JP2014515179A - 光ガイドピクセル - Google Patents

Abstract

光ガイドピクセルは、ガイド層及び光検出層を有する。ガイド層は、光ガイドを有する。光検出層は、光ガイドによって向けられる光を受信する光検出素子を有する。光ガイドは、光検出素子へ発光を向けるフィルタを含むことができる。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２０１１年３月３日に出願された、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｅｔｒｉｄｉｓｈ ｗｉｔｈ ｂｒｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｆｏｒ ｃｅｌｌ ｃｕｌｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」というタイトルの米国仮特許出願番号第６１／４４８，９６４号の優先権を主張する非仮出願である。この仮出願は、全ての目的のためにその全体を本明細書に参照として組み込むものとする。

この非仮出願は、以下の、同時継続中、且つ、本発明の譲受人に譲渡された特許出願である、２０１１年１０月２５日に出願された、「Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｖｅ Ｌｅｎｓｌｅｓｓ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ Ｓｙｓｔｅｍ」というタイトルの米国特許出願番号第１３／２８１，２８７号に関連し、全ての目的のためにその全体を本明細書に参照として組み込むものとする。

以下の非仮出願は、同日に出願され、全ての目的のためにその全体を本明細書に参照として組み込む：２０１２年３月２日に出願された「ｅ−Ｐｅｔｒｉ Ｄｉｓｈｅｓ， Ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ」というタイトルの米国特許出願番号第１３／ 。

本発明の実施形態は、一般的に、撮像素子及びセンサに関する。より具体的には、特定の実施形態は、明視野及び蛍光／リン光イメージング用の光ガイドピクセル、光ガイドピクセル装置、及び光ガイドピクセルシステムに関する。

明視野イメージングに加えて、蛍光／リン光イメージングは、生物医学及び生物学的科学における生物学的サンプルの構造的及び機能的な形態を研究あるいはモニタするのに重要である。例えば、蛍光／リン光イメージング技術は、生物学的サンプルのミクロ構造、サブミクロン構造、個々の分子さえも識別あるいは検出するのに用いることができる。

従来の蛍光顕微鏡は、生物学的問題を調査するのに蛍光イメージングを用いる一般的なツールである。典型的には、蛍光／リン光染料は、蛍光体で調査中の標本（例えば細胞）の一部にマーク又はタグを付けるために標本と混合させる。蛍光体は、一度励起されると分子に蛍光又はリン光をさせる分子のコンポーネントに関連する。蛍光体は、特定の波長の励起光からエネルギーを吸収することができ、異なる波長でエネルギーを再放出する。従来の蛍光顕微鏡は、サンプル内の蛍光体を活性化させる所定の波長（例えば青色光）の励起光でサンプルを照射する。それに応じて、蛍光体は、異なる波長（例えば緑色光）で蛍光／リン光発光を解き放つ。この発光は、通常、励起光よりずっと弱くて、各蛍光体から散乱する。

従来の殆どの蛍光顕微鏡は、サンプルと検出面との間にフィルタを有する。このフィルタは、励起光を吸収又は反射して、センサに異なる波長のより弱い蛍光／リン光発光を通過させる。従来の吸収性の染料を用いる場合、フィルタは減衰係数のため数マイクロメートル以上の厚さに設計することができる。

フィルタ内での弱い発光信号の回折、干渉、及び散乱は、蛍光イメージの解像度を低下させる。

本発明の実施形態は、明視野及び蛍光／リン光発光の検出及びイメージング用の光ガイドピクセル、光ガイドピクセル装置、及び光ガイドピクセルシステムに関する。光ガイドピクセル装置は、光検出層（例えばＣＭＯＳイメージセンサ）上の光ガイド（例えば金属グリッド）を有するガイド層を含む。各光ガイドは、光検出層における対応する光検出素子の方へ光を向ける。各光ガイドは、発光を光検出素子に向けるためのフィルタを含むことができる。光（例えば発光）を向けることにより、光信号の伝播を限定することによって解像度を向上させることができる。光ガイド間のピクセル間分離により、隣接する光検出素子間の信号の重なりを低減して解像度を向上させることができる。

一実施形態は、光を向けるための光ガイドを有するガイド層を含む光ガイドピクセルに関する。光ガイドピクセルは、光ガイドによって向けられた光を受信する光検出素子を有する光検出層も含む。

他の実施形態は、ガイド層及び光検出層を備える光ガイドピクセル装置に関する。ガイド層は、複数の光ガイドを有する。光検出層は、複数の光検出素子を有する。各光ガイドは、複数の光ガイドの対応する光ガイドによって向けられる光を受信するように構成される。

他の実施形態は、光ガイドピクセル装置及びプロセッサを備える光ガイドピクセルシステムに関する。光ガイドピクセル装置は、ガイド層及び光検出層を有する。ガイド層は、複数の光ガイドを有する。光検出層は、複数の光検出素子を有する。各光検出素子は、複数の光ガイドの対応する光ガイドによって向けられる光を受信するように構成される。プロセッサは、複数の光検出素子と通信する。プロセッサは、複数の光検出素子によって受信される光に基づいて、照明源とガイド層との間に位置する標本の１以上の投映像を生成するように構成される。

他の実施形態は、ガイド層、光検出層、光ガイドピクセルのアレイ、及びプロセッサを備える、光ガイドピクセルシステムに関する。ガイド層は、複数の光ガイドを有する。光検出層は、複数の光検出素子を有する。各光ガイドピクセルは、複数の光ガイドの光ガイド、及び、複数の光検出素子の対応する光検出素子を備える。光検出素子は、対応する光ガイドから向けられる光を受信するように構成される。プロセッサは、複数の光検出素子によって受信される光に基づいて、照明源とガイド層との間に位置する標本の１以上の投映像を生成するように構成される。

本発明のこれら及び他の実施形態は、以下においてさらに詳細に説明されている。

本発明の実施形態による、光ガイドピクセルシステムのブロック図である。 （ａ）は、一実施形態による光ガイドピクセルのアレイを有する光ガイドピクセル装置の斜視断面図、及び、単一の光ガイドピクセルの断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す実施形態による光ガイドピクセル装置の透過斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態による、例示的な明視野高解像度イメージング方式の中の光ガイドピクセル装置のコンポーネントの概略図である。 本発明の一実施形態による、例示的な低解像度蛍光イメージング方式の光ガイドピクセル装置のコンポーネントの概略図である。 本発明の一実施形態による、例示的な高解像度蛍光イメージング方式の光ガイドピクセル装置のコンポーネントの概略図である。 本発明の一実施形態による、リアルタイム分析用の同一方法によるその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）イメージングを伴うオンチップ細胞培養プラットフォームにおけるオンチップ光ガイドピクセルシステムの概略図である。 本発明の一実施形態による、光ガイドピクセル装置の本体を製造するのに用いることのできるＬＩＧＡプロセスのステップの概略図である。 本発明の一実施形態による、光ガイドピクセル装置の本体を製造するのに用いることのできる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスのステップの概略図である。 本発明の実施形態による、光ガイドピクセルシステムで用いられるコンピュータに存在することのできるサブシステムのブロック図である。

発明を実施するため形態

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。実施形態は、複数の光ガイドを有するガイド層及び複数の光検出素子（例えばイメージセンサピクセル）を有する光検出層を有する光ガイドピクセル装置に関する。各光ガイドは、光検出層における対応する光検出素子の方へ光を向ける。ある場合において、複数の光検出素子の各光検出素子は、単一の光ガイドからの光を受信する。光ガイドは、励起光を遮断し、且つ、発光を通過させるフィルタを含むこともできる。標本の近くの位置から光を向けることによって、光ガイドは散乱、回折、及び拡散を低減させ、これにより解像度を向上させることができる。光ガイド間のピクセル間分離は、各光ガイドから光を分離して、隣接する光検出素子の重なりを低減することによって、解像度をさらに向上させることができる。

動作において、照明源は、ガイド層の外側の標本に照明（例えば走査照明、焦点照明など）を提供する。標本は、光を変える。光ガイドは、対応する光検出素子に、変えられた光（例えば発光）及び変えられない光（例えば励起光）を向ける。複数の光検出素子は、複数の光ガイドを介して向けられる光を測定する。プロセッサは、光ガイドを介して向けられる光に基づいて、標本のイメージを生成することができる。ある場合において、照明源は、照明を多数の走査位置から運び去り、光検出器の表面上に連続したサブピクセルシフト投影像を生成する。この場合、プロセッサは、連続したサブシフト投影像に基づいて、標本の高解像度（すなわちサブピクセル解像度）イメージを生成することができる。他の場合において、照明源は、標本の上の励起光を提供する焦点アレイを走査して、蛍光体を局所的に励起する。この場合、プロセッサは、高解像度蛍光イメージを生成することができる。光ガイドを用いて、光ガイドピクセル装置は、焦点の合う平面を、検出器の表面からガイド層の外側面へとリレーする。このリレーによって、光ガイドピクセル装置は、標本と光検出器との間の追加の層（例えばフィルタ）有する標本の高解像度明視野イメージング及び／又は蛍光イメージングさえも達成することができる。

本発明の実施形態は、１以上の技術的な利点及び向上を提供する。利点は、イメージの解像度が向上することである。光ガイドは標本の近くの位置から光を向けて光信号の伝播を限定し、これにより解像度を向上させることができる。光ガイド間のピクセル間分離は、各光ガイドから光を分離したままに保ち、隣接する光検出素子の重なりを低減することによって、解像度をさらに向上させることができる。他の利点は、光ガイドピクセル装置をオンチップ装置とすることができることである。オンチップ光ガイドピクセル装置は、コンパクトなイメージングプラットフォームを生物学的サンプルの明視野及び蛍光高解像度イメージングの双方に提供することができ、それは生物学的及び医学的研究の強力なツールとなる。

Ｉ．光ガイドピクセルシステム

図１は、本発明の実施形態による光ガイドピクセルシステム１０の図である。光ガイドピクセルシステム１０は、ガイド層１１０（例えば金属グリッド）及び光検出層１２０を有する本体１０１を有する光ガイドピクセル装置１００を含む。ガイド層１１０は、ピクセル間分離によって分離される８つの分離した光ガイド１１４を有する複数の光ガイド１１２を含む。光ガイド１１４は、光を向けることが可能な任意の適切な構造又は構造の組合せに関連することができる。図１において、各光ガイド１１４は、第１端部１１４（ａ）、第２端部１１４（ｂ）、光透過領域（中心）１１４（ｃ）、及び反射面１１４（ｄ）を含む。この例では、各光ガイド１１４は、第２端部１１４（ｂ）の方へ光を向けることができる。ガイド層１１０は、外側面１１６及び内側面１１８も含んでいる。光検出層１２０は、８つの分離した光検出素子１２４（例えばセンサピクセル）を有する複数の光検出素子１２２（例えばＣＭＯＳイメージセンサピクセル）を含む。光検出層１２０は、本実施形態におけるガイド層１１０の内側面１１８と一致する、検出面１２６を有する。

図１の光ガイドピクセル装置１００は、ｘ軸、ｙ軸（図示せず）、及びｚ軸を含む。ｘ軸及びｙ軸は、ガイド層１１０の外側面１１６での平面上にある。ｚ軸は、この平面に対して垂直である。図示例の光ガイドピクセル装置１００は、ｘ方向の８つの光検出素子１２２に対応する８つの分離した光ガイド１１４をｘ方向に含んでいるが、他の実施形態では分離した光検出素子１２４及び／又は光ガイド１１４を任意の適切な数（例えば１、５、１０、１００、１００など）、ｘ方向及び／又はｙ方向に含むことができる。

光ガイドピクセルシステム１０は、照明２１０を提供する照明源２００も含む。加えて、光ガイドピクセルシステム１０は、プロセッサ３１０、コンピュータ読み取り可能媒体（ＣＲＭ）３２０、及びディスプレイ３３０を有するホストコンピュータ３００を含む。ディスプレイ３３０及びＣＲＭ３２０は、プロセッサ３１０と通信する。プロセッサ３１０は、光ガイドピクセル装置１００の光検出層１２０と通信する。図１では、単一の光ガイドピクセル装置１００が示されているが、他の実施形態の光ガイドピクセルシステム１０は、多数の光ガイドピクセル装置１００を含むことができる。多数の光ガイドピクセル装置１００とプロセッサ３１０との間を通信する随意のリレーマルチプレクサを、多数の光ガイドピクセル装置１００からプロセッサ３１０へ情報をリレーするのに用いることができる。

動作において、照明源２００は、照明源２００とガイド層１１０との間に位置する標本４００に照明２１０を提供する。標本４００は照明２１０を変え（例えば、活性化した蛍光体から励起光を吸収して再発光し）、これによりガイド層１１０の外側面１１６への投影を生成する。複数の光ガイド１１２は、変えられた、及び、変えられていない光を受信する。各光ガイド１１４は、光検出面１２６の方へ光を向ける。複数の光検出素子１２２は、複数の光ガイド１１２を介して受信する光を測定する。プロセッサ３１０は、複数の光ガイド１１２を介して測定された光に基づいて、標本４００のイメージを生成することができる。ある方式において、照明源２００は、照明２１０を多数の走査位置から運び去り、標本４００の連続したサブピクセルシフト投影像を外側面１１６に生成することができる。この場合、プロセッサ３１０は、連続したサブピクセルシフト投影像に基づいて、標本４００の高解像度（すなわちサブピクセル解像度）のイメージを生成することができる。他の方式において、照明源２００は、各焦点の近くの標本４００内の蛍光体を励起するための光焦点アレイの形態の照明２１０を提供することができる。焦点アレイは、標本４００上で走査することができる。この方式において、プロセッサ３１０は、複数の光ガイド１１２を介して受信する光に基づいて、標本４００の高解像度（すなわちサブピクセル解像度）の蛍光イメージを生成することができる。

図２（ａ）は、一実施形態による、光ガイドピクセル１３２のアレイを有する光ガイドピクセル装置１００の斜視断面図、及び、単一の光ガイドピクセルの断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の実施形態の光ガイドピクセル装置１００の透過斜視図である。

図２（ａ）及び２（ｂ）において、光ガイドピクセル装置１００は、ガイド層１１０及び光検出層１２０を備える本体１０１を有する。ガイド層１１０は、２４個の分離した光ガイド１１４の６×４のアレイの形態の複数の光ガイド１１２を含む。ガイド層１１０は、外側面１１６及び内側面１１８も含む。光検出層１２０は、２４個の分離した光検出素子１２４の６×４のアレイの形態の複数の光検出素子１２２を含む。光検出層１２０は、本実施形態におけるガイド層１１０の内側面１１８と一致する検出面１２６を含む。光ガイドピクセル装置１００は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸も含む。ｘ軸及びｙ軸は、ガイド層１１０の外側面１１６での平面上にある。ｚ軸は、この平面に対して垂直である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）において、光ガイドピクセル装置１００の本体１０１は、分離した光ガイドピクセル１３０の二次元のアレイも含む。この二次元のアレイは、２４個の分離した光ガイドピクセル１３２の６×４のアレイである。他の実施態様において、光ガイドピクセル装置１００は、他の適切な寸法の二次元アレイを含むことができる（例えば１０×１００、１００×１００、１０００×２０、１０００×１０００など）。この光ガイドピクセル１３０のアレイは、隣接した光ガイドピクセル１３２間にピクセル間分離を有する。

光ガイドピクセル１３２は、単一の光ガイド１１４及び光ガイド１１４から向けられる光を受信するように構成される１以上の光検出素子１２４を含む構造、装置又はそれらの組合せに関連することができる。図２（ａ）及び２（ｂ）において、各光ガイドピクセル１３２は、単一の光ガイド１１４を有するガイド層１１０を含む。各光ガイド１１４は、第１端部１１４（ａ）、第２端部１１４（ｂ）、光透過領域（中心的）１１４（ｃ）、及び円筒形の反射面１１４（ｄ）を含む。光ガイド１１４は、第２端部１１４（ｂ）の方へ光を向けることができる。この例では、光透過領域１１４（ｃ）は、励起光を遮断し、且つ、照明源２００とガイド層１１０と間の標本４００（図示せず）内の活性化した蛍光体からの発光を通過させるフィルタ１７０を有する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）における、光ガイドピクセル装置１００の蛍光／リン光イメージング方式において、ガイド層１１０の外側の照明源２００は、照明源２００とガイド層１１０との間に位置する標本４００（図示せず）に励起光の照明２１０を提供する。標本４００内の蛍光体は、励起光を吸収して異なる波長の光（発光）を再発光する。光ガイド１１２は、標本４００によって変えられた、又は、変えられない光を受信する。光ガイド１１２のフィルタ１７０は、励起光を遮断し、且つ、発光を通過させる。複数の光検出素子１２２は、複数の光ガイド１１２を介して向けられる発光を測定する。プロセッサ３１０（図１に示される）は、複数の光検出素子１２２によって測定される発光に基づいて、標本４００の蛍光イメージを生成することができる。

実施形態において、本体１０１は、多層又はモノリシック構造に関連することができる。本体１０１は、任意の適切な装置（例えば光ガイド１１４、光検出素子１２４、フィルタ１７０など）、あるいは装置の組合せを含むことができる。図１における例のような図示例においては、本体１０１は、ガイド層１１０及び検出層１２０を備える多層構造である。これらの実施形態の多層の本体１０１の各層は、任意の適切な厚さを有することができ、任意の適切な副層を有することができる。実施形態によっては、光ガイドピクセル装置１００は、特定の層を有する多層の本体１０１を有することができるが、他の実施形態では、１以上の層を集積し、省略し、又は、追加し、あるいは、１以上の層の位置を変えることができる。例えば、一実施形態の多層の本体１０１は、細胞用の生体親和性材料でできていて、他の標本４００が取り付けられて良く成長することができる、外側面１１６上のコーティングを含むことができる。別の例として、一実施形態の多層の本体１０１は、光検出層１２０とガイド層１１０との間の追加の透過層を含むことができる。別の例として、一実施形態の多層の本体１０１は、ガイド層１１０の外側面１１６の外側で、追加の透過層１８０（図３、４及び５に示される）を含むことができる。半導体及び／又はマイクロ／ナノ製造手順を多層の本体１１０の１以上の層を位置決めするのに用いることができる。

ガイド層１１０は、１以上の光ガイド１１４を有する層に関連することができる。光ガイド１１４は、ガイド層１１０により区画されるか、または、含まれることができる。光ガイド１１４間のガイド層１１０の部分は、隣接した光ガイド１１４間の交差から光を遮断することができる任意の材料でできていてもよい。例えば、この材料は、反射金属又は他の不透明な反射材料、薄い反射金属層で被覆された材料、光透過領域１１４（ｃ）（例えば光ファイバフェースプレート）の材料より低い屈折率を有する材料とすることができる。ガイド層１１０は、任意の適切な厚さを有することができる。ある場合において、ガイド層１１０は、バックグランド励起光を減衰させるのに十分大きく、且つ、発光信号を測定する光検出器用の十分高いシグナル−バックグランド比を提供する厚さとすることができる。

光ガイド１１４は、光を向けることが可能な任意の適切な構造又は構造の組合せを有することができる。実施形態において、光ガイド１１４は、第１端部１１４（ａ）、光検出層１２０に近接した第２端部１１４（ｂ）、第１端部１１４（ａ）と第２端部１１４（ｂ）との間の光透過領域（中心）１１４（ｃ）、及び、光透過領域１１４（ｃ）及び第１端部１１４（ａ）と第２端部１１４（ｂ）との間に近接する１以上の反射面１１４（ｄ）を含む。これらの実施形態では、光は、１以上の反射面１１４（ｄ）から反射することによって、第２端部１１４（ｂ）の方へ向けられる。

光透過領域１１４（ｃ）は、任意の適切な材料でできていることができる。光透過領域１１４（ｃ）は、空隙とすることができ、材料で部分的に満たされる部分的な空隙とすることもでき、又は、材料で完全に満たすこともできる。場合によっては、光透過領域１１４（ｃ）は、１以上の反射面１１４（ｄ）によって画定される空隙を含むことができる。他の場合には、光透過領域１１４（ｃ）は、１以上の反射面１１４（ｄ）間の材料を含むことができる。

光ガイド１１４は、１以上の反射面１１４（ｄ）を含む。ある場合において、１以上の反射面１１４（ｄ）は、反射材料でできているガイド層１１０において形成される１以上の面とすることができる。例えば、１以上の反射面１１４（ｄ）は、金属ガイド層１１０において形成される円筒状の孔の単一の外側円筒面とすることができる。他の場合において、１以上の反射面１１４（ｄ）は、ガイド層１１０において、ガイド層１１０に形成される１以上の面を被覆する反射コーティングの１以上の面とすることができる。他の場合において、１以上の反射面１１４（ｄ）は、第１の誘電材料の光透過領域１１４（ｃ）と、より低い屈折率を有する他の誘電材料からなる光ガイド１１４間のガイド層の部分との間の界面によって形成することができる。このような光ガイド１１４の例は、光ファイバである。

１以上の反射面１１４（ｄ）は、任意の適切な形状及びサイズを有することができる。場合によっては、反射面１１４（ｄ）は、一定の断面形状（例えば円形、矩形、三角形、卵形など）、及び、第１端部１１４（ａ）から第２端部１１４（ｂ）までのサイズを有することができる。図１において、例えば、光ガイド１１４の反射面１１４（ｄ）は、一定の直径を有する円筒状の面である。他の実施形態において、断面形状及び／又はサイズは、第１端部１１４（ａ）から第２端部１１４（ｂ）まで変化させることができる。例えば、反射面１１４（ｄ）は、円錐形とすることができる。実施形態の光ガイド１１４の反射面１１４（ｄ）の寸法（例えば直径、幅など）は、任意の適切な値（例えば、０．５０ミクロン、１ミクロン、３ミクロン、６ミクロン、１０ミクロンなど）とすることができる。場合によっては、光ガイド１１４は、対応する光検出素子１２４（例えば１〜１０ミクロン）の一部分の寸法（例えばピクセルサイズ）にサイズを合わせて、隣接する光検出素子１２４との重なりを低減することができる。

実施形態の光ガイド１１４は、対応する光検出素子と関連した任意の適切な位置及び任意の適切な方向（例えば、ｚ方向又は傾斜した方向）とすることができる。図１において、各光ガイド１１４は、ｚ方向に方向付けられ、単一の光検出素子１２２の中央の周りに中心を置いている。この位置及び方向によって、光ガイド１１４は、光を第２端部１１４（ｂ）の外へ向け、通常は、対応する単一の光検出素子１２２の中心へ向ける。他の実施態様において、光ガイド１１４は、２以上の光検出素子１２２の中心の周りに中心を置くことができる。他の実施態様において、所定の角度で光を向けるために、光ガイド１１４をｚ軸から所定の角度で方向付けることができる。

実施形態によっては、光ガイド１１４の断面形状は、真っ直ぐな柱状、傾斜した柱状、及び切頭体（切断した円錐又は角錐）から変えることができる。また、光ガイド１１４の配置は、多くの異なる形状の間で変えることができ、製造工程の間に用いるフォトマスクパターンで決定される。照明２１０の種類及び光ガイドピクセル１３２の高さに応じて、異なる形状により、蛍光発光の異なる集光効率及び／又は励起光の高い遮断率をもたらすことができる。

実施形態において、光ガイドピクセル装置１００の１以上の光ガイド１１４は、（図２（ａ）に示すように）フィルタ１７０を含むことができる。フィルタ１７０は、照明源２００からの特定の波長（すなわち励起光）の光を選択的に遮断する（例えば、吸収する又は反射する）ことができ、且つ、他の波長（例えば、発光を含む光）の光を、光ガイド１１４を介して向けることができる、任意の適切な光学フィルタ材料（例えば吸収性の色染料、多数の誘電層）に関連することができる。実施形態において、フィルタ１７０は、照明源２００によって提供される狭いバンド幅を有する励起光の照明２１０を遮断することができ、励起光によって活性化する標本４００内の蛍光体からの発光を含む他の波長の光を通過させることができる材料とすることができる。例えば、照明源２００は、青色の励起光の照明２１０を提供して標本４００の蛍光体を励起することができる。蛍光体は、それに応答して緑色の光を発することができる。光ガイド１１４のフィルタ１７０によって、照明源２００の青色の励起光を遮断して、且つ、緑色の発光を光検出素子１２４に通過させることができる、緑色のフィルタとすることができる。例示的な実施形態では、光ガイド１１４に単一のフィルタ１７０を含んでいるが、他の実施形態では、光ガイド１１４に多数のフィルタを含むことができる。

図１に示すような実施形態において、ガイド層１１０は、複数の光ガイド１１２を含む。複数の光ガイド１１２は、任意の適切な数（例えば１、３、６、８、１０、１００など）の光ガイド１１４を有し、任意の適切な配置（一次元アレイ、二次元アレイ、一次元アレイと二次元アレイとの組み合わせ）とすることができる。複数の光ガイド１１２は、ガイド層１１０において、任意の適切な方向に方向付けることができる。図１において、複数の光ガイド１１２は、ｘ方向に方向付けられている。複数の光ガイド１１２は、ピクセル間分離を有し、それは複数の光ガイド１１２の２つの隣接した光ガイド１１４の中心軸間の、ｘ−ｙ平面における距離として定義される。

光検出層１２０は、光を受信して、その受信した光に基づいて光データを有する信号を生成することができる、装置（例えば光検出素子１２４）、構造（例えば材料の副層）、又はそれらの組み合わせを含む層に関連することができる。信号は、光電効果から電流の形態であってもよい。実施形態によっては、光検出層１２０は、複数の副層（例えば、パッシベーション副層、マイクロレンズ副層、フィルタ副層、活性化した感光性の副層、外側の保護副層など）を備えることができる。例えば、光検出層１２０は、外側のパッシベーション副層、内側のマイクロレンズ副層、及び内部の活性化した感光性の副層を含むことができる。別の例として、光検出層１２０は、活性化した感光層のみを含むことができる。この例では、光検出層１２０は、予め製造されたイメージセンサからカラーフィルタ及びマイクロレンズ副層を除去することにより製造することができる。カラーフィルタ及びマイクロレンズ副層は、予め製造したイメージセンサを一定の間（例えば８０Ｗで１０分間）酸素プラズマの下で処理することによって除去することができる。

実施形態において、光検出層１２０は、１以上の分離した光検出素子１２４を含む。光検出素子１２４は、単一の光検出素子１２４、光検出素子１２４の一次元アレイ、光検出素子１２４の二次元アレイ、又は光検出素子１２４の多数の一次元アレイ及び／又は二次元アレイのような任意の適切な形態に配置することができる。適切な配置のいくつかの例は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）アレイ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）アレイ、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、フォトダイオード（ＰＤ）アレイ、光電子増倍管（ＰＭＴ）アレイ、及び他の適切なアレイを含む。これら及び他のアレイは、市販されている。光検出素子１２４は、モノクロの検出器又はカラー検出器（例えばＲＧＢ検出器）とすることができる。光検出素子１２４は、任意の適切なサイズ（例えば１〜１０ミクロン）及び任意の適切な形状（例えば円形、矩形、正方形など）とすることができる。例えば、ＣＭＯＳ又はＣＣＤアレイの光検出素子１２４は、１〜１０ミクロンとすることができ、ＡＰＤ又はＰＭＴアレイの光検出素子１２４は、１〜４ｍｍと同じ大きさとすることができる。

光データは、光検出素子１２４によって受信される光に関連した任意の適切な情報に関連する。光データは、例えば、光の強度、光の波長、光の周波数、光の分極、光の位相、光の回転角運動量、及び／又は光検出素子１２４によって受信される光と関連する他の光特性のような、検出される光の特性に関する情報を含む。光のデータは、光を受信して特定の信号を生成する光検出素子１２０（ａ）の位置も含むことができる。光データは、光が特定の光検出素子１２４によって検出された時間も含むことができる。光データは、単一の（サンプル）時間に基づくか、多数の（サンプル）時間に基づくか、又は、時間変化ベースに基づくことができる。場合によっては、光データは、１つ以上の光検出素子１２４によって受信される発光に関連した光データである、発光データを含むことができる。

実施形態において、光検出層１２０（例えば光センサ）は、ガイド層１１０における複数の光ガイド１１２を介して向けられる光を受信するための複数の分離した光検出素子１２２（例えばセンサピクセル）を含む。複数の光検出素子１２２は、任意の適切な数（１、２、４、１０、１６、１００、１０００など）の光検出素子１２４を含むことができる。複数の光検出素子１２２は、光検出層１２０における光検出素子１２４の部分又は二次元アレイとすることができる。図２（ａ）及び２（ｂ）において、光検出層１２０は、光検出素子１２４の二次元アレイ全体である複数の光検出素子１２２を含む。一実施形態において、複数の光検出素子１２２は、光検出素子１２４の二次元アレイの一部とすることができ、光検出素子の２次元アレイの他の部分を、ガイド層１１０で被覆して光ガイド１１４間のピクセル間分離を拡大することができる。

図１及び他の実施形態において、複数の光検出素子１２２における各光検出素子１２４は、一意的に単一の光ガイド１１４に対応する。これらの例において、各光検出素子１２４は、通常、対応する単一の光ガイド１１４から向けられる光のみを受信する。他の実施形態において、複数の光検出素子１２２の多数の光検出素子１２４は、単一の光ガイド１１４に対応する。これらの実施形態では、多数の光検出素子１２４は、通常、対応する光ガイド１１４からの光のみを受信する。

図１及び他の実施形態において、光ガイドピクセル装置１００によって検査される（例えば、撮像される）標本４００は、ガイド層１１０の外側面１１６にある単一の物体（例えば、細胞）とすることができる。図示の実施形態では、単一の物体が示されているが、他の実施形態では、検査される標本４００は、任意の適切な数（例えば１、２、１０、１００、１０００など）の物体を含むことができる。実施形態の光ガイドピクセル装置１００によって検査される標本４００には、例えば、生物学的又は無機のエンティティのような、任意の適切な種類の物体を含むことができる。生物学的エンティティの例は、細胞、細胞コンポーネント（例えばタンパク質）、バクテリア又はウイルスのような微生物などを含む。

図１において、光ガイドピクセルシステム１０は、照明源２００を含む。他の実施態様において、照明源２００は、光ガイドピクセルシステム１０と分離することができる。照明源２００は、標本４００に照明２１０を提供することができる、任意の適切な装置／構造、装置／構造の組合せ、又は他の適切な光源（例えば環境照明、熱源など）に関連することができる。適切な装置及び構造は、自然に利用でき、及び／又は、市販されているものとすることができる。適切な構造のいくつかの例は、アパーチャ、アパーチャアレイ、焦点を生成するホログラフィプレート、焦点アレイ発生器、及び他の適切な構造を含む。例えば、照明源２００は、アパーチャを介して、標本４００の局所的領域に光を提供することができる。他の例では、照明源２００は、図７に示すように、サンプルの局所的領域に光を提供する金属プローブを含むことができる。他の例では、照明源２００は、集束ビームアレイを生成する集束ビームアレイ発生器を含むことができる。他の例では、照明源２００は、焦点アレイを生成するホログラフィプレートを含むことができる。適切な装置のいくつかの例は、熱源、ＬＥＤ、連続波レーザ、パルスレーザなどを含むことができる。照明源２００は、任意の適切な位置に配置することができ、及び／又は、必要に応じて標本４００に照明２００を向けるのに適切なコンポーネント（例えば、反射面、レンズ、アパーチャアレイなど）を含むことができる。

照明源２００は、所望のイメージング方式に適した特性（例えば波長、強度、分極、位相など）を有する照明２１０を提供する。照明２１０は、連続的、又は、例えばパルスレーザ（例えば、モードロックレーザ、Ｑスイッチレーザなど）のような時間ゲートとすることができる。照明２１０は、任意の適切な形態（例えば、１以上のビーム、焦点アレイ、明視野、多数のコヒーレント光源によって発生する干渉パターンなど）とすることができる。

蛍光イメージング方式において、照明源２００は、励起光を有する照明２１０を提供することができる。励起光は、検査される標本４００内の蛍光体を活性化させることができる、特定の波長又は狭いバンド幅の波長を有する光に関連することができる。特定の波長又は狭いバンド幅の波長は、用いる蛍光染料の励起スペクトルに基づくものとすることができる。蛍光イメージング方式において用いることができる適切な照明源のいくつかの例は、レーザ、ＬＥＤなどを含む。場合によっては、ホログラフィプレート又は他の適切な構造を用いて、照明２１０を提供するための焦点アレイを生成することができる。

一実施形態において、照明源２００は、異なる時間に異なる走査位置から照明２１０を提供することができる走査型照明源とすることができる。走査は、例えば、走査ステージ又はミラー、ＬＥＤアレイ、フラットパネルディスプレイスクリーン、又は他の適切な装置を含む、様々な方法を用いて達成することができる。一例として、照明源２００は、異なる時間（ｔ＝ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３など）に異なる走査位置から照明２１０を提供するために、ディスプレイ全体の異なる走査位置に並進（シフト）することができる光要素（例えば、１以上のディスプレイピクセルのセット）を有するディスプレイ（例えばＬＣＤ）を有する装置（例えばスマートフォン）とすることができる。シフトする光要素は、外側面１１６上の標本４００のシフトした投影を生成するために異なる時間に異なる照明角度から標本４００に照明２１０を提供することができる。別の例として、照明源２００は、ホログラフィプレート、又は差動光学エレメント、又は焦点アレイを生成することができる他の構造を含むことができる。この例では、照明源２００は、時間変動ベースで標本４００上の異なる照明スポットに照明２１０を提供する、標本４００全体の焦点アレイを走査する、走査機構（例えばラスタスキャナ）を含むことができる。

図１の光ガイドピクセルシステム１０は、光検出１２０と通信するように連結されたホストコンピュータ３００を含む。ホストコンピュータ３００は、ＣＲＭ３２０及びディスプレイ３３０と通信するように連結されたプロセッサ３１０を備えている。あるいは、ホストコンピュータ３００は、光ガイドピクセルシステム１０とは別個の装置とすることができる。ホストコンピュータ３００は、例えば、スマートフォン、タブレットなどのような任意の適切なコンピュータとすることができる。

図１において、プロセッサ３１０（例えばマイクロプロセッサ）は、複数の光検出素子１２２によって受信される光に関連した光検出器１２０からの光データ（例えば発光データ）を有する信号を受信する。プロセッサ３１０は、光データを分析することができる。場合によっては、プロセッサ３１０は、光検出器１２０から受け取った光データに基づいて、標本４００に関連したイメージデータを生成することができる。イメージデータは、ディスプレイ３３０又は他の適切な出力装置上に、標本４００の一部のイメージを生成するのに用いることができる任意の適切なデータに関連する。

実施形態の光ガイドピクセルシステム１０は、標本４００又は標本４００の一部の明視野及び／又は蛍光イメージを生成することができる。例えば、実施形態の光ガイドピクセルシステム１０は、明視野及び多物体の標本４００の単一の物体（例えば細胞又は細胞コンポーネント）の蛍光イメージを生成することができる。実施形態の光ガイドピクセルシステム１０は、高解像度イメージ（例えばサブピクセル解像度イメージ）及び／又は低解像度イメージを生成することができる。実施形態の光ガイドピクセルシステム１０は、カラー及び／又は白黒のイメージを生成することができる。

プロセッサ３１０は、光ガイドピクセルシステム１０のいくつかの機能を実行するためのＣＲＭ３２０に格納されるコードを実行する。光ガイドピクセルシステム１０の適切な機能は、発光データ及び他の光データを読み取ること、発光データ及び他の光データの分析を実行すること、発光データを用いて蛍光イメージデータを生成すること、他の光データを用いて明視野イメージデータを生成すること、連続したサブピクセルシフト投影像に基づいて高解像度イメージを生成することなどを含む。

ＣＲＭ３２０（例えばメモリ）光ガイドピクセルシステム１０のいくつかの機能を実行するためのコードを格納している。コードは、プロセッサ３１０によって実行可能である。実施形態において、ＣＲＭ３２０は、ａ）光検出器１２０から受け取った発光データ及び他の光データを読み取るためのコード、ｂ）発光データを用いて標本４００の蛍光イメージデータを生成するためのコード、ｂ）光データに基づいて標本４００の明視野イメージデータを生成するためのコード、ｃ）イメージデータに基づいてディスプレイ３３０上にイメージを生成するためのコード、ｄ）標本４００の連続したサブピクセルシフト投影像に基づいて標本４００の高解像度イメージを生成するためのコード、及び／又は、ｆ）光ガイドピクセルシステム１０の機能を実行するための他の任意の適切なコードを備えることができる。ＣＲＭ３２０は、信号処理又は当業者によって作成されることができる他のソフトウェア関連機能のいずれかを実行するためのコードを含むことができる。コードはＣ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌなどを含む、任意の適切なプログラミング言語とすることができる。

光ガイドピクセルシステム１０は、プロセッサ３１０と通信するように連結されるディスプレイ３３０を含む。任意の適切なディスプレイを用いることができる。一実施形態において、ディスプレイは、ＤＥＤＤ１００の一部とすることができる。ディスプレイ３３０は、光ガイドピクセルシステム１０のユーザに、検査された分析結果（例えば、標本４００の物体の蛍光イメージ）を提供することができる。

一実施形態において、光ガイドピクセル装置１００は、第１の複数の光ガイド及び第２の複数の光ガイドを有するガイド層を有することができる。光ガイドの第１の複数及び第２の複数の光ガイドは、互いに散在していてもよい。第１の複数の光ガイドの光ガイド１１４は、フィルタを備えており、第２の複数の光ガイドの光ガイド１１４は、フィルタを備えていない。光ガイドピクセル装置１００は、第１の複数の光ガイド１１２によって向けられる光を受信する第１の複数の光検出素子１２２及び第２の複数の光ガイド１１２によって向けられる光を受信する第２の複数の光検出素子１２２を有する光検出層１２０を備えることができる。第１の複数の光検出素子１２２は、標本の明視野イメージを出すためにプロセッサによって用いられる光を受信することができる。同時に、光検出素子１２２の第２のセットは、標本の蛍光／リン光イメージを生成するために用いる光を受信することができる。

本開示の範囲内において、光ガイドピクセルシステム１０に修正、追加、又は省略をなすことができる。加えて、光ガイドピクセルシステム１０のコンポーネントは、特定のニーズに応じて、集積又は分離することができる。例えば、プロセッサ３１０又は他の適切なプロセッサは、複数の光検出素子１２４に組み込むことができる。別の例として、プロセッサ３１０及びＣＲＭ３２０は、光ガイドピクセルシステム１０とは別個の、光ガイドピクセルシステム１０と通信するコンピュータ（例えばクラウドコンピュータ）のコンポーネントとすることができる。別の例として、実施形態の光ガイドピクセル装置１００は、標本４００が検査される間、標本４００を保つためのステージ又は他の容器を含むことができる。

ＩＩ．イメージング方式

明視野及び／又は蛍光イメージングの双方を、図２（ａ）及び図２（ｂ）の光ガイドピクセル装置１００を用いる光ガイドピクセルシステム１０により達成することができる。明視野イメージング用に、照明光２００は、異なる走査時間に複数の走査位置で照明２１０を走査（例えばラスタスキャン）することができる。複数の走査位置は、ガイド層１１０の外側面１１６上の標本４００の連続したサブピクセルシフト投影像を生成するように構成することができる。連続したサブピクセルシフト投影像において、隣接した投影像は、光検出素子１２４（例えばセンサピクセル）の寸法より小さい距離離れた位置にある。プロセッサ３１０は、複数の光検出素子１２４によって受信された光に基づいて、標本の連続したサブピクセルシフト投影像を生成することができる。超解像度アルゴリズムにより、プロセッサ３１０は、連続したサブピクセルシフト投影像に基づいて、標本４００の高解像度イメージを得ることができる。光ガイド構造は、ガイド層を介してピクセル間分離を導入し、これにより光ガイド１１４がフィルタ１７０を有する場合の解像度さえも向上させることができる。蛍光／リン光イメージング用に、標本４００は、例えばレーザ又はＬＥＤのような照明源２００からの励起光を有する照明２１０によって照射されることができる。励起光は、標本４００内の蛍光体を励起する。励起光は、蛍光／リン光信号のみが検出されるように、ガイド層１１０のフィルタによって減衰される。プロセッサ３１０は、複数の光検出素子１２４によって受け取られる発光に基づいて、標本４００の蛍光／リン光イメージを生成することができる。

Ａ．明視野高解像度イメージング方式

高解像度明視野イメージングは、ピクセル超解像度アルゴリズムを用いた、フィルタ１７０を有する光ガイド１１４を有する光ガイドピクセル装置１００により達成することができる。ピクセル超解像度アルゴリズムの適切な例は、Ｓｕｎｇ Ｃｈｏｅｌ， Ｐ．， Ｐ． Ｍｉｎ Ｋｙｕ， ａｎｄ Ｋ． Ｍｏｏｎ Ｇｉ，による、「Ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ： ａ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｖｅｒｖｉｅｗ」（Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ， ＩＥＥＥ， ２０（３）， ｐｐ．２１−２６（２００３））において見つけることができ、すべての目的でその全体を参照として本明細書に組み込むものとする。サブピクセルシフトイメージは、光検出層１２０上の標本４００の異なる投影を生成するために照明源２００を走査することによってキャプチャすることができる。光ガイド１１４間のガイド層１１０の部分は、光が隣接した光検出素子１２４に交差するのを防止するようにし、ガイド層１１０内のフィルタ１７０による解像度を維持する。

照明源２００を走査するのは、例えば、走査ステージ又はミラー、ＬＥＤアレイ、フラットパネルディスプレイスクリーン、又は他の適切な装置を含む、任意の様々な方法用いて達成することができる。例えば、走査型照明源２００は、光要素（例えば、１以上のディスプレイピクセルのセット）を有するディスプレイ（例えばＬＣＤ）を有する装置（例えばスマートフォン）とすることができる。走査型照明源２００は、異なるスキャン時間で複数の走査位置に光要素を走査するか又は並進させることができる。ある場合において、走査型照明源２００は、走査パターンに応じて特定の走査時間に様々な走査位置に光要素を走査するか又は並進させることができる。異なる走査位置での光要素からの照明２１０は、検出面１２６上に標本４００のシフト投影像を生成する。走査中、複数の光検出素子１２４は、１以上の連続したサブピクセルシフト投影像をキャプチャする。プロセッサ３１０は、連続した光投影のデータを受信する。プロセッサ３１０は、連続したサブピクセルシフト光投影用のデータからサブピクセルシフト投像の運動ベクトルを突き止める。プロセッサ３１０は、少なくとも１つの標本４００の連続したサブピクセルシフト投影像及び／又は突き止めた運動ベクトルからのデータとともに、適切な超解像度アルゴリズムを用いて、標本４００の１以上の高解像度明視野イメージを構築する。

複数の走査位置は、任意の適切な配置（例えば、アレイ、円形、正方形、三角形など）とすることができる。例えば、走査位置は、走査位置のアレイ（例えば、一次元アレイ、二次元アレイ、又は一次元アレイと二次元アレイとの組み合わせ）の形態とすることができる。各アレイは、任意の適切な寸法（例えば２×１、２×１、１００×２００、１００×１００など）を有することができる。ある場合において、走査位置は、ｎ×ｍの走査位置（ｘ_{ｉ＝１〜ｎ}、ｙ_{ｊ＝１〜ｍ}）の二次元の（ｎ×ｍ）アレイに配置することができる。

図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）は、本発明の一実施形態による例示的な明視野高解像度イメージング方式の中の光ガイドピクセル装置１００のコンポーネントの概略図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）において、光ガイドピクセル装置１００は、複数の光ガイド１１２を有するガイド層１１０及び複数の光検出素子１２２を有する光検出層１２０を有する本体１０１を含む。各光ガイド１１４は、フィルタ１７０を含む。ガイド層１１０は、外側面１１６及び内側面１１８も有する。本体１０１は、適切な厚みを有する適切な材料のガイド層１１０の外側面１１６の外側に透過層１８０も含む。例えば、外側層１８０は、取り付けて成長させるための、細胞及び他の標本４００用の生体親和性材料でできている。図示例では、２つの細胞を有する標本４００は、外側層１８０の外面に位置する。

図示例では、照明源２００（図示せず）は、それぞれ図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）における走査時間ｔ＝ｔａ、ｔｂ、及びｔｃでの３つの走査位置から照明２１０を提供する。３つの走査位置からの照明２１０は、ガイド層１１０の外側面１１６上に標本４００の連続した３つのサブピクセルシフト投影像を生成する。連続した３つのサブピクセルシフト投影像は、２以上のサブピクセルシフト投影像に関連することができ、連続してキャプチャされる投影は、互いに光検出素子のサイズ（例えばピクセルサイズ）より小さい離間距離にある。複数の光検出素子１２４は、連続したサブピクセルシフト投影像の光を測定することができる。図示例では、３つの走査位置が示され、３つの対応するサブピクセルシフト投影像が生成されているが、イメージング手順は、他の実施形態において、サブピクセルシフト投影像の適切な数を生成するための任意の適切な数（例えば２、３、５、１０、１００など）の走査位置を含むことができる。プロセッサ３１０は、連続したサブピクセルシフト投影像からの光データに基づいて、サブピクセルシフト投影像の運動ベクトルを突き止めることができる。適切な超解像度アルゴリズムを用いて、プロセッサ３１０は、複数の光検出素子１２４によってキャプチャされるにつれて、連続したサブピクセルシフト投影像の光データから標本４００の高解像度イメージを構築することができる。

Ｂ．低解像度蛍光イメージング方式

蛍光標本は、励起光の照明２１０で一時に、標本４００全体を照射することによって、光ガイドピクセル装置１００を用いて低解像度で撮像することができる。光ガイド１１４内のフィルタ１７０は、励起光が光検出層１２０（例えばフォトセンサ）に達するのを遮断し、蛍光信号が光検出層１２０内の光検出素子１２４によって検出されるようにすることができる。フィルタ１７０のフィルタ材料は、蛍光染料及び利用できる励起照明源の励起及び発光スペクトルに応じて選定することができる。励起用に、レーザ又はＬＥＤのような狭いバンド幅の照光源を用いることができる。この方式によって生成される蛍光イメージの解像度は、複数の光検出素子１２４の光検出素子（例えばセンサピクセル）の寸法（例えば直径）に基づく。

図４は、本発明の一実施形態による、例示的な低解像度蛍光イメージングの中の光ガイドピクセル装置１００のコンポーネントの概略図である。図４において、光ガイドピクセル装置１００は、複数の光ガイド１１２を有するガイド層１１０及び複数の光検出素子１２２を有する光検出層１２０を有する本体１０１を含む。ガイド層１１０は、外側面１１６及び内側面１１８も有する。本体１０１は、ガイド層１１０の外側面１１６の外側に透過層１８０も含む。透明層１８０は、適切な厚さの任意の適切な材料とすることができる。例えば、透明層１８０は、取り付けて成長させるための、細胞及び他の標本用の生体親和性材料でできている。各光ガイド１１４は、励起光を遮断して、透過層１８０の外面の外に位置する標本４００内の活性化した蛍光体からの発光を通過させるフィルタ１７０を含む。図示例では、標本４００は、２つの細胞を含む。図４における光ガイドピクセル装置１００のボディ１０１は、８つの分離した光ガイドピクセル１３２を含む。各光ガイドピクセル１３２は、単一の光ガイド１１４、単一の光検出素子１２４を有する光検出層１２０、及び透明層１８０の一部を有するガイド層１１０を含む。

図４において、照明源２００（図示せず）は、標本４００全体に励起光を有する照明２１０を提供する。レーザ又はＬＥＤのような、励起光の狭いバンド幅の照明を提供することができる任意の適切な照明源２００を用いることができる。励起光は、標本４００内の蛍光体を活性化させる。蛍光体及び励起光からの発光１９０は、ガイド層１１０の光ガイド１１４によって受信される。光ガイド１１４は、光を光検出層１２０に向ける。光ガイド１１４のフィルタ１７０は、励起光を遮断して、発光１９０を通過させる。複数の光検出素子１２４は、発光１９０を測定する。プロセッサ３１０は、発光１９０に関連した光データを有する１つ又は複数の信号を受信して、標本４００から低解像度蛍光イメージを構築する。標本４００の解像度は、光検出層１２０の光検出素子１２４の寸法で決定される。

Ｃ．高解像度蛍光イメージング方式

蛍光イメージングの解像度を高めるために、光ガイドピクセル装置１００は、高解像度蛍光イメージング方式において焦点アレイ照明を用いることができる。焦点アレイ照明の例は、Ｗｕ，Ｊ．らによる「Ｗｉｄｅ ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｖｉｅｗ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｆｏｃｕｓ ｇｒｉｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ」（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３５（１３），ｐｐ．２１８８−２１９０（２０１０））において見つけることができ、全ての目的のためにその全体を本明細書に組み込むものとする。光焦点アレイは、通常、光焦点の近くの蛍光体のみを励起する。場合によっては、光焦点間隔は、光検出素子１３２のサイズに等しいか、又は大きくすることができる。これらの場合、各光検出素子１３２によって検出される蛍光信号は、単一の光焦点と関連する標本４００上の照射スポットの位置に対応する。

光焦点アレイを走査して（例えばラスタスキャン）、時間変動ベースで標本４００の異なる部分の蛍光体を励起することができる。焦点アレイが標本４００全体にわたり走査されるにつれ、光検出素子１２４は、時間変動光データ（例えば線走査）を測定する。プロセッサ３１０は、時間変動発光データを含む時間変動光データをコンパイルしてサブピクセル解像度を有する１以上の蛍光イメージを生成することができる。この方式における解像度は、焦点のサイズに基づく。

高解像度蛍光イメージング方式において、焦点アレイは、マイクロレンズアレイ、フレネルゾーンプレートアレイ、及び他の回折光学要素を含む様々な方法、ホログラフィプレート、及びアパーチャのアレイからのタルボー（ｔａｌｂｏｔ）効果によってつくることができる。照明源２００は、焦点アレイを生成するための適切な構造及び装置を含むことができる。例えば、照明源２００は、ホログラフィック要素（例えばホログラフィプレート）、又は、回折光学要素（例えばフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）、回折格子、光子篩など）、及び、ビーム発生器（例えばレーザ）を含むことができる。ホログラフィック要素又は回折光学要素は、ビーム発生器から焦点アレイへと波面を変換することができる。

焦点アレイは、一次元アレイ、二次元アレイ、又は、一次元アレイ及び／又は二次元アレイの組合せとすることができる。各焦点は、任意の適切なサイズの直径を有することができる。適切なサイズのいくつかの例は、０．４ミクロン、０．６ミクロン、０．８ミクロン、１ミクロンなどである。焦点間は、適切な間隔（例えば５ミクロン、１０ミクロン、１５ミクロンなど）を用いることができる。

図５は、本発明の一実施形態による、例示的な高解像度蛍光イメージング方式の中の光ガイドピクセル装置１００のコンポーネントの概略図である。図５において、光ガイドピクセル装置１００は、複数の光ガイド１１２を有するガイド層１１０及び複数の光検出素子１２２を有する光検出層１２０を有する本体１０１を含む。各光ガイド１１４は、フィルタ１７０を含む。ガイド層１１０は、外側面１１６及び内側面１１８も有する。本体１０１は、ガイド層１１０の外側面１１６の外側に透過層１８０も含む。透過層１８０は、適切な厚さの任意の適切な材料でできていてもよい。例えば、透過層１８０は、取り付けて成長させるための、細胞及び他の標本用の生体親和性材料でできている。図示例では、２つの細胞を有する標本４００は、外側層１８０の外面に位置する。図５における光ガイドピクセル装置１００は、ｘ軸、ｙ軸（図示せず）、及びｚ軸を含む。ｘ軸及びｙ軸は、ガイド層１１０の外側面１１６での平面上にある。ｚ軸は、この平面に対して垂直である。

図５において、照明源２００（図示せず）は、焦点２３０のアレイの形態で励起光の照明２１０を提供する。照明２１０は、収束する球面状の波面のアレイを含む。球面状の波面のアレイは、光焦点２３０の焦点アレイを形成する。各体積は砂時計形であり、焦点面にて焦点２３２に収束し、展開体積（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）における焦点面から展開する焦点円錐を形成する。標本４００の焦点の位置の蛍光体は、励起光によって活性化されて発光１９０を生成する。

照明源２００が標本全体にわたる焦点２３０のアレイを走査するにつれて、標本の異なる位置の蛍光体が時間変動ベースで活性化する。焦点２３０のアレイが標本４００全体にわたり走査されるにつれて、光検出層１２０の光検出素子１２４は、光（例えば発光）を受信して、受信した光に基づいて時間変動光データ（例えば線走査）を生成することができる。プロセッサ３１０は、時間変動光データを結合して、標本４００の１以上の蛍光／リン光を生成するか、あるいは、標本４００を分析することができる。

ＩＩＩ． オンチップアプリケーション

顕微鏡検査は、生物学的科学の研究における不可欠なツールである。イメージングシステムの小型化の近年の進歩により、生物学研究室に大顕微鏡の安価な代替品を提供することができ、これにより多数のサンプルの同一の方法でのイメージングが可能となる。イメージングシステムを小型化することの近年の進歩のいくつかの例は、Ｃｕｉ， Ｘ．らによる「Ｌｅｎｓｌｅｓｓ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｎ−ｃｈｉｐ ｏｐｔｏｆｌｕｉｄｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ ｆｏｒ Ｃａｅｎｏｒｈａｂｄｉｔｉｓ ｅｌｅｇａｎｓ ａｎｄ ｃｅｌｌ ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｎａｔｉｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓの議事録、１０５（３１），ｐ．１０６７０（２００８））、Ｓｅｏ， Ｓ．らによる「Ｌｅｎｓｆｒｅｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｏｎ−ｃｈｉｐ ｃｙｔｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ」（Ｌａｂ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ ９（６），ｐｐ．７７７−７８７（２００９））、Ｂｒｅｓｌａｕｅｒ， Ｄ．らによる「Ｍｏｂｌｅ ｐｈｏｎｅ ｂａｓｅｄ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ｇｌｏｂａｌ ｈｅａｌｔｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（２００９）」、及び、Ｚｈｅｎｇ，Ｇ．らによる「Ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｏｐｔｏｆｌｕｉｄｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｆｏｒ ｏｎ−ｃｈｉｐ ｃｅｌｌ ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｌａｂ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ １０（２２）， ｐｐ．３１２５−３１２９（２０１０））において見つけることができ、全ての目的において、それらの内容を本明細書に組み込むものとする。

低コスト及び小サイズのオンチップイメージングシステムは、オンチップ細胞培養プラットフォームとして用いることができ、時間全体にわたって細胞を同一の方法で撮像することができる。自動イメージングシステムの例は、Ｌｅｖｉｎ−Ｒｅｉｓｍａｎ，Ｉ．らによる「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ＳｃａｎＬａｇ ｒｅｖｅａｌｓ ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ ｕｎｄｅｔｅｃｔａｂｌｅ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈｅｎｏｔｙｐｅｓ」（Ｎａｔ Ｍｅｔｈ，７（９），ｐｐ．７３７−７３９（２０１０））において見つけることができ、全ての目的においてその内容を本明細書に組み込むものとする。従来の培養器ベースの細胞培養と結合されて、オンチップ顕微鏡は、従来の大顕微鏡又はプレートリーダのような、その場及び同じ方法で個々の細胞を計数し追跡することが困難である、システム生物学細胞成長、及び生体外薬スクリーニングにおける、時間分解された情報を調査することができる。

オンチップイメージングシステムベースのＣＭＯＳイメージセンサは、近年、ピクセル超解像度アルゴリズム及びＬＣＤスクリーン照明を用いて開発された。超解像度アルゴリズムの例は、Ｓｕｎｇ Ｃｈｏｅｌ， Ｐ．，Ｐ． Ｍｉｎ Ｋｙｕ、及びＫ． Ｍｏｏｎ Ｇｉによる「Ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ： ａ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｖｅｒｖｉｅｗ」（Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ， ＩＥＥＥ， ２０（３）， ｐｐ．２１−３６（２００３））において見つけることができる。このシステムにおいて、標本は、センサの表面に配置され、照明としてＬＣＤスクリーン上の明るいピクセルをラスタ走査して得られた各フレームを有する連続したピクセル化された低解像度イメージとして撮像される。次いで、これらのイメージは、ピクセル超解像度アルゴリズムを用いた単一の高解像度イメージに処理される。このシステムにおいて、従来の２０ｘ−４０ｘ対物顕微鏡によって得られるのと同等の解像度を達成することができる。最高解像度は、センサの表面上で達成される。

実施形態の光ガイドピクセルシステム１０は、１以上のオンチップ光ガイドピクセル装置１００を有するオンチップレンズレスイメージングシステムとして機能することができる。各オンチップ光ガイドピクセル装置１００は、ピクセル超解像度アルゴリズムを用い、生物学的サンプルの明視野及び蛍光高解像度イメージングの双方用のコンパクトイメージングプラットフォームを提供するために光ガイド１１４を含むことができ、これにより、生物学及び医学研究の強力なツールとなる。

１つのオンチップ光ガイドピクセルシステム１０において、１以上のオンチップ光ガイドピクセル装置１００を、撮像能力を有するオンチップ細胞培養プラットフォームにおいて用いることができる。このシステムのコンパクトで低コストな性質により、ユーザが、例えば成長追跡、スクリーニング、及び細胞計数のような、培養のその場分析を実行することが可能となる。

図６は、本発明の一実施形態による、リアルタイム分析用の同一方法のその場イメージングを有するオンチップ細胞培養プラットフォームのオンチップ光ガイドピクセルシステム１０の概略図である。図６において、オンチップ光ガイドピクセルシステム１０は、７台のオンチップ光ガイドピクセル装置１００を含む。オンチップ光ガイドピクセルシステム１０は、ホストコンピュータ３００、培養器４００、及びリレー５００を含む。オンチップ光ガイドピクセル装置１００は、リレー５００によってホストコンピュータ３００と通信する。オンチップ光ガイドピクセル装置１００は、培養器４００の範囲内に位置する。７台の光ガイドピクセル装置１００が示されているが、任意の適切な数（例えば１、２、４、５、６、１０、１００など）を含むことができる。

光ガイドピクセルシステム１０は、プロセッサ３１０、コンピュータ読み取り可能媒体（ＣＲＭ）３２０、及びディスプレイ３３０を有するホストコンピュータ３００を含む。ディスプレイ３３０及びＣＲＭ３２０は、プロセッサ３１０と通信する。プロセッサ３１０は、光ガイドピクセル装置１００の光検出層１２０と通信する。図１には、単一の光ガイドピクセル装置１００が示されているが、他の実施形態の光ガイドピクセルシステム１０は、多数の光ガイドピクセル装置１００を含むことができる。リレー５００（例えばリレーマルチプレクサ）は、ホストコンピュータ３００におけるプロセッサ２１０（図示せず）に、多数の光ガイドピクセル装置１００からの信号による情報をリレーすることができる。

このオンチップ多モードイメージングシステムは、低コスト且つコンパクトな方法で製造することができ、細胞を成長させる能力を有する。ユーザが明視野及び蛍光の双方において細胞を撮像することができるように、イメージングシステム全体を培養器内に置くことができる。細胞及び培養媒体を貯蔵する簡単なチャンバデザインをチップに置くことができる。チャンバ又は複合した流体ネットワークの多数のアレイは、化学的及び機械的環境の制御を提供するように構成することができる。このシステムは、生物学研究室において、ペトリ皿及びウェルプレートに戻すことができる。

ＩＶ．光ガイドを有するガイド層の製造

光ガイドピクセル装置１００は、適切な従来の方法を用いて製造することができる。光ガイドピクセル装置１００の実施形態の多層の本体１０１の層は、添加及びエッチングプロセスにより作ることができる。また、実施形態のガイド層１１０は、別個に作ることができ、次いで、光検出層１２０の複数の光検出素子１２２に整列させることができ、あるいは、光検出層１２０に直接製造することができる。適切な添加プロセスには、所定のロッドアレイ上の電解又は無電解めっきが含まれる。一実施形態において、アパーチャの形態の複数の光ガイド１１２を有するガイド層１１０は、例えば薄い金属シート、シリコン基板、又はポリマーフィルムのようなバルク材料を介したエッチングによって作ることができる。

光ガイド１１４間のガイド層１１０の部分は、光を隣接した光ガイド１１４の交差から遮断することができる任意の適切な材料でできている。例えば、それは反射金属とすることができ、光ファイバのフェースプレートにおける光ガイドコアと比較して薄い反射金属層又は低屈折率材料で被覆される他の材料とすることができる。

光ガイドピクセル装置１００及び他の高アスペクト比の金属構造の本体１０１を製造する１つの方法は、標準のリソグラフィ、電解めっき、形成（ＬＩＧＡ）プロセスを用いることができる。図７は、本発明の実施形態による、光ガイドピクセル装置１００のボディ１０１を作るのに用いることができるＬＩＧＡプロセスのステップの概略図である。この方法では、図７（ａ）に示すように、薄い導電性のシード層５１０は、光検出層１２０（例えばＣＭＯＳイメージセンサ）又はシリコン基板の検出面１２６に堆積される。図７（ｂ）に示す他のステップにおいて、高いロッドアレイ５２０を、例えばＳＵ８のような高アスペクト比のフォトレジストを用いて作ることができる。この高いロッドアレイ５２０は、図７（ｃ）に示す電気めっきステップの用のモールドとして作用することができる。一度、金属５３０（例えばＮｉ）が電気めっき又は堆積を経て成長すると、図７（ｄ）に示すように、フォトレジストによって除去することができる。残りのアパーチャ５４０は、スピンコーティング又は超音波処理によって染料材料（フィルタ材料）で満たして、ガイド層１１０を完成させるためのフィルタ１７０を形成することができる。一度、光ガイド１１４がフィルタ１７０を形成するフィルタ材料で満たされると、パシベーション層１８０（図示せず）を、任意の生物学的イメージング及び分析を実行する前にガイド層１１０の上に配置することができる。

光ガイドピクセル装置１００のボディ１０１を製造する別の方法は、フィルタ材料（吸収性のカラーフィルタ、干渉フィルタなど）でできた高いロッドアレイ５２０を製造するプロセスに反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセス又は深堀りＲＩＥを用いることによる。この方法では、フィルタ材料（すなわちフィルタ１７０を有する光ガイド１１４）でできた高いロッドアレイ５２０を光ガイド１１４間の電気メッキ金属用のモールドとして用いて、ガイド層１１４を形成することができる。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又は深堀りＲＩＥプロセスは、フィルタ材料（吸収性のカラーフィルタ、干渉フィルタなど）を有する高いロッドアレイ５２０を製造するのに用いることができる。染料の種類によっては、高いロッドアレイ５２０の染料は、電気めっきプロセスの間、形状を維持するために、フォトレジスト又は他の化学製品と混合する必要がある。

図８は、本発明の一実施形態による、光導ガイドピクセル装置１００のボディ１０１を製造するのに用いることのできる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスのステップの概略図である。この方法では、図８（ａ）に示すように、薄い導電性のシード層５１０を、光検出層１２０（例えばＣＭＯＳイメージセンサ）又はシリコン基板の検出面１２６に堆積する。図８（ｂ）において、フィルタ材料のスピンコートフィルタ層５５０を、薄い導電性のシード層に堆積する。フォトレジスト材料でできているパターン５６０は、図８（ｃ）に示すスピンコートフィルタ層５５０上に加えられる。図８（ｄ）において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又は深堀りＲＩＥプロセスを、フィルタ１７０の高いロッドアレイ５２０に残存している材料を除去するために用いる。高いロッドアレイ５２０は、図８（ｅ）に示す電気めっきステップ用のモールドとして作用する。場合によっては、パシベーション層１８０（図示せず）を、任意の生物学的イメージングも及び分析を実行する前に、ガイド層１１０の頂部に配置することができる。

Ｖ．コンピュータ装置

図９は、本発明の実施形態による、光ガイドピクセルシステム１０において用いられるコンピュータ装置に存在することのできるサブシステムのブロック図を示している。例えば、光ガイドピクセル装置１００と通信するコンピュータ２００は、図９のコンポーネントの任意の適切な組合せを有することができる。

以前の図に記載されている様々なコンポーネントは、本明細書において記載されている機能を促進するために１以上のコンピュータ装置を用いて操作することができる。図の要素の全ては、本明細書において記載されている機能を促進するために、任意の適当な数のサブシステムを用いることができる。このようなサブシステム又はコンポーネントの例は、図９に示される。図９に示すサブシステムは、システムバス７２５を介して相互接続する。例えば、プリンタ７３０、キーボード７３２、固定ディスク７３４（又はコンピュータ読み取り可能媒体を備える他のメモリ）、ディスプレイアダプタ７３８に結合されるディスプレイ３３０、及び他のもののような追加のサブシステムが示されている。Ｉ／Ｏコントローラ７４０に結合する周辺機器及び入出力（Ｉ／Ｏ）装置は、例えばシリアルポート７４２のような、既知の任意の数の手段によって、コンピュータシステムに接続することができる。例えば、シリアルポート７４２又は外部インタフェース７４４は、コンピュータ装置を、例えばインターネット、マウス入力デバイス、又はスキャナのような、ワイドエリアネットワークに接続するのに用いることができる。システムバスを介した相互接続によって、中央プロセッサ３１０が各サブシステムと通信し、サブシステム間の情報を交換しつつ、システムメモリ７４６又は固定ディスク７３４からの命令の実行を制御することができる。システムメモリ７４６及び／又は固定ディスク７３４は、コンピュータ読み取り可能媒体３２０を具体化したものである。これらの要素のいずれも、先に述べた特徴に存在することができる。本発明の一実施形態によるコンピュータ読み取り可能媒体３２０は、上述の機能のいずれかを実行するためのコードを含むことができる。

実施形態によっては、プリンタ７３０又は光ガイドピクセルシステム１０のディスプレイ３３０のような出力装置は、様々な形態のデータを出力することができる。例えば、光ガイドピクセルシステム１０は、標本４００の蛍光／リン光イメージ又は分析の他の結果を出力することができる。

上述の本発明がモジュラ又は統合型の方法におけるコンピュータソフトウェアを用いた制御ロジックの形で実行することができることが理解されよう。本明細書において提供される開示及び教示に基づいて、当業者は、ハードウェア及びハードウェア及びソフトウェアの組合せを用いて本発明を実装する他の方法及び／又は手法を知り、理解するであろう。

本出願に記載されているソフトウェアコンポーネント又は機能のいずれも、従来又はオブジェクト指向の技術を用いた、例えば、Ｊａｖａ、Ｃ＋＋、又はＰｅｒｌのような任意の適切なコンピュータ言語を用いたプロセッサによって実行されるソフトウェアコードとして実装することができる。ソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、例えばハードディスク又はフロッピーディスクのような磁気媒体、又は例えばＣＤ−ＲＯＭのような光媒体といった、コンピュータ読み取り可能媒体上の一連の指示又は命令として格納されることができる。このようなコンピュータ読み取り可能媒体のいずれも、単一のコンピュータ装置上又は範囲内にあることができ、システム又はネットワーク内で異なるコンピュータ装置上又は範囲内にあってもよい。

上記の説明は、例示的であり、制限的ではない。開示の多くの変形例が、開示の検討に応じて、当業者にとって明らかになる。従って、開示の範囲は、上記説明によって決定されてはならず、代わりにそれらの完全な範囲又は等価物とともに係属した請求項によって決定されなければならない。

任意の実施形態からの１以上の特徴は、開示の範囲内において、他の任意の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わせることができる。さらに、開示の範囲内において、任意の実施形態に修正、追加、又は省略をなすことができる。任意の実施形態のコンポーネントは、開示の範囲内において、特定のニーズに応じて、集積又は分離することができる。

全ての特許、特許出願、刊行物、及び前述の説明は、全ての目的のためのそれらの全体を本明細書に組み込むものとする。いずれも、従来技術であるとは認められない。

Claims (21)

1. 光ガイドを有するガイド層と、
   前記光ガイドによって向けられる光を受信するように構成される光検出素子を有する光検出層と、を備える光ガイドピクセル。
2. 前記光ガイドは、
   前記ガイド層を通る光透過領域と、
   反射壁と、を含む、請求項１に記載の光ガイドピクセル。
3. 前記光透過領域は、フィルタを含む、請求項２に記載の光ガイドピクセル。
4. 前記ガイド層と前記光検出層との間に、透過層をさらに備える、請求項１に記載の光ガイドピクセル。
5. 複数の光ガイドを有するガイド層と、
   複数の光検出素子を有する光検出層であって、各光検出素子が前記複数の光ガイドによって向けられる光を受信するように構成された、光検出層と、を備える、光ガイドピクセル装置。
6. 前記光ガイドは、
   前記ガイド層を通る光透過領域と、
   反射層と、を含む、請求項５に記載の光ガイドピクセル装置。
7. １つ以上の前記光ガイドは、フィルタを含む、請求項５に記載の光ガイドピクセル装置。
8. 前記ガイド層と前記光検出層との間に、透過層をさらに備える、請求項５に記載の光ガイドピクセル装置。
9. 複数の光検出素子によって受信される光に基づいて、照明源と前記ガイド層との間に位置する標本の投影像を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項５に記載の光ガイドピクセル装置。
10. 前記光検出層が、前記プロセッサを含む、請求項９に記載の光ガイドピクセル装置。
11. 前記光検出層は、前記複数の光検出素子を含む、光検出素子の二次元アレイを備える、請求項５に記載の光ガイドピクセル装置。
12. 走査照射源と前記ガイド層との間に位置する標本の連続したサブピクセルシフト投影像を生成するように構成されたプロセッサをさらに備え、前記連続したサブピクセルシフト投影像は、前記照明源の複数の走査位置に対応し、前記プロセッサは、前記連続したサブピクセルシフト投影像に基づいて、前記標本のサブピクセル解像度イメージを生成するようにさらに構成された、請求項５に記載の光ガイドピクセル装置。
13. 前記光検出層が、前記プロセッサを含む、請求項１２に記載の光ガイドピクセル装置。
14. 複数の光ガイドを有するガイド層と、複数の光検出素子を有する光検出層であって、各光検出素子が前記複数の光ガイドによって向けられる光を受信するように構成された、光検出層と、を備える光ガイドピクセル装置と、
    前記複数の光検出素子と通信するプロセッサであって、該プロセッサが前記複数の光検出素子によって受信した光に基づいて、照明源と前記ガイド層との間に位置する標本の１以上の投影像を生成するように構成された、プロセッサと、を備える、光ガイドピクセルシステム。
15. 各光ガイドは、
    前記ガイド層を通る光透過領域と、
    反射層と、を含む、請求項１４に記載の光ガイドピクセルシステム。
16. １以上の前記光ガイドは、フィルタを含む、請求項１４に記載の光ガイドピクセルシステム。
17. 前記ガイド層と前記光検出層との間に、透過層をさらに備える、請求項１４に記載の光ガイドピクセルシステム。
18. 前記照明源は、異なる走査時間にて複数の走査位置から照明を提供し、
    前記１以上の投影像は、前記複数の走査位置に対応する連続したサブピクセルシフト投影像であり、
    前記プロセッサは、前記連続した投影像に基づいて、前記標本のサブピクセル解像度イメージを生成するように構成された、請求項１４に記載の光ガイドピクセルシステム。
19. 複数の光ガイドを有するガイド層と、
    複数の光検出素子を有する光検出層と、
    光ガイドピクセルのアレイであって、各光ガイドピクセルが、前記複数の光ガイドの光ガイド及び、前記複数の光検出素子の対応する光検出素子を備え、前記光検出素子は、前記対応する光ガイドから向けられた光を受信するように構成された、光ガイドピクセルのアレイと、
    前記複数の光検出素子によって受信された光に基づいて、照明源と前記ガイド層との間に位置する標本の１以上の投影像を生成するように構成されたプロセッサと、を備える、光ガイドピクセルシステム。
20. １以上の前記光ガイドは、フィルタを含む、請求項１９に記載の光ガイドピクセルシステム。
21. 前記照明源は、異なる走査時間にて複数の走査位置から照明を提供し、
    前記１以上の投影像は、前記複数の走査位置に対応する連続したサブピクセルシフト投影像であり、
    前記プロセッサは、前記連続した投影像に基づいて、前記標本のサブピクセル解像度イメージを生成するように構成された、請求項１９に記載の光ガイドピクセルシステム。

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