として離間され、且つ、隣り合うピークの中心エネルギ同士の間の差は“自由スペクトルレンジ”または“FSR”と称される。

各ピークの波長λは、nをキャビティ屈折率とし且つkを非ゼロの整数としてλ(k)=2nD/kである。もしキャビティ屈折率が変化したなら、λ(k)も変化し、ピークの中心エネルギにおける変化は屈折率変化に関する情報を提供する。ピークの強度は吸収量に依存し、強度変化は吸収量変化に関する情報を提供する。

“不均一な光学キャビティ”は均一な光学キャビティに関する上記定義を満足せず、且つ、反射表面同士の間において、たとえば単調に、線形にまたは別様に変化するなどして横方向に変化する光学距離を有することができる。線形に変化する光学距離もしくは厚みによれば、キャビティは線形可変光学フィルタ(LVF)として動作することができる。

不均一キャビティは局所的に均一キャビティとして動作することができることから、透過モードに該当するパラメータは不均一キャビティからの強度／エネルギ・ピークに対して有用である。

横方向に変化するエネルギ分布は、横方向に変化する光学的厚さを有する不均一キャビティを以て、且つ、点光源からの角度付き照射により均一キャビティを以て生成され得る。

ファブリーペロー・キャビティに対する強度／位置グラフもまたピークを有することができる。隣り合うモード間の干渉を阻止すべく、各透過モードは十分に離間され得る。干渉を回避すべく、キャビティ厚みは、所定範囲にわたりりひとつのみの出力モードが生ずるほど十分に小寸とされ得る。

入力光およびキャビティからの反射光を分離すべく、ビームスプリッタが使用され得るか、または、入力光は、直交から十分な角度であって反射光が分離されるほどに十分な角度にて入射され得る。

図２におけるシステム200は光学キャビティ構造202を含み、該構造においてキャビティ204などの少なくとも一個のキャビティは検体を収容することができる。キャビティ204内に検体が存在すると構造202により提供される出力光が影響されると共に、検体により影響された出力光すなわち矢印206は、検出器210により感光され得る。検出器210は感光表面を備えた感光構成要素を含み得、該表面においては、たとえばLVFを通過した後で光の横方向変化が検出される。検出器210からの検知結果は、システム200内における他の構成要素に対し、または、矢印212により表された如く外部構成要素に対して提供され得る。

キャビティ204は均一または不均一な光学キャビティであり得る。図２は、矢印222により表される如く照射を行う光源220を示している。矢印206により表される如く、検体により影響された出力光は透過光および／または反射光を含むことができる。

図３はシステム200の電気的構成要素を示し、中央処理ユニット(CPU)240はバス242を介して各構成要素に接続される。

構成要素の入力／出力(I/O)244、メモリ246、集積回路の入力／出力(ICのI/O)248、および、外部I/O249はバス242に対して接続され、これらはシステム200の外部の構成要素に対しても接続され得る。

I/O244は、たとえば、照明制御器250、キャビティ制御器252および検体制御器254と通信する。I/O244は、たとえばモニタおよびキーボードなどのユーザ・インタフェースに対しても接続され得る。制御器250は光源220および制御回路機構を含み得、制御器252はキャビティ204および他のキャビティを制御する電極もしくは他の構成要素と、接続回路機構とを含み得、制御器254は、検体を移送し又は検体とアレイもしくはキャビティとの間の相対運動を引き起こす流体デバイスもしくは他の構成要素と、接続回路機構とを含むことができる。

I/O248は、たとえば、光センサ・アレイ266を備えたIC(m)264を含む一連のIC(0)260〜IC(M-1)262などのICと通信する。

メモリ246は、プログラム・メモリ270およびデータ・メモリ272を含む。プログラム・メモリ270は、検体情報ルーチン274および付加的ルーチンを記憶することができる。データ・メモリ272は、較正データ276および付加的データを記憶することができる。

ルーチン274は、検体がキャビティ204内に存在する様に、制御器252および254に対して信号通知することができる。CPU240は、キャビティ204が検体により影響された出力光をIC260〜262の各々に提供して検知結果を獲得する様に、制御器250に対して信号を提供することができる。代わりにCPU240は、PSDに対して信号を提供することで、たとえば出力電流を差動増幅器に対して接続することができる。

図４は、各アレイを通過して各キャビティを通る経路に沿い移動する種々の物体に対して有用なルーチン274の例を示している。

物体の例としては、小滴、気泡、小体積の流体、単一分子、凝集分子、分子クラスタ、生体細胞、ウィルス、バクテリア、蛋白質、DNA、微粒子、ナノ粒子、および、乳濁液が挙げられる。小滴または小体積の流体は、屈折率、吸収量または他の光学特性に影響する原子、分子または他の粒子を含むことができる。

図４は、一連の読取り操作を実施し、その場合に一回の読取り操作の後でおよび／または一連の読取り操作の後で情報を組み合わせて提供する。

ボックス300では、検知前読取りが実施される。

ボックス300からの情報により、ボックス302にては、各物体に関する情報が獲得され、適切な検知期間が決定される。CPU240は、物体が存在するか否かを、および、各物体の位置および速度を決定することができる。次にCPU240は、アレイにおける各セルを物体が通過するために必要であるよりも短い積分時間を提供する適切な検知期間を決定することができる。各物体は、固有の検知期間を有することができる。

ボックス302では、構成要素のI/O244を介し、光学距離、温度または他のパラメータを調節するなどにより、たとえば流体速度などの物体の移動、照射もしくは励起、または、キャビティ特性を調節する信号が提供され得る。信号は、制御器250、252および254へと進行することができる。

ボックス304にては検知読取りが実施され、ボックス302からの検知期間の間において光子が累積的に感光される様にICのI/O248を介し、且つ、可能的にはIC上の周辺回路機構に対しても信号が提供されることで、基準値に基づいてアナログ量が調節される。ボックス304にては、シリアルおよび／またはパラレル読取りに対してCCDまたはCMOS技術が使用され得る。

検体のまたは物体の光学特性はキャビティからの出力光に影響することができることから、出力光には検体または物体の光学特性に関する情報が存在する。検出器210は横方向に変化する透過構造を含むことができることから、検体により影響された出力光における強度／エネルギ・ピークは、検出器210における感光IC上に光スポットを有する。検知結果は、スポットの位置、サイズおよび強度に関するが故に夫々の強度／エネルギ・ピークに関する情報を含むことができる。出力光が２つ以上のピークを含むなら、それらのスポットは別個に追尾され得る。

ボックス306において、感光量は記憶される前にデジタル的に調節され得る。各セルにより感光された量は、基準量もしくは較正データ276に基づき、および、必要に応じて、検知期間または他の要因の差に依り、調節され得る。デジタルおよびアナログの調節においては、たとえば屈折率および吸収量に関して物体位置を追尾する強度参照のために、基準セルに基づく調節技術が採用され得る。

各物体の効果からいずれの感光量が帰着したかを決定すべく、または、光スポットの各々からいずれの感光量が帰着したかを決定すべく、位置および速度の情報が使用され得る。

ボックス304および306にては、予め計算された各物体の位置および速度を備えたひとつのデータ構造を使用することで同一物体の効果を特定することができ、各物体のデータ構造は、各スポットの識別情報と、該スポットに関する物体の効果とを含むことができる。読取データ構造は、各物体に関して調節された全ての量情報を保持することができる。

ボックス306にては、該ボックスにて同一物体に関する付加的な情報を獲得する毎に、上記読取データ構造が更新され得る。ボックス300、302、304および306は、各ICに対して別個に且つ反復的に実施され得る。各物体がその行程全体にわたりり正しく識別され得るなら、上記読取データ構造は全てのICからの全ての情報を保持することができる。実行操作同士の間において、各物体の影響は上記経路に沿う数個のセルのみにわたり移動することができると共に、物体同士は十分に分離されることで混乱が回避され得る。各物体は直径が数μmであり得、各セルは上記経路に沿い10〜20μmの長さを有し得、且つ、各物体は２〜３個のセル長だけ離間され得る。更に大寸の物体または異なるサイズのセルに対し、物体同士の間の間隔は調節され得る。

代わりに、物体同士は相互に更に接近され得る。ひとつの光スポットに関して複数の物体が重複する影響を有しても、それらの影響は所定アルゴリズムにより分離され得る。同様に、物体同士が非常に接近しているが異なるセルに沿い位置されるなら、物体の経路と検出器210との間の光学的構造により、異なる物体により影響された光子は異なるセルに確実に到達することで物体の連続的な流れの測定が許容され得る。区別可能な物体なしでの連続的な流体の流れに対し、キャビティ204からの検体により影響された出力光は、該流れを物体毎の仮想的な複数の小体積に分割するのと同様に、上記流れ中の各位置における分子の濃度の光学特性により決定されることで、たとえば変化する流体組成などにより、出力光変化に対して時的に連続的な監視が許容される。

ボックス300、302、304および306が反復されるにつれ、特に各スポットが上記アレイ上に位置を有する場合、更なる情報が獲得される。上記物体が上記アレイ全体を通過したとき、該アレイが含む検体に関する情報は、記憶された部分的情報から再構成され得る。

ボックス310にては、別のルーチン、または、外部I/O249を介した出力に対する如き検体情報が提供され得る。ボックス310にては、各物体に対して検知された量を組み合わせることで、たとえば、吸収スペクトル、検体屈折率に対する値、または、別のデータ構造が提供され得る。

図５のデバイス350において、入射ガラス352および出射ガラスは実質的に同一のサイズおよび形状を有し、夫々の内向き表面は被覆または他の光反射構造を有し、光を光透過領域内へと反射する。それらのガラスをスペーサ354が離間すると共に、上記光透過領域は、取入口356と吐出口358との間のダクトまたはチャネルを境界付ける流体用壁部または構造も含み得、検体、または、検体を担持する流体は、取入口356から進入し、ダクトもしくはチャネルに沿い搬送され、且つ、吐出口358へと出射することができる。

ガラス352の上方または該ガラス上の光源構成要素360は、光源を含むことができる。光センサ・アレイ362は、検体の経路に沿い位置されて、出射ガラスの下側または該出射ガラスの下方とされる。構成要素360、アレイ362および上記キャビティは、該キャビティが照射に応答し、検体により影響された出力光であってアレイ362により感光され得る出力光を提供する如き特性を有する。

図５における６−６線に沿う図６は、矢印380により表された光を提供する構成要素360を示し、該光は、チャネル384に進入する前にガラス352および光反射構造382を通過する。チャネル384内において、矢印390により表された液体、気体またはエアゾールの如き移動流体は、物体392を搬送する。物体392の光学特性は、構造382と光反射構造394との間で反射された光に影響することができる。検体により影響された出力光は、アレイ362による感光の前に、構造394、出射ガラス396および透過構造398を通り出射する。光学特性の形式としては、散乱および反射などの区別可能な事象に伴う一切のエネルギのシフトまたは損失が挙げられる。

物体392は粒子、小滴または小体積の流体とされ得、それらは、流体もしくは他の適切な物質により担持され得ると共に検体を含む。此処で“物体”という語句は、光学特性を有することができるという一切の区別可能な実在物を意味する。

構造398は、LVF、または、横方向に変化するエネルギ出力関数を備えた他の透過構造とされ得ることから、入射光は横方向に変化するエネルギ分布を有する。構造398は、チャネル384に沿う各位置において光子エネルギの狭幅な部分的レンジにおける光のみを透過することにより上記分布をアレイ362に対して提供し得、チャネル384に沿う異なる位置にては異なる部分的レンジとなる。各位置に対し、アレイ362の一群のセルは、その位置の部分的レンジが、キャビティが出力光を提供する部分的レンジを含むか該部分的レンジと重複するときにのみ、光を受容する。

アレイ362は、適切なピクセルまたはセル密度を備える感光表面を有することができると共に、構造398は、たとえばLVFなどの感光表面上の被覆であり得る。

アレイ362は、CMOSもしくはCCD読取りによるのと同様に読取られ得ると共に、5〜50μm以下のセル寸法を有することができる。アレイ362は、流れ方向に平行な１次元の一列のセル、または、上記経路に沿う各位置において流れ方向に直交する一列のセルに依る二次元アレイとされ、上記列における全てのセルは同一のエネルギの部分的レンジを感光し、各列からの検知結果は、平均化され又は別様に組み合わされて所定モードに対する情報を向上すべく使用され得る。

構造382および394は平行ミラーとして機能し、チャネル384はそれらの間における光透過領域として機能する。上記キャビティは、各ミラーとそれらの間の領域とにより決定される透過特性を備えたファブリーペロー干渉計として機能することができる。各ミラーは透過ピークのFWHMに影響すると共に、それらの反射率は、阻止帯域品質、すなわち、透過モードの外側にてどれほど透過されるかに対して影響する。構造382および394間の屈折率および距離は、透過されるエネルギに影響しまたは該エネルギを決定する。

構造382および394は各々、ガラス352および396上に析出された交互的な誘電体層による又は金属による層構造とされ得る。代わりに、光が貫通して進入かつ出射するチャネル384の壁部が、反射的な内向き表面を備えた他の光透過構成要素とされ得る。

光源360は光源からの平行ビームにより上記キャビティを均一に照射し、光学的構成要素は該ビームを分散してアレイ362の全てを照射することができる。代わりに光源360は一連の光源を含み又はそれらにより置き換えられることで、分散の必要性を低減もしくは排除することができる。単一個の広帯域の光源は、各々が夫々の波長にて発光する一連のレーザ・ダイオードまたは狭帯域発光LED(たとえば共振キャビティLED)により置き換えられ得る。異なる位置の構造398は異なる部分的レンジを透過することから、各レーザ・ダイオードは、その発光波長を構造398が透過する位置を照射すべく位置決めされ又は配向され得る。

物体392が不在であり且つチャネル384内の流体が均一であれば、デバイス350は均一キャビティとして機能することができる。出力光は、適切なキャビティ寸法および屈折率により離散的な透過モードを含むことができる。物体392が存在するとキャビティの屈折率および吸収量が変化され得ると共に、物体392の屈折率は各モードのエネルギに対し且つコントラストに対しても影響することができる。

アレイ362は、各透過モードの中心エネルギ、強度振幅、コントラストおよびFWHMにおける変化を表す検知結果を獲得することで、物体392と、キャビティの屈折率および吸収量に対する該物体の影響とに関する情報を提供する。上記出力光にコード化された情報の表示は、たとえば、電気信号、メモリ・デバイスにより記憶されるデータ、表示された情報などとして獲得され得る。モードの強度、FWHM、コントラスト、または、他の任意の測定可能な特徴を表す検知結果は、該モードの中心波長の如き、エネルギに対する吸収値を獲得するために使用され得ると共に、中心エネルギ・シフトを表す検知結果は、物体392が存在したときのキャビティ屈折率値を獲得すべく使用され得る。

代わりに、情報はファブリーペロー反射モードでコード化され得る。優れた読取り感度などのために、吸収スペクトルおよび屈折率分散に関する情報が獲得され得る。検体は、該検体により対称的キャビティを近似するという僅かに非対称的なファブリーペロー・キャビティ内に充填され又は別様に位置決めされ得、このことは、以下の如く第2ミラーの有効反射率Reff(2)が第1ミラーの反射率R(1)と実質的に等しいならば、幅wおよび吸収量αに対して当てはまる：

物体392はチャネル384を通過して流れる液体により担持された生体細胞であり得ると共に、デバイス350は一連の斯かる細胞に関する情報をコード化すると共に、コード化情報を表す検知結果を獲得し得、CPU240は上記検知結果から、細胞種を区別する如き適切な用法のための情報を獲得することができる。屈折率に関する情報をコード化して獲得する上で、該情報は、細胞からだけでなく、該細胞を担持する流体もしくは他の媒体であって該細胞の回りのチャネル384を充填する流体もしくは他の媒体からも帰着する。測定された屈折率は、流体と細胞との組み合わせである。もし細胞サイズが既知であれば、測定された屈折率から実際の屈折率が決定され得る。

図７は、屈折率の変化により1.0μmの波長の近傍における透過ピークの各対がシフトされるという透過スペクトルを示している。各対の左側のピークは1.30の屈折率により獲得され且つ右側のピークは1.31の屈折率により獲得され、両者ともにキャビティの幅wが10μmである。FSRは約37nmである一方、0.01の屈折率変化から帰着するシフトΔλは約8nmであり、反射方向に平行な入射光に対する次式と一致している：
および、
上記第1の式は、wが増大するにつれてFSRは小さくなり且つ透過ピーク同士が更に接近し、且つ、nの僅かな増大によりFSRの僅かな増大が引き起こされることを示している。

デバイスの設計態様に影響する制約条件としては、所望の吸収量または相互作用長さ、検体の所望体積、吸収スペクトルに対して必要なエネルギ範囲および解像度、構造398とアレイ362とを含む検出器の波長解像度などが挙げられる。キャビティ幅、ミラー反射率、アレイ・サイズ、構造398の特性、および、困難であるがキャビティ吸収量などのパラメータが調節され得る。

デバイス350はまた、チャネル384内における液体、気体またはエアゾールの如き均一検体に関する情報もコード化することができる。アレイ362からの検知結果の単一回の読取りによれば、均一検体の透過スペクトルに関する情報が提供され得る。デバイス350を通る通過時間と比較して、相対的に長い時間的尺度で検体が変化するなら、異なる時点における検知結果は透過スペクトルの長期的変化を表することができる。所定の読取りの間において実質的に均一な検体に対してのみ、正確な測定値が獲得され得る。

図８におけるグラフは、75μmのキャビティ幅wと95%のミラー反射率とに対する透過スペクトルに関する検体の影響を示している。検体が無いと、上側のグラフにおける如く、各透過モードは1.0の正規化強度振幅まで透過する。
この場合には水中のグルコースである検体が在ると、吸収により略々全てのモードの透過が減少し、各モードは、下側のグラフにおける曲線410上のピークに帰着する。曲線410は検体の吸収スペクトルを示することができると共に、円412は個別のサンプリング点である。所望の解像度まで測定するために、キャビティ幅wおよび他のパラメータは十分なサンプリング点を獲得すべく選択されねばならない。

図８は、グルコースの吸収によれば、相当に増進された相互作用長さの故にモード強度が劇的に減少されることを示唆している。光は、透過される前に何度も往復して跳ね返る。増大した検体吸収量によれば、各モードの拡開も引き起こされる。吸収量が大きいほど、モードの強度およびコントラストは小さくなり且つモードのFWHMは大きくなり、下側のグラフはFWHMにおける斯かる変化を示唆している。

図６における矢印390により表される如く、物体392は経路に沿い比較的に均一の速度で移動することができる。キャビティの透過モードに対する該物体の効果もまた経路に追随することで、検知結果と物体位置との間における相関が許容される。アレイ362における一連のセルは、物体392に関する情報を含む検知結果を獲得する。

物体392がチャネル384を通り移動するときの検知結果を使用して吸収スペクトル観測が実施されることで、生体細胞のサイズおよび流速に基づき各透過モードに対する物体392の実際の吸収値が獲得されると共に、獲得された値を用いて吸収スペクトルが構成され得る。物体の運動によれば、優れた検出が許容されると共に、スループット容量を喪失せずに更に長い積分時間も可能とされることで、高度に感応的な光学的吸収スペクトル観測が許容される。

図９、図１０におけるデバイス440は、各壁部460により境界付けられると共に矢印462により表される流れ方向を有するチャネル450、452、454、456および458を有する。二次元感光アレイ470は、全てのチャネルに対する検知結果を獲得することができる。円472の如き影付き円により表される生体細胞または他の物体は、流速に基づいてそれらの検知結果と相関され得る。

図９における１０−１０線に沿う図１０において、光源480はチャネル450〜458を照射する。入射ガラス482は自身の内向き表面上に形成された入射光反射構成要素484を有することができると共に、出射ガラス494(または、ミラーを担持することができる別の基材)は自身の内向き表面上に形成された出射光反射構成要素492を有することができる。アレイ470上には、透過構造490が形成され得る。

構造490は、x方向には勾配付けされるがy方向には均一である層構造もしくはLVFとされ得、アレイ470は全てのチャネルにおいて同一のエネルギの部分的レンジに対して感応的である。屈折率および吸収量情報における同一の変化に関する情報が全てのチャネルから獲得され得ると共に、各チャネルにおける平行位置は、同一の部分的レンジに関する情報を提供する。部分的レンジは各チャネルに沿い変化することから、情報は、多数の異なる部分的レンジに対し、または、全体的スペクトルに対して獲得され得る。全てのチャネルは同一であり得ると共に、物体または検体は、チャネルに関わり無く同一様式で特徴付けられる。

代わりに構造490は、y方向に勾配付けられるがx方向には均一であるLVFとされ得る。所定位置においてチャネルと交差するラインにおける一群の２個以上のセルは異なる部分的レンジを受容することから、一群のセル間における強度比は、生体細胞または他の物体が通過するときに変化する。物体の屈折率変化は時間の関数として記録され得るか、または、(均一な検体の場合における)複数回の測定もしくは更に長期の積分時間は感度を高め得る。平行な複数のチャネルにおいては、異なるモードが使用されることで屈折率が決定される。

代わりに、構造490は両方向に勾配付けられることで、異なる部分的レンジに関する情報が獲得され得る。

光学特性は、同一の光学キャビティからたとえば既知の基準溶液または他の流体により獲得された基準値との比較により、測定され得る。チャネル452および456の如きひとつ置きのチャネルは、空であるか、または、既知の均一の基準流体のみを収容するならば基準チャネルの役割を果たし、たとえば測定された検体値を測定された基準値と比較することで各チャネルにおける吸収スペクトルおよび屈折率分散の更に正確な評価が許容され、グルコース濃度を検知するために、基準媒体は既知のグルコース濃度を有することができる。基準媒体および検体が同一チャネルを移動するときにも、(温度、圧力などの)外部影響は補償され得る。

図１１におけるような操作によれば、デバイス350またはデバイス440の如きデバイスが作製され得る。

ボックス520にては、入射および出射の部分的な光学キャビティ構造が作製される。これは、ガラス352上の構造382ならびにガラス396上の構造394、または、ガラス482上の構成要素484およびアレイ470上の構造490および構成要素492を作製する段階を含むことができる。これはまた、スペーサ354および壁部460の如き構造を含む光反射構造の一方または両者上においてSU-8またはポリジメチルシロキサンのパターン化層を作製する段階も含むことができる。ポリエチレングリコールを浸漬被覆し、または、パリレンCもしくは蒸着されたテトラグライムの被覆を提供することなどにより、内側表面に対しては粘着防止被覆が適用され得る。

ボックス522にては部分的構造が取付けられ、検体を位置決めする流体用構成要素が取付けられる。ボックス522にては部分的構造同士が結合され得ることから、それらは堅固に取付けられる。取付けられる流体用構成要素としてはコネクタ、管材、ポンプ、センサなどが挙げられ、各流体用構成要素の組み合わせは、上記キャビティ内における検体の位置決めを引き起こして制御し得ねばならない。ボックス522にては、上記アレイに対してワイヤまたは他の適切な回路機構が取付けられ得る。

ボックス524にては、構成要素360もしくは光源480、または、感光アレイおよび透過構造を含む検出器の如き他の任意の構成要素が取付けられることで、上記デバイスが完成される。ボックス524にては、他の外部的な電気的、光学的または流体的な接続が含まれ得るか、または、斯かる接続は後時に行われ得る。

ボックス526にては、任意の適切な後時にて、たとえばボックス520、522および524において、または、ボックス524の後であり且つ当該較正より以前に作成された回路機構に対する適切な接続を必要とする較正が実施される。較正によれば検体情報を獲得する上で使用されるべきデータが獲得され得ると共に、そのデータは、データ276の一部としてメモリ246内に記憶され、または、ルーチン274に組み込まれ、または、別の形態で記憶され得る。

ワイヤまたは他の適切な回路機構が取付けられることで、マイクロプロセッサまたは入出力(I/O)デバイスとポンプおよび他の流体用構成要素との間で、または、感光アレイからマイクロプロセッサまたはI/Oデバイスに対して信号が提供され得る。また、電力を提供するための接続も行われ得る。

ボックス520、522および524は組み合わされることで、所望のシーケンスで各構成要素が取付けられ得ると共に、付加的な操作によりIC、ゲートおよび他の回路機構の間における相互接続が整列され又は取付けられ得るか、または、この操作の一部はボックス520、522、524および526の各々におけるものとされ得る。

図１２における感光アレイ550は一連のウェルを備えたバイオチップに対して移動し、該ウェルは各々が検体または基準流体の如き他の流体を含み得、各ウェルは円552の如き影付き円により表される。アレイ550とバイオチップとの間の相対運動は、矢印554により表される。上記バイオチップは２枚のミラー間に挟持され、各ウェルはミラー間のキャビティ内とされることから、完全に平行な照射および検知が許容される。x方向における勾配を備えるがy方向においては均一なLVFであるアレイ550上に透過構造を配備し乍ら、上記バイオチップが矢印554により表される如くx方向に移動されるなら、各ウェルは上記アレイと交差する経路に沿い通過し、該アレイに沿い検知結果はスペクトルの各部分的レンジに対して獲得されることから、各ウェルの内容物に関する段階的なスペクトル特性解析が許容される。各ウェルは、相対速度に基づき、それらの検知結果と相関され得る。検知結果を逆畳み込みすると、各ウェルの吸収スペクトルおよび屈折率分散が獲得され得る。

図１３における機構600は、構造内には接続されなくともレーザ・キャビティとして動作することができる構成要素を含む。レーザ・ミラー602および604は反射表面を提供し、且つ、利得媒体606はレーザ増幅を行う。ダクト610は経路を表し、該経路に沿い物体612、614および616が搬送され得、物体612、614および616は矢印618により表される方向に搬送され、物体612、614および616は、小体積の流体、生体細胞、または、他の任意の形式の粒子もしくは物体であり得る。

矢印620により表される放出光は、検体の光学特性に関する情報を含む。可能的には分散の後で、検体により影響された出力光は、LVFとされ得る透過構造622を通して透過されると共に、感光アレイ624により感光される。機構600は物体612、614および616の屈折率に関する情報を獲得することができる、と言うのも、上記キャビティの屈折率における変化はレーザ波長のシフトを引き起こすからである。

機構600は、外部キャビティ用レーザ・ダイオードを含むことができる。構造622およびアレイ624を備えた検出器は、屈折率変化から帰着する波長シフトを非常に正確かつ迅速に検知することができる安価でコンパクトな構造であり得る。強度が監視されることで、吸収量の如き、検体により誘起されたキャビティ損失が獲得され得る。

図１４のデバイス650において、光反射構造652および654は、検体充填され得る領域656の夫々の側に反射表面を提供する。矢印658により表される入力光は構造652を通して受容されると共に、光学キャビティ動作は感光構成要素660に対する光に帰着することができる。領域656における検体の屈折率、および、構造652および654の位置決めにより光透過の位置が決定されると共に、照射によれば矢印662により表される一定波長のみが透過され得る。

図１５は、ひとつの狭幅な波長帯域のみにおける照射を有する感光構成要素660上の光パターンを示している。光スポット664は、位置Xtransにて透過された光を表している。もし検体の屈折率が変化したなら、スポット664はXminまたはXmaxのいずれかに向けて移動する。検体の吸収量が変化して、出力光の強度関数における強度、コントラストおよびFWHMの変化を引き起こしたなら、スポット664のサイズおよび強度は変化する。

デバイス650は、検体を収容する均一な光学キャビティであって、所定範囲の角度の入射入力光を提供することにより横方向に変化する出力エネルギ分布を提供すべく作用する光学キャビティを有することができる。

図１６のデバイス680において、光反射構造682および684は、それらの間の領域と協働し、矢印686により表された如く照射されたときに光学キャビティとして作用することができる。

構造682および684は、それらの内側表面上に電極690を有し、各電極は、相互に対して向けられると共に、それらの間には例えばエラストマ材料の如き弾性変形可能なスペーサ692および694を備える。各電極690に対する信号によれば構造682および684間の距離の変化が引き起こされることで、角度696により示唆される如く、該構造間の領域の形状が変更され得る。入力光子エネルギがデバイス680の透過モードと同一である場合、光は感光構成要素698へと透過され、該構成要素は検知結果を獲得する。もし検体が構造682および684間の領域に在るなら、キャビティ動作により、検体により影響された出力光が提供され得る。異なるスペーサ上の各電極を独立的にアドレス指定することにより、透過モードの位置は不変のままとされ得る一方、隣接するモードは感光デバイスの領域から更に離間してまたは該領域の外側へと移動することで、感度および波長帯域の独立的な選択が許容され得る。

図１７における強度／エネルギのグラフは、均一キャビティの動作からの２つの曲線を含んでいる。ピーク710は構造682および684間の4.8ミクロンの間隔から帰着する一方、ピーク712は5ミクロンの間隔から帰着する。不均一キャビティは同様であろう。出力光は、構造682および684間の領域における検体の光学特性に関するコード化情報を含むことができる。

斯かる異なる間隔における調節によれば、吸収サンプリング点が変更され得る。更に大きな解像度に対し、サンプリング点の個数は増大され得ると共に、連続的に変化する厚みまたは傾斜によれば連続スペクトルが獲得され得る。たとえば吸収量の導関数は、キャビティ厚みを連続的に変化させ乍ら強度を記録することで直接的に測定され得、もし、厚みの連続的変化の間において小さな振幅の揺動を以て厚みが周期的に変調されるなら、感度は高められ得る。

導関数は、均一キャビティを調整することにより、段増的に異なるエネルギの対における吸収量もしくは他の特性間の傾斜を計算することにより求められ得る。感度を高めるために、キャビティ形状が調節され得る。

デバイス680は、所望の光学的厚さを有する均一もしくは不均一な光学キャビティ、または、所望の勾配を有するLVFである透過構造とされ得る。

図１８における分析器750は流体用支持構造752上にて蛇行チャネル754を備えており、該チャネルを通り、流体または他の適切な物質により担持された物体756が進行することができる。物体756は、検体を含む小滴または小体積の流体とされ得る。

物体756は、推進構成要素の作用によりチャネル754を通り搬送され、且つ、該物体を担持する流体と共に、バルブの二方向切替えなどにより吐出口から放逐され又は別様に出射することができる。物体756は一連の検知構成要素を通り進行し得、各構成要素は該物体に関する情報を獲得する。

コールター・カウンタ760は電気式の粒子サイズ検出器であり、且つ、ミー散乱センサ762もまた粒子サイズ検出器である。

光学キャビティ・センサ770は断面で示されると共に、典型的にはチャネル754の上下に、光反射構成要素772および774および検出器776の如き構成要素を含む。

粒子756は、第1および第2の蛍光検知構成要素およびラマン散乱検知構成要素の如き後続的な検知構成要素782および784へと続き得る。検知構成要素からの情報は、たとえば生体細胞の種類などの物体の種類を区別すべく使用され得る。故に、二分岐接合部におけるバルブ790は、該バルブ790に依存して矢印792または矢印794により表される如く物体756が出射する様に、２つの位置間で二方向切替えされ得る。

図１９におけるシステム800は、光源構成要素804から入力光を受容して検出器構成要素806に対して出力光を提供する光学キャビティ構成要素802を含む。構成要素802において、光反射構造810および812および壁部構造814および816は、構造810および812間に領域802および822を画成する。領域820は基準流体を含むことができると共に、領域822は、壁部構造816と逆側にて開放され、矢印824により表される如く進入する流体を収容することができる。

血液、リンパ液、人体もしくは他の生物体の細胞間からの間質液、または、別の体液の如き検体担持流体は領域822に進入し得、検体はグルコースであり得る。構成要素802は、平行な２個の光学キャビティとして作用する。一方のキャビティは、領域820を含むと共に、(たとえば既知の濃度を有する間質液などの)基準流体の光学特性に関する情報を以て、矢印830により表される出力光を提供し、他方の光学キャビティは、領域822を含むと共に、検体が存在することができる流体のサンプルに関する情報を以て、矢印832により表される出力光を提供する。検出器806は両方の形式の情報を備えた検知結果を獲得し得、該検知結果は矢印834により表される如く外部構成要素へと提供され得る。

間質液が小寸の管またはピンを通して皮膚表面へともたらされてから領域822内に位置されるという腕時計状の実施形態に加え、システム800は植設可能な製品を使用することができる。

検体を収容する光学キャビティからの出力光を感光すると共に検体情報を獲得することに加え、上記技術は偏光および蛍光に関する情報を獲得することができる。

検体に関する情報を獲得する上記技術は、バイオチップおよびラボ・オン・チップ・デバイス、および、マイクロ総合分析システムにおいて適用され得る。屈折率および吸収量の情報は、作製、または、可能的にはキャビティの内側における化学反応を制御することで、結果的な一過性検体の屈折率および吸収係数の測定を許容する上で有用である。屈折率および／または吸収度は、プロセス制御判断において、または、たとえば蛍光もしくはインピーダンス情報などの多変量解析において使用され得る。

屈折率および吸収量は、生物学的および生医学的な用途に対して特に有用であろう。たとえば上述の技術は、特別な処理なしで単一生細胞の光学特性(屈折率、分散、散乱および吸収値)をリアルタイムで測定すべく使用され得る。同様に上記技術は、植設可能製品を使用するなどして吸収係数および導関数を測定することで体液中のグルコースまたは他の検体を検出すべく使用され得る。上記技術はまた、流動細胞計測法および細胞分類システムにおけるのと同様に洗練された流体式システムにおいても実施されることで、媒体内の異なる種類の生細胞をカウント、分類、分離、選択、または、別様に区別することができる。たとえば、癌細胞および非癌細胞がカウントおよび／または分類され得る。

上記技術は、バイオチップを読取るべく、または、流体もしくはエアゾールのチャネルを備えた複雑な分析システムの一部として適用されるだけでなく、種々の他の用途においても適用され得る。該技術はたとえば、流体サンプル検知、気体検知、エアゾール検知などにおいて使用され得る。

上記の如く、コンパクトで安価な構成要素は、流体、生体細胞、グルコースおよび他の検体の光学特性を迅速かつ正確に測定することができる。

数μmから数百μmの幅を有するキャビティが実現可能であり、紫外から遠赤外にわたる光子エネルギがサンプリングされ得る。

上記技術は、光強度が非常に大きい用途または光源が大寸領域を通して発光する用途において使用され得る。非常に大きな光収量に対し、透過構造は高度に感応的な光センサ・アレイと組み合わされ得る。

セルの部分的レンジの幅は、0.1nmもの狭さ又は数十ナノメータもの広さとされ得る。

光センサ・アレイは、ケイ素、ゲルマニウム、砒化インジウム・ガリウム、砒化ガリウム、窒化ガリウムまたは硫化鉛を有することができると共に、光ダイオード、アバランシェ光ダイオード、pinダイオード、光導体などにより作製され、CCD、CMOSまたは他の技術により読取られ得る。

透過構造は、スパッタリング、プラズマ支援ありもしくは無しでの電子ビームもしくは熱蒸着、エピタキシャル成長、MBE、MOCVDなどにより作製され得る。問題となる光子エネルギを考慮し、吸収係数が低く且つ屈折率の差が大きい適切な材料の対からブラッグ・ミラーが選択され得、代表的な材料としては、SiO₂／TiO₂、SiO₂／Ta₂O₅、GaAs／AlAsおよびGaAs／AlGaAsが挙げられる。層厚みは、30nm〜数百ナノメータまで変化することができる。

横方向に変化する光学的厚さを備えた透過構造は、析出の間に、基板を傾斜し、シャドーマスクを用い、または、温度勾配を使用することで勾配付き層厚みを獲得することにより作製され得るか、または、横方向変化は、均一な析出の間において、電子ビーム、MBEまたはMOVPEなどによる軸外しドーピングにより作製され得る。

連続的な監視操作の間において、光センサ・アレイとは別体的な基板上の透過構造が該光センサ・アレイに対して移動され得る。調節されたまたは調節されない感光量は、セル毎にまたはストリーミングにより直列的にまたは並列的に読取られ得る。

図１は、感光ICを備えたシステムの概略図である。 図２は、システムの概略図である。 図３は、システムの概略的回路図である。 図４は、検体情報ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、デバイスの概略的平面図である。 図６は、デバイスの概略的断面図である。 図７は、２つの透過スペクトルを示すグラフである。 図８は、透過スペクトルを示す２つのグラフを含んでいる。 図９は、多重チャネル・デバイスの概略的平面図である。 図１０は、デバイスの概略的断面図である。 図１１は、デバイスを作製するフローチャートである。 図１２は、システムの概略的平面図である。 図１３は、機構の概略図である。 図１４は、勾配型光学キャビティの概略的側面図である。 図１５は、感光構成要素の概略的平面図である。 図１６は、光学キャビティの概略的側面図である。 図１７は、透過スペクトルを示すグラフである。 図１８は、分析器の概略図である。 図１９は、システムの概略図である。

Claims (3)

1. 検体を収容することができる少なくとも一個の光学キャビティを含む光学キャビティ構成要素であって、検体が不在のときに上記光学キャビティは第1強度／エネルギ関数を有する出力光を提供し、検体が上記キャビティ内に存在するときに該光学キャビティは検体により影響された出力光を該キャビティから提供し、上記検体により影響された出力光は上記第1強度／エネルギ関数とは異なる第2強度／エネルギ関数を有するという光学キャビティ構成要素と、
   感光IC構成要素と、
   上記第1および第2強度／エネルギ関数に応じて上記感光IC構成要素上に第1および第2の横方向変化光子エネルギ分布を夫々提供する横方向変化透過構成要素であって、上記第1および第2分布は異なり、該第1および第2分布に応じて上記感光IC構成要素は第1および第2検知結果を夫々提供し、上記第1および第2検知結果は各々、夫々の分布に関する位置、サイズおよび強度の情報の内の少なくともひとつの情報を含み、上記第1および第2検知結果は異なるという横方向変化透過構成要素とを備えて成る、
   デバイス。
2. 検体を収容することができると共に、検体が不在のときには第1強度／エネルギ関数を以て出力光を提供する光学キャビティを使用する方法であって、
   上記キャビティ内に検体が存在するときに、検体により影響された出力光を該キャビティから提供する段階であって、上記検体の存在の結果として、上記検体により影響された出力光は上記第1強度／エネルギ関数とは異なる第2強度／エネルギ関数を有するという段階と、
   上記検体により影響された出力光を上記光学キャビティから、横方向変化する光子エネルギ分布を備える光を提供する層状透過構造を介して感光IC上に透過させる段階であって、これに応じて上記感光ICは位置、サイズおよび強度の内の少なくともひとつに依存する検知結果を提供するという段階とを備えて成る、
   方法。
3. 検体が不在とされて励起されたときに光子エネルギの第1部分的レンジ内で出力光を提供するレーザ・キャビティを使用して検体に関する情報を獲得する方法であって、
   上記レーザ・キャビティ内に検体を存在させて、検体により影響された出力光を上記第1部分的レンジとは異なる光子エネルギの第2部分的レンジ内で上記レーザ・キャビティが提供する様に該レーザ・キャビティを励起する段階と、
   上記検体により影響された出力光を上記レーザ・キャビティから、横方向変化する光子エネルギ分布を備える光を提供する層状透過構造を介して感光ICに対して透過させる段階であって、上記第2部分的レンジにおいて上記検体により影響された出力光に応じて上記層状透過構造は上記感光IC上に光スポットを提供し、これに応じて上記感光ICは上記光スポットの位置に依存する検知結果を提供するという段階と、
   上記検知結果を使用して上記検体に関する情報を獲得する段階とを備えて成る、
   方法。