JP5065913B2 - キャピラリ照明における屈折率整合 - Google Patents

Description

（発明の分野）
本教示は、蛍光を検出するデバイスおよび方法に関する。

（背景）
分子生物学および他の科学は、その広い順応性および感度のために、蛍光検出を利用し得る。蛍光検出を利用する方法の例は、クロマトグラフィおよび電気泳動を含む。蛍光性の光は、励起光または化学的手段を用いてサンプル内の色素を励起することによって生成され得る。放出される蛍光性の光は、サンプル内の色素の低い濃度に起因して拡散し得る。蛍光検出の効率を高めるために、拡散光のさらなる収集が望ましい。

放出された蛍光性の光は、検出ゾーンに向けられ得る励起光の量に比例し得る。ノンコヒーレント光源、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱電球およびアークランプに対して、少量の光のみが、一般的に、サンプル筐体の壁を通って検出ゾーンに向けられ得る。検出ゾーンにおける励起光の十分に高い放射照度を提供するために、レーザーはサンプル筐体の壁を通って光を集束させるために使用されている。しかしながら、望ましい波長のレーザーは、しばしば大きく、高価で、大量の電力を消費する。

レーザー光のコヒーレントな性質に起因して、レーザーはまた、検出ゾーンを照明するために内部コアを有するチューブ形状のサンプル筐体の一端に光を集束させるために使用されている。しかしながら、非レーザー励起光を用いたサンプル筐体の軸に沿って伝搬するように照明を結合することは、ノンコヒーレント光をサンプル筐体の中に結合する問題によって実現されていない。例えば、筐体が内部コアを有するキャピラリである場合には、ノンコヒーレントな光をコアに結合して、キャピラリの軸に沿って伝播することは困難である。蛍光性の光の検出システムは、より小さく、より安価でより低電力の励起光源から利益をもたらされ得る。例えば、筐体を通って検出ゾーンまで伝搬するように照明を結合することによって、レーザーを、検出ゾーンにおいて十分な励起光を提供するノンコヒーレントな励起光源と交換することが望ましい。

（要旨）
前述の一般的な記載および以下の様々な実施形態の記載の両方は、例示的および説明的であるだけであり、限定的ではないことが理解されるべきである。様々な実施形態において、本教示は、サンプルを分析する励起システムを提示する。励起システムは、光源と、筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって光源からの光を伝搬する、筐体と、該光源から該筐体へ該筐体の壁を通って導くように構成された結合光学素子と、該筐体および該結合光学素子と光学的に結合するような方法で配置された屈折率整合組成物とをさらに備えている。

他の実施形態において、本教示は、サンプルの蛍光を励起する方法であって、キャピラリを用いて、検出ゾーンを通って複数のサンプルを搬送することと、結合光学素子ならびに該結合光学素子および該キャピラリに光学的に結合する屈折率整合組成物を用いて、キャピラリにノンコヒーレントな光を向けることとを包含する、方法を提供する。

さらに他の実施形態において、本教示は、サンプルを分析するシステムであって、ノンコヒーレントな励起光を提供する光源と、少なくとも１つの筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって該ノンコヒーレントな励起光を伝搬する、筐体と、該ノンコヒーレントな励起光を該少なくとも１つの筐体の壁を通って該少なくとも１つの筐体に導くように構成された結合光学素子と、該少なくとも１つの筐体と該結合光学素子との間に配置された屈折率整合組成物と、放出された蛍光を収集するための少なくとも１つのＮＡ向上光学素子であって、該ＮＡ向上光学素子は、第一の材料から構築され、該筐体は第二の材料から構築され、該第一の材料は該第二の材料よりも大きい屈折率を有する、ＮＡ向上光学素子とを包含する、システムを提供する。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付する図面は、様々な実施形態を示す。

ここで、様々な例示的な実施形態に参照するが、実施形態の例が添付の図面に図示されている。可能であり限り、同じ参照番号が、同じまたは同様な部分を指すように、図面および記述において使用される。

本明細書において使用されている用語「光源」は、蛍光性の放出をもたらす励起を提供し得る放射照度源（ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２で測定され得る）を指す。発光は、ほとんどの場合において蛍光性の光に関連し得る。なぜならば、蛍光性の光は、励起のための光源の光子の数に比例するからである。光源は、限定するわけではないが、レーザー、ソリッドステートレーザー、レーザーダイオード、ダイオードソリッドステートレーザー（ＤＳＳＬ）、垂直キャビティ面放出レーザー（ＶＣＳＥＬ）、ＬＥＤ、蛍光体コーティングされたＬＥＤ、有機ＬＥＤ、無機−有機ＬＥＤ、量子ドット技術を使用したＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、フィラメント灯、アーク灯、ガス灯、蛍光性チューブを含み得る。光源は、高い放射照度、例えばレーザー、または低い放射照度、例えばＬＥＤを有し得る。

本明細書において使用されている用語「ノンコヒーレント光」は、非レーザー光源からの放射照度を指す。ノンコヒーレント光源は、限定するわけではないが、ＬＥＤ、蛍光体コーティングされたＬＥＤ、有機ＬＥＤ、無機−有機ＬＥＤ、量子ドット技術を使用したＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、フィラメント灯、アーク灯、ガス灯、蛍光性チューブを含み得る。

本明細書において使用されている用語「蛍光性の光」は、励起されたサンプルによって放出された光を指す。蛍光性の光は全ての方向に放出され得る。蛍光性の光は検出信号に関連し得る。なぜならば、信号はサンプルから収集される蛍光性の光の光子の数に比例するからである。蛍光性の光は、蛍光のように励起光によって励起されるか、または電気的に励起されるサンプルによって放出され得る。

本明細書において使用されている用語「結合光学素子」は、筺体と物理的に接触するシングレットまたは構成要素のアセンブリを指し、例えば、図１８Ａ〜Ｄ、図２１〜図２４、図２５Ａ〜Ｃ、および図２６〜図２７に示されているように、該筐体は、筐体の端への流体接続を可能にする一方で、筐体内で励起光を集中させ伝搬し得る。結合光学素子は、円錐、切頭球、超半球（ｈｙｐｅｒｈｅｍｉｓｐｅｒｅ）、円筒面に組み合わされる球面、平面に組み合わされる球面、メニスカスレンズなどを含み得る。結合光学素子の構成要素は、実質的には蛍光しない適切な屈折率の固体または流体のような組成物で接着または結合され得る。一局面において、固体浸光学構成が上記の組成物によって提供され得る。組成物の屈折率は、レンズの材料および／または筐体の材料の屈折率と同じであり得る。特に、筐体と結合光学素子とを結合する流体の屈折率は、結合光学素子の屈折率を下回るか、またはそれに等しいかであり得る。様々な実施形態に従って、筐体と結合光学素子とを結合する流体の屈折率は、約１．４３から概ね結合光学素子の屈折率までであり得る。結合光学素子は、ＢＫ７、ＰＢＨ７１、ＬａＳＦＮ９または屈折率の高いガラスおよびプラスチック構成され得、例えば、メタクリル酸メチル、ポリカーボネイトまたはガラスとプラスチックとの組み合わせで構成され得る。本明細書において使用されている用語「レンズ」は、単一の構成要素またはシングレットを指し得、例えば、切頭球状、メニスカスレンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状など、または複数の構成要素を含み得るシステムを指し得る。

本明細書において使用されている用語「ＮＡ向上光学素子」は、図３Ａ〜図３Ｅに図示されているような少なくとも２つの無収差の状態を満たすシングレットのアセンブリを指す。無収差状態は、対象サンプル面における任意の地点から放出される多くの蛍光性の光子の束の発散角度を低減し得るか、または対象面における任意の地点に届けられる多くの励起光線の収束を増加させる。接合面は、同一の曲率（平面の事例においては無限大）を有し得る。非接合面または外面はそれぞれ、異なる無収差状態を実質的に満たす。例示的なＮＡ向上光学素子は、切頭球状、円筒面に組み合わされた球面状、メニスカスレンズなどを含み得る。ＮＡ向上光学素子の構成要素は、実質的には蛍光しない適切な屈折率の流体で接着または結合され得る。ＮＡ向上光学素子の構成要素は、互いに静止または可動であり得、例えば、スキャニングシステムで有り得る。ＮＡ向上光学素子は、ＢＫ７、ＰＢＨ７１、ＬｅＳＦＮ９または他の屈折率の高いガラスで構成され得る。

本明細書において使用されている用語「検出器」は、光を検出し得る任意の構成要素または構成要素のシステムを指し、該構成要素または構成要素のシステムは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、背面薄化ＣＣＤ、冷却ＣＣＤ、光ダイオード、光ダイオードのアレイ、フォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）、ＰＭＴのアレイ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）感知器、ＣＭＯＳアレイ、電荷注入デバイス（ＣＩＤ）、ＣＩＤアレイなどを含む。本明細書において使用されている用語「サイクル」は、光を電気信号に変換する前に検出器が光を収集する期間を指す。

本明細書において使用されている用語「筐体」は、サンプルに対する封じ込めまたはサポートを提供する任意の構造を指す。筐体は、励起光に対する入口および蛍光性の光に対する出口を提供するように透明であり得る。筐体はガラス、低蛍光性プラスチックのようなプラスチック、合成融解シリカまたは合成石英のような融解シリカなどで構成され得る。筐体は任意の形状をとり得、該形状は、（様々なタイプの）１つ以上のチューブ、キャピラリ、キャピラリのアセンブリ、エッチングされたチャネルプレート、モールドされたチャネルプレート、エンボスされたチャネルプレート、マルチウェルトレイ内のウェル、マイクロカード内のチャンバ、マイクロスライド内の領域などを含む。

本明細書において使用されている用語「色素」は、サンプル内の任意の形状または量子ドットにおける任意の色素を指す。色素は、蛍光を介して蛍光性の光を放出し得る。蛍光性の色素は、使用される色素に従って異なる色の光を放出するために使用され得る。いくつかの色素は色素化学の分野の当業者には明らかである。検出される色素または複数の色素の識別を提供するために、各色素に対して、１つ以上の色が収集され得る。色素は、他の化学種、例えばタンパク質、炭素水酸化物などに基づき得るか、またはそれらに関連し得る。

本明細書において使用されている用語「クロストーク」は、１つのサンプルから放出された蛍光性の光が別のサンプルの検出位置に現れることを指す。サンプルは異なる筐体または同じ筐体内に存在し得る。クロストークは、システム内の構成要素からの反射、散乱、および／または屈折の結果であり得る。

本明細書において使用されている用語「変換メカニズム」は、１つ以上の素子を少なくとも１つの軸またはパスに沿って移動するためのメカニズムを指す。変換メカニズムは、素子、例えば、マスク、ＮＡ向上光学素子および／または筐体を移動する。変換メカニズムは、メカニカルに（ギア、空気式、カム、親ねじ、球ねじなど）、電気的に（アクチュエータ、線形モータなど）、圧電的に、および／または磁気的に（場の移動の誘発、ソレノイドなど）制御可能な移動を提供し得る。制御は、検出パラメータに対応して、所望の運動を提供するように設計されているコンピュータまたは電気回路網によって提供され得る。

本教示は、蛍光を励起し、および／または収集するための装置および方法に関する。まず、蛍光の収集に関して考えると、サンプルは流体または固体の色素を含み得る。サンプルは、全ての方向に蛍光性の光を放出する。収集システムは、この光の一部分、特に円錐状の光を収集する。

様々な実施形態に従って、図１に図示されているように、サンプル１０は筐体２０によって拘束され得る。蛍光性の光３０は、ＮＡ向上光学素子４０にとって利用可能な半分の角度５０を有する円錐状の光を形成するように屈折され得る。スネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ Ｌａｗ）に従って、光のパス内での屈折率の変化は光を屈折し、従って、円錐のサイズに影響し、その結果、光学素子によって収集され得るサンプルから出る光の量に影響し得る。様々な実施形態に従って、サンプル１０は、約１．２９〜約１．４１の屈折率を有し得、筐体２０は、約１．４６〜１．６の屈折率を有し得る。様々な実施形態に従って、屈折率整合流体が、筐体２０とＮＡ向上光学素子４０との間に置かれ得る。様々な実施形態に従って、空気または流体は、筐体２０とＮＡ向上光学素子４０との間に置かれ得る。

様々な実施形態に従って、光軸に沿ったサンプルの深さは小さなものであり得る。様々な実施形態に従って、距離は５マイクロメートル〜２００マイクロメートルの深さであり得る。蛍光性の光は、球面の収差を実質的に減少させる限られた深さの場において放出され得る。様々な実施形態に従って、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｔ．Ｒｅｅｌによる「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ ｆｒｏｍ ａ Ｓａｍｐｌｅ」と題され、本明細書においてその全体が参照により援用される米国特許出願第０９／５６４，７９０号に記述されているように、無収差状態は、固体レンズの曲率半径にサンプルを置くことによって提供され得る。様々な実施形態に従って、他の無収差状態は、本明細書においてその全体が参照により援用される、Ｋｉｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅａｌ Ｊ．による「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ」（２００２）に記述されている。

様々な実施形態に従って、収集される蛍光性の光の量は、ＮＡ向上光学素子４０の屈折率（ｎ_２）とＮＡ向上光学素子４０の周囲の屈折率（ｎ_１）との関数であり得る。図２Ａおよび図２Ｂに図示されているように、ＮＡ向上光学素子４０は、半径（Ｒ）６０およびソース平面７０を有し、ソース平面７０は、ＮＡ向上光学素子４０の前端９０からの距離８０を有し、距離８０は、Ｒ＊（ｎ_１＋ｎ_２）／ｎ_２として計算され得る。ＮＡ向上光学素子４０は、ソース平面７０からの蛍光性の光を屈折し得、その結果、蛍光性の光は平面１００から来るように現れ、円錐状の光を半分の角度１２０から半分の角度１３０に減少させ、蛍光性の光の更なる収集を提供する。平面１００はＮＡ向上光学素子４０の前端９０からの距離１１０を有し、距離１１０は、Ｒ＊（ｎ_１＋ｎ_２）／ｎ_１として計算され得る。様々な実施形態に従って、図２Ｂは、図２Ａに図示されているＮＡ向上光学素子４０よりも高い屈折率を有するＮＡ向上光学素子４０を図示している。屈折率の高い材料の例は、融解シリカ（ｎ＝１．４６）、光学ガラス、例えばＢＫ７（ｎ＝１．５２）およびＬａＳＦＮ９（ｎ＝１．８５）、およびプラスチック、例えばポリカーボネート（ｎ＝１．５６）を含む。様々な実施形態に従って、構成するために使用される材料は、低蛍光材料、低レーリー（Ｒａｌｅｉｇｈ）散乱および低ラーマン（Ｒａｍａｎ）拡散を使用することによって、より優れた機能を発揮し得る。

様々な実施形態に従って、図３Ａ〜図３Ｅは、異なるＮＡ向上光学素子を図示している。図３Ａは、切頭球１５０を含むＮＡ向上光学素子４０を図示し、該切頭球において、ソース平面７０は切頭球１５０の平坦な部分であり得る。図３Ｂは、円筒１７０と組み合わされた球１６０を含むＮＡ向上光学素子４０を図示し、該円筒において、ソース平面７０は円筒１７０の端であり得る。図３Ｃは、メニスカスレンズ１９０を含むＮＡ向上光学素子４０を図示し、該メニスカスレンズにおいて、ソース平面７０は、メニスカス２００の曲率半径における面であり得る。図３Ｄは、プレート１８０と組み合わされた球１６０を含むＮＡ向上光学素子４０を図示し、該プレートにおいて、ソース平面７０は、プレート１８０の端であり得る。図３Ｅは、流体１４０およびプレート１８０と組み合わされた球１６０を図示する。球１６０は、似た屈折率の流体１４０に接着または結合され得る。球１６０は、ソース平面７０に沿ったスキャニングを提供するように、プレート１８０に対して静止または可動であり得る。

様々な実施形態に従って、ＮＡ向上光学素子および筐体は、異なる材料から構成される。切頭球と筐体との屈折率が整合され、その結果、球面の収差が消去され得る公知のシステムとは異なり、本発明の教示に従ったＮＡ向上光学素子の材料を変えることは、球面の収差の導入を最小化して、ＮＡ向上に関する顕著な増大を提供する。屈折率整合流体が切頭球と筐体との両方を整合するように添加され、切頭球と筐体とのインターフェースの屈折を最小化する連続体を提供する公知のシステムとは異なり、屈折率整合流体は、切頭球または筐体のいずれかに対して中間屈折率で整合する。

様々な実施形態に従って、図４に図示されているように、ＮＡ向上光学素子４０は、切頭球１５０を含み得、該切頭球は、ソース平面７０と理論的無収差ソース平面７０Ａとの間にオフセット２０５を提供するように、切頭および／または配置され得る。切頭球１５０と筐体５６０とが異なる材料、例えば、ガラスと融解シリカとで構成されているときに、オフセット２０５は蛍光性の光検出システムに補正収差を導入し得る。切頭球において使用されるガラスの屈折率が、実用的な大きさであるということが望まれる。ガラス分散は、色分散を減少するように、できる限り低いことがまた望まれる。ガラス分散は、色収差を減少するように、できる限り低いことがさらに望ましい。ＮＡ向上光学素子が励起または収集に使用される共焦点構成において、改善は、励起と収集とのそれぞれに対してｎ^４または両方に対して、ｎ^８に概ね比例する。図４Ａは、球１５０と筐体５６０とが異なる材料で構成されたときに、球１５０を切頭すること、および理論的無収差ソース平面７０Ａに筐体５６０を配置することを図示する。焦点は、筐体５６０の中心において望ましい位置からずれている。図４Ｂは、球１５０を切頭すること、およびソース平面７０に筐体５６０を配置することを図示し、該ソース平面は、理論的無収差ソース平面７０Ａからのオフセット２０５を有する。オフセット２０５は、切頭球１５０と筐体５６０との屈折率に関する差を補償するように、望ましい筐体５６０の中心に焦点をシフトさせる。

様々な実施形態に従って、図５に図示されているように、ＮＡ向上光学素子４０は、切頭球１５０を含み得、該切頭球において、背端２００は、湾曲された視野全体の画像化を改善することに関する補助を提供するように湾曲される。様々な実施形態に従って、更なる光学素子が、湾曲された視野の平坦化を提供するために、図５に図示されているＮＡ向上光学素子４０に添加され得る。

様々な実施形態に従って、図６Ａに図示されているように、蛍光性の光検出システム２１０は、オフセットソース平面７０有する切頭球１５０を含むＮＡ向上光学素子４０と、レンズ２２０と、フィルタ２４０と、レンズ２５０と、検出器２９０とを含む。レンズ２２０は、蛍光性の光３０が実質的に平衡された領域２３０を形成し得、該平衡された領域において、フィルタ２４０は、所望の波長の蛍光性の光３０を受け取り、他の波長を排除するように配置され得る。フィルタ２４０は、インターフェースフィルタであり得る。レンズ２５０は、検出器２９０上に蛍光性の光３０の焦点を合わせ得る。様々な実施形態に従って、図６Ｂは、図６Ａに図示された蛍光性の光検出システムと同様な蛍光性の光検出システム２１０を図示するが、レンズ２６０はフィルタ２７０上に蛍光性の光３０の焦点を合わせ、該フィルタは所望の波長の蛍光性の光３０を受け取り、他の波長を排除する点で異なる。レンズ２８０は検出器２９０上に蛍光性の光３０の焦点を合わせる。フィルタ２７０はフィルタホイール、線形アクチュエータ、または複数のフィルタ間でスイッチする他のメカニズム上に配置され得る。

様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、蛍光性の光の波長をスペクトルで分離し、多色の検出を提供する構成要素を含み得、該構成要素は、限定するわけではないが、透過格子、反射格子、プリズム、グリスム、ソフトウェア制御可能なフィルタ（スペクトル軸での幅および位置）などを含む。様々な実施形態に従って、サンプル容器または蛍光性の光検出システムは、検出器上の動きによって誘発されるぼやけを減少させるために変換され得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、システムのサイズを減少するために、折りたたみ式のミラーを含み得る。

様々な実施形態に従って、図７に図示されているように、蛍光性の光検出システム２１０は、光源３１０と、フィルタ２２０およびフィルタ３７０を含むフィルタホイール３００と、ミラー３２０および３３０と、レンズ３４０、２６０、３６０、および２８０と、ソース平面７０を含むＮＡ向上光学素子４０と、検出器２９０とを含み得る。励起光３５００は光源３１０によって提供され得る。励起光は、フィルタホイール３００上でフィルタ２２０によってフィルタされ得る。励起光３５０は、ミラー３２０および３３０とレンズ３４０とによって、フィルタホイール３００上のフィルタ３７０、例えばダイクロイックフィルタに導かれ得る。フィルタ３７０は、励起光３５０をレンズ２６０、ＮＡ向上光学素子４０、およびソース平面７０におけるサンプルに向けて反射する。ＮＡ向上光学素子４０の大きい集束角は、光源３１０からサンプルの小さい検出スポットに対し量の増加した光を提供し得る。励起光３５０は、蛍光性の光３０を放出し得るサンプルまたはサンプル内の色素によって吸収され得る。蛍光性の光３０はＮＡ向上光学素子４０によって収集され、レンズ２６０およびフィルタ３７０に導かれ得る。蛍光性の光３０の色は、フィルタ３７０を通過してレンズ３６０そしてレンズ２８０に届き、該レンズ２８０は、検出器２９０上に蛍光性の光３０の焦点を合わせる。画像は、検出器２９０に適した集束角に集束角を減少するように拡大され得る。様々な実施形態に従って、変換特性、反射特性およびスペクトル特性を改善するために、ダイクロイックミラー４８０の反射に対する入射角を４５度を下回る角度であるようにすることによって口径食を避けるように、レンズ５００はレンズ４３０よりも直径が大きくなり得る。

様々な実施形態に従って、図８に図示されているように、蛍光性の光検出システム２１０は、サンプルの両側から蛍光性の光を収集するために、２つのＮＡ向上光学素子４０を含み得る。検出器２９０の反対側の蛍光性の光３０は、レンズ４００およびミラー４１０、例えば凹面ミラーを通って検出器２９０に向けて戻るように、収集され、かつ、導かれ得る。ミラー４１０から反射された蛍光性の光３０は、検出器２９０に向けて（ソース平面７０全体で共画像化される）ＮＡ向上光学素子４０と、レンズ２２０および２５０と、フィルタ２４０とを通って戻るように導かれ得る。サンプルの両側から光を収集することは、励起光の量を二倍にするとともに、検出器２９０に向けて導かれる蛍光性の光の量を二倍にし、四倍の改善をもたらし得る。様々な実施形態に従って、図９は、図７に図示されている蛍光性の光検出システムと同様であり、図８に図示されているような２つのＮＡ向上光学素子４０とミラー４１０とを有する蛍光性の光検出システム２１０を図示している。

様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、複数のサンプル間のクロストークを減少させるための開口を提供するマスクを含む。様々な実施形態に従って、マスクは、単一のサンプルからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように配置され得る。様々な実施形態に従って、マスクが単一のサンプルに励起光を提供し、単一のサンプルからの蛍光性の光の収集を提供するように、サンプルは配置され得る。様々な実施形態に従って、サンプルのサブセットからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように、マスクは配置され得る。様々な実施形態に従って、マスクがサンプルのサブセットからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように、サンプルは配置され得る。様々な実施形態に従って、検出器の様々な部分上の各サンプルから蛍光性の光を収集し、それにより個々に収集するが集合的に検出するように、蛍光性の光検出システムは配置され得る。

様々な実施形態に従って、図１０に図示されているように、蛍光性の光検出システム２１０は、サンプル筐体５６０と、ＮＡ向上光学素子４０と、レンズ４３０、４６０、５２０、５００および８００と、ダイクロイックビームスプリッタ４８０と、光源３１０と、マスク４４０と、格子５１０と、検出器２９０とを含み得る。様々な実施形態に従って、マスク付近の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるように、マスク４４０は配置され得る。レンズ８００は、破線によって示されるようにマスクのいずれか側にも配置され得、動かないままで光をマスク４４０上に焦点を合わせ得る。様々な実施形態に従って、光源３１０は、光源付近の双頭の矢印によって図示されているようにマスク４４０の配置と協調して配置され得る。光源は、マスク内の１つだけの開口と同程度に狭くなり得る。従って、光源は、２つ以上の開口をスキャニングすることによって、マスク内の開口から開口へと配置され得る。様々な実施形態に従って、サンプル筐体５６０および／またはＮＡ向上光学素子４０は、サンプル筐体付近の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるために配置され得る。様々な実施形態に従って、レンズ５００および／または検出器２９０は、レンズと検出器との間の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるために配置され得る。様々な実施形態に従って、ミラーは、画像が検出器に届く場所に導くように配置され得る。様々な実施形態に従って、検出器は、画像が検出器に届く場所を制御するようにマスクされ得る。

様々な実施形態に従って、図１１Ａに図示されているように、蛍光性の光検出システム２１０はアセンブリ５５０を含み得、該アセンブリは、屈折率整合流体４２０内のサンプル筐体５６０と、ＮＡ向上光学素子４０と、レンズ４３０、５００、５２０、４６０、および８００と、ダイクロイックビームスプリッタ４８０と、フィルタ４７０、ミラー５３０と、格子５１０と、マスク４４０とを含み得る。光源３１０は励起光２５０をレンズ４６０に提供し得、該レンズは、光源から励起光２５０を収集し得る。励起光２５０は、フィルタ４７０に導かれ得、該フィルタは、望ましい波長の励起光２５０を受け入れるが、他の波長を遮ることによって、励起光２５０を調節し得る。例えば、フィルタ４７０は、帯域通過フィルタであり得、該帯域通過フィルタは、サンプル内の色素を励起する波長を受け入れ、色素によって放出された蛍光性の光の波長に一致する波長を遮る。励起光２５０は、マスク４４０内の開口を通過するようにダイクロイックミラー４８０によって反射され得る。マスク４４０は、レンズ４３０の画像面に配置され得る。マスク４４０は、双頭の矢印によって図示されるように画像面に沿って変換し得る。レンズ８００は、動かないままでマスク４４０上に光の焦点を合わせ得る。励起光２５０は、ＮＡ向上光学素子４０に導かれ、ソース平面７０に配置され得る筐体５６０上に焦点を合わせられ得る。励起光２５０は、筐体５６０内のサンプル内の色素によって吸収され得、全方向に蛍光性の光３０を放出するように色素を刺激する。ＮＡ向上光学素子４０は、蛍光性の光３０を収集し、蛍光性の光をレンズ４３０とマスク４４０とに導き得る。マスク４４０内の開口は、励起光２５０および蛍光性の光３０を１つの筐体５６０に制限し得、それにより他の筐体５６０から放出された蛍光性の光の間のクロストークを減少させる。蛍光性の光３０はダイクロイックミラー４８０を通過し得るが、非蛍光性の光は排除され得る。蛍光性の光３０は、ミラー５３０によって反射され、レンズ５２０によって実質的に平衡にされ、透過格子５１０によって分散され、レンズ５００によって検出器２９０上に焦点を合わせられ得る。

様々な実施形態に従って、図１１Ｂは、図１１Ａに図示されている検出器２９０の部分５４０の拡大図を図示する。部分５４０は、スペクトル軸５７０と空間軸５８０とを有する。単一の筐体５６０からの蛍光性の光３０は、検出器の帯域５９５全体に分散され得る。検出器の領域、例えば５９０および６００は、異なる波長の光を収集し、蛍光性の光のスペクトル構成を決定するために測定され得る。帯域６０５全体に分散された、他の筐体５６０からの光は、検出器上で位置を移され得、その結果、様々な領域が選択され得る。各筐体からの光が読み取られた後に、帯域５９５と帯域６０５との重複は、検出器をクリアすることによって減少され得る。様々な実施形態に従って、領域５９０は５２０ナノメートルであり得、領域６００は７００ナノメートルであり得る。様々な実施形態に従って、色素の帯域が筐体を通って移動する間に、蛍光性の光は検出ゾーンから収集され得る。様々な実施形態に従って、色素の帯域の動きによって誘発されるぼやけは、検出器上での移動する色素の帯域の画像と同じ速度で、検出器上で電荷のパケットをシフトすることによって減少され得る。検出ゾーンを通過する色素の帯域の速度は予測され得る。なぜならば、色素の帯域は、予測可能な速度で筐体を通って移動するからである。検出ゾーン内の色素の帯域の速度は、測定された時間間隔で既知の距離間隔を除算することによって計算され得る。様々な実施形態に従って、Ｎｏｒｄｍａｎらによる「Ｔｉｍｅ−Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題され、本明細書においてその全体が参照により援用される米国特許出願第１０／２０５，０２８号において記述されているように、検出器上の電荷のパケットは、時間遅延積分によって蓄積され得る。様々な実施形態に従って、マスクは、異なる筐体および／または筐体のサブセットを励起および／または検出するように配置され得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、すべての筐体および／または筐体のサブセットを通って循環し得、その結果、循環の最初に検出された色素の帯域は、循環の間に、検出ゾーンの全長だけ移動する。各循環は、各筐体から電気泳動図の一部分を捉え得る。蛍光性の帯域の画像の空間軸は、従来の電気泳動図を作成するために距離から時間に変換され得る。様々な実施形態に従って、集光レンズに対するソース平面に適合し得る筐体の数は、望ましい循環回数／循環速度を決定し得る。

様々な実施形態に従って、図１２Ａに図示されているように、蛍光性の光検出システム２１０は、光源３１０と、レンズ４６０、４３０、および５００と、ＮＡ向上光学素子４０と、フィルタ４７０と、格子５１０と、ダイクロイックミラー４８０と、検出器２９０と、筐体５６０と、マスク４４０とを含み得る。光源３１０は、光源から励起光２５０を収集するレンズ４６０に励起光２５０を提供し得る。励起光２５０は、フィルタ４７０に導かれ得、該フィルタは、望ましい波長の励起光２５０を受け入れるが、他の波長を遮ることによって、励起光２５０を調節し得る。例えば、フィルタ４７０は、帯域通過フィルタであり得、該帯域通過フィルタは、サンプル内の色素を励起する波長を受け入れ、色素によって放出された蛍光性の光の波長に対応する波長を遮る。励起光２５０は、ダイクロイックミラー４８０によって反射され、マスク４４０を通して筐体５６０上に焦点を合わせられるように、レンズ４３０によってＮＡ向上光学素子４０に導かれ得、筐体５６０は、ＮＡ向上光学素子４０からオフセットを有するソース平面７０に配置され得る。励起光２５０は、筐体５６０内のサンプル内の色素によって吸収され得、全方向に蛍光性の光３０を放出するように色素を刺激する。

様々な実施形態に従って、図１２Ａに図示される蛍光性の光検出システムは、ソース平面７０における筐体５６０を変換し、その結果、マスク４４０が１つの筐体または筐体のサブセットと提携し得るメカニズムを含み得る。この変換は、筐体５６０付近の双頭の矢印として、図１２Ｃに図示されている。様々な実施形態に従って、図１２Ｂにおいて図示されているように、マスク４４０は、ＮＡ向上光学素子４０の背端２００に結合され得、その結果、マスク４４０内の開口は検出ゾーン６３０を提供する。ＮＡ向上光学素子４０は、検出ゾーン６３０から蛍光性の光３０を収集し、蛍光性の光をレンズ４３０に導き得る。マスク４４０内の検出ゾーン６３０は、励起光２５０および蛍光性の光３０を１つの筐体または筐体のサブセットに制限し得、それにより他の筐体５６０から放出された蛍光性の光の間のクロストークを減少させる。蛍光性の光３０は、ダイクロイックミラー４８０を通過し得るが、非蛍光性の光は排除され得る。蛍光性の光３０は、透過格子５１０によって分散され、レンズ５００によって検出器２９０上に焦点を合わせられ得る。

様々な実施形態に従って、図１２Ｃに図示されているように、筐体５６０は、アセンブリ５５０内に配置され得、その結果、筐体５６０は、屈折率整合流体４２０の中に浸漬される。アセンブリ５５０は、ＮＡ向上光学素子ホルダ６１０とベース６５０とを含み得る。マスク４４０は、ＮＡ向上光学素子４０の背端２２０に結合され得、その結果、マスク４４０内の開口は、検出ゾーン６３０を提供する。マスク４４０は、ＮＡ向上光学素子４０の背端２００に塗布され得るコーティングであり得る。様々な実施形態に従って、ベース６５０は、筐体５６０と屈折率整合流体４２０とを配置するために変換され得、その結果、マスク４４０は、１つの筐体または筐体のサブセットから蛍光性の光を収集するために、検出ゾーン６３０を所望の位置に提供し得る。様々な実施形態に従って、筐体５６０は、検出ゾーン６３０と提携するために、連続して配置され得る。様々な実施形態に従って、ベース６５０は隔壁（ｂａｆｆｅｒｉｎｇ）６４０を含み得る。隔壁６４０は、アセンブリ５５０の底部を形成し得る。様々な実施形態に従って、隔壁６４０は、励起光２５０および／または蛍光性の光３０が、ＮＡ向上光学素子４０の反対側でアセンブリを出ることを可能にするように、非反射窓を含み得る。例えば、窓は、背景光を最小化するように、ＡＲ材料でコーティングされた融解シリカで構成され得る。様々な実施形態に従って、隔壁６４０は、蛍光性の光３０を反射し、ＮＡ向上光学素子４０を通して透過された蛍光性の光３０の量を増加させるために、ミラーを含み得る。様々な実施形態に従って、ミラーは、図８および図９に図示されているように球面であり得る。

様々な実施形態に従って、図１２Ｄは、図１２Ａに図示されている検出器２９０の部分５４０の拡大図を図示する。部分５４０は、スペクトル軸５７０と空間軸５８０とを有する。単一の筐体５６０からの蛍光性の光３０は、異なる波長、例えば帯域６２０にスペクトルで分離され得る。様々な実施形態に従って、帯域を重複させることは、次の筐体５６０にスイッチする前に、各筐体５６０から蛍光性の光３０を収集することによって防止され得る。各筐体から光を収集する集積時間は、筐体５６０の数を限定し得る。様々な実施形態に従って、帯域６２０は、５２０ナノメートルから７００ナノメートルまでに範囲し得る。様々な実施形態に従って、ベースによって配置され得る筐体の数は、ベース変換時間、検出器の収集時間、検出ゾーンのサイズ、およびサンプルの速度のうちの少なくとも１つによって決定され得る。様々な実施形態に従って、サンプルの速度は、サンプルが筐体を通って移動する速度および／または電気泳動の速度を含み得る。

様々な実施形態に従って、図１２Ａに図示されている蛍光性の光検出システムは、ＮＡ向上光学素子４０を移動させる変換メカニズムを含み得る。この変換は、ホルダ６１０付近の双頭の矢印によって図示されている。様々な実施形態に従って、図１２Ｂおよび図１２Ｃに図示され、本明細書において記述されているように、ＮＡ向上光学素子４０、マスク４４０、およびアセンブリ５５０は、筐体５６０を移動させる変換メカニズムを含むシステムと同じであり得る。検出ゾーン６３０は、ＮＡ向上光学素子４０を移動させる変換メカニズムによって配置され得る。様々な実施形態に従って、図１２Ｅは、図１２Ａに図示されている検出器２９０の部分５４０の拡大図を図示する。部分５４０は、スペクトル軸５７０および空間軸５８０を有する。蛍光性の光３０は、各筐体５６０からの異なる波長において、例えば、各々が異なる筐体５６０からの波長６６０、６７０、６８０、および６９０で検出され得る。様々な実施形態に従って、各波長６６０、６７０、６８０、および６９０は、５２０ナノメートルから７００ナノメートルまでに範囲し得る。様々な実施形態に従って、筐体５６０のピッチまたはスペーシングが提供され得、その結果、図１２Ｅに図示されているように、隣接する筐体５６０の帯域は重複しない。各筐体５６０に対する波長の帯域は、別々に検出されることを必要とせず一回で、検出器２９０上で検出され得る。様々な実施形態に従って、検出器は時間遅延積分によって電荷のパケットを蓄積し得る。検出器の収集時間はサンプル速度に整合され得る。

様々な実施形態に従って、ギャップ７００は、帯域通過フィルタ４７０が、検出器２９０の部分５４０上での帯域６６０、６７０、６８０、および６９０の間での重複を減少させることに充分な波長を排除することを可能にする波長の範囲を提供し得る。様々な実施形態に従って、ピッチＰは、Ｐ＝Ｓ＊Ｒ／Ｍで計算され得、Ｓは帯域およびギャップのうちの１つを捉えるための検出器２９０上の画素数であり、Ｒは画素毎の幅であり、Ｍは倍率である。様々な実施形態に従って、検出器２９０のサイズは、同時に検出される筐体５６０の数を決定し得る。

様々な実施形態に従って、図１３に図示されているように、色収差は検出器２９０を傾斜し、ソース平面７０が傾斜するように筐体５６０を配置することによって減少され得る。例えば、矢印のよって図示されているように、位置７０Ａにソース平面７０を傾斜することと、位置７１０Ａに検出器２９０の面７１０を傾斜することとは、波長帯域７２０Ａによって検出されるべき筐体５６０Ａから収集される蛍光性の光３０と、波長帯域７２０Ｂによって検出されるべき筐体５６０Ｂから収集される蛍光性の光３０との検出を提供する。様々な実施形態に従って、図１３に図示されている傾斜を含む蛍光性の光検出システムは、異なる色を遠ざけることによって色収差を減少させ得る。

様々な実施形態に従って、図１２Ａに図示されている蛍光性の光検出システムは、マスク４４０を変換するためのメカニズムを含み得る。この変換は、図１２Ｃにおけるマスク４４０付近の双頭の矢印によって図示されている。様々な実施形態において、図１２Ｂおよび図１２Ｃに図示され、本明細書において記述されるように、ＮＡ向上光学素子４０と、マスク４４０と、アセンブリ５５０とは、筐体５６０を移動させる変換メカニズムを含むシステムと同じであり得るが、マスク４４０はＮＡ向上光学素子４０に結合されない点で異なる。検出ゾーン６３０は、マスク４４０を変換するメカニズムによって配置され得る。様々な実施形態に従って、図１２Ｄに図示され、本明細書において記述されるように、蛍光性の光検出システムは、検出器２９０の部分５４０に帯域６２０を提供し得る。

様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、筐体のサブセットから蛍光性の光を収集し得る。様々な実施形態に従って、マスクは複数の検出ゾーンを提供するように、２つ以上の開口を含み得る。様々な実施形態に従って、開口は並べられ得、その結果、蛍光性の光は隣接しない筐体から収集され得る。これは複数の筐体からの蛍光性の光の収集を提供し得る。様々な実施形態に従って、図１４および図１４Ａに図示されているように、マスク４４０は複数の検出ゾーン６３０を含み得る。様々な実施形態に従って、図１４Ｂに図示されているように、検出器２９０の部分５４０は、波長帯域７３０として第１の検出ゾーンから収集され、波長帯域７４０として第２の検出ゾーンから収集された蛍光性の光を、重複なく検出し得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、ダイクロイックミラーを含み得、該ダイクロイックミラーは、波長帯域の重複を減少させるように、関心の範囲外の波長を排除するために、帯域通過フィルタリングを提供する。

様々な実施形態に従って、図１５に図示されているように、マスク４４０は、隣接しない筐体５６０から蛍光性の光３０を収集する検出ゾーン６３０を提供するために、複数の開口を含み得る。様々な実施形態に従って、図１６に図示されているように、マスク４４０は、隣接しない筐体５６０から蛍光性の光３０を収集する検出ゾーンを提供するために、２つの開口を含み得る。筐体５６０は、色収差を減少させるように検出器２９０を傾斜することに対して補償するために、ソース平面７０からソース平面７１に傾斜され得る。様々な実施形態に従って、（１）筐体５６０を変換することと；（２）マスク４４０に結合されたＮＡ向上光学素子４０を変換することと；（３）ＮＡ向上光学素子４０に結合されていないマスクを変換し、マスクは筐体５６０とＮＡ向上光学素子４０との間に配置され得ることと；（４）ＮＡ向上光学素子４０に結合されていないマスクを変換し、マスクはＮＡ向上光学素子４０と検出器２９０との間に配置され得ることとのうちの少なくとも１つによって、蛍光性の光は、残っている筐体から収集され得る。

様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、電気泳動からの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、フローサイトメトリからの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、液体クロマトグラフィ、例えば高圧クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）からの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。

様々な実施形態に従って、蛍光性の光の検出のための方法は、サンプルに対して複数の筐体を提供することと、ＮＡ向上光学素子を提供することと、マスクを提供することと、サンプルからの蛍光性の光の間のクロストークを減少させるために、マスクを配置することとを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、ＮＡ向上光学素子と複数の筐体との間にマスクを配置することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、複数の筐体を変換することをさらに含む。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、ＮＡ向上光学素子とマスクとを変換することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、マスクを変換することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、ＮＡ向上光学素子と検出器との間にマスクを配置することを含み得る。

ここで蛍光性の光の励起およびサンプルを搬送する筐体への励起光の結合を検討すると、励起システムの例示的な実施形態および同軸の照明を利用する蛍光を励起する方法が、ここで記述される。

様々な実施形態によると、図１７Ａは、例示的な蛍光励起システム１７００を例示する。蛍光励起システム１７００は、光源１７１０、レンズ１７６０、フィルタ１７７０、反射光学素子１７８０および結合光学素子１７４０を含み得る。光源１７１０は、非レーザー光源であり、ノンコヒーレント／インコヒーレントの照明を提供する。レーザー光源などの照明のコヒーレント光源を含む光源１７１０も、本教示の様々な実施形態と関連して利用され得るが、一般的により拡散的であるノンコヒーレント照明源は、そのような光源からの照明や強度の向上した獲得および／または利用の利益を容易に得る。さらに、光源は、例えば、例示的なＬＥＤおよびレーザー光源が同時または独立して蛍光励起システム１７００において動作する、コヒーレント光源／ノンコヒーレント光源の組み合わせを含み得る。レンズ１７６０は、光源１７１０に近接して配列されることによって、光源１７１０からノンコヒーレント励起光を収集し、平行にし、および／または集束するために光源１７１０に近接して配列され得る。フィルタ１７７０は、レンズ１７６０と反射光学素子１７８０との間に配列され得る。フィルタ１７７０は、例えば励起蛍光に対して有用なノンコヒーレント光の波長を通過させ、一方で、励起蛍光に対して有用ではないノンコヒーレント光の波長または収集された蛍光性の光と重なる波長を除去する。

動作において、図１７Ａにおける例示的な蛍光励起システム１７００を参照すると、蛍光を放出するように励起され得る色素を有するサンプルは、筐体５６０によって、検出ゾーン１７６５を介して搬送され得る。様々な実施形態において、筐体５６０は、キャピラリであり得、そのルーメン内のサンプルを搬送し、励起光に対する導波管として役立ち得る。筐体５６０は、円形の断面を有し得るが、様々な実施形態において、筐体５６０は、非円形の断面をも有し得る。例えば液体クロマトグラフィなどの特定の実施形態において、筐体５６０は、サンプルまたは材料（ゲルまたは粒子など）の、異なる成分に対する異なる親和性を提示するコーティングを含み得、サンプルの成分に対して違った相互作用を提供する。様々な実施形態において、蛍光励起システム１７００は、光ダンプ（ｄｕｍｐ）１７６２を含み得、該光ダンプは、例えば励起光を筐体５６０から除去することによって、サンプルが検出ゾーン１７６５に入る前の色素の漂白を防止する。

レンズ１７６０は、光源１７１０からノンコヒーレント励起光２５０を収集し得、収集されたノンコヒーレント励起光を、フィルタ１７７０を介して反射光学素子１７８０の方向に向け得る。フィルタ１７７０は、蛍光を放出するための色素の励起に対して有用なノンコヒーレント励起光の波長を通過させることによって、蛍光を放出するための色素の励起に対して有用ではないノンコヒーレント光の波長、または収集される蛍光性の光と重なっている波長を除去し得る。反射光学素子１７８０は、次いで収集されたノンコヒーレント励起光を平行にし、結合光学素子１７４０の方向に向け得る。平行にされたノンコヒーレント励起光は、結合光学素子１７４０のベースに入り得る。例示を簡潔にするために、図１７Ａは、光２５０が、筐体５６０内に結合される前に結合光学素子１７４０内を二回はねているところを示す。しかし、光２５０は、複数回のはね返り、一回のはね返りおよびゼロ回のはね返りの後に筐体５６０内に結合され得る。様々な実施形態において、結合光学素子１７４０の幾何学的形状は、光２５０が、筐体５６０内に結合される前に、結合光学素子１７４０内を数回はねるように構成され得、その結果として、結合光学素子１７４０の受光角は、結合光学素子１７４０内の光２５０のはね返り角のほんの一部となり得る。例えば、光２５０は、筐体５６０内に結合される前に、結合光学素子１７４０内を一回はね返り得る。この場合において、結合光学素子１７４０の受光角は、はね返り角の約三分の一となり得る。同様に、結合光学素子１７４０の幾何学的形状は、光２５０が、筐体５６０内に結合される前に、結合光学素子１７４０内を二回はね返るように構成され得、結合光学素子１７４０の受光角は、はね返り角の約五分の一となり得る。結合光学素子１７４０の幾何学的形状はさらに、光２５０が、筐体５６０内に結合される前に、結合光学素子１７４０内を三回はね返るように構成され得、結合光学素子１７４０の受光角は、はね返り角の約七分の一となり得る。様々な実施形態において、光２５０は、結合光学素子の壁／空気の界面ではね返り得る。

結合光学素子１７４０の幾何学的形状のせいで、ノンコヒーレント励起光の一部は、筐体５６０の壁を通過し筐体５６０と結合し得ることによって、内部全反射によって筐体５６０内に伝搬する。ノンコヒーレント励起光は、筐体５６０内で伝搬することによって、検出ゾーン１７６５を照明する。検出ゾーン１７６５の一部分は、上述されたように、次いで、例えば収集光学４０によって画像化され得る。ノンコヒーレント励起光２５０が検出ゾーン１７６５を照明した後に、光ダンプ１７６２は、ノンコヒーレント励起光が、筐体５６０から逃げ、検出ゾーン１７６５に到達する前の色素の漂白を避けることを可能にする。

様々な実施形態において、反射光学素子１７８０は、ノンコヒーレント光を結合素子１７４０の方向に向け得る平面鏡であり得る。反射光学素子１７８０はまた、筐体５６０が通過し得る穴１７８１を含み得る。様々な実施形態において、反射光学素子１７８０における穴の使用は、結合光学素子に先立つ、光路内の位置で筐体５６０を曲げることによって避けられ得る。反射光学素子１７８０におけるアパーチャに対する必要性を避けるための、屈曲している筐体５６０の実施例は、図１８Ｄに示される。様々な実施形態において、図１８Ａによって例示されるように、反射光学素子は、内部全反射面１８８９と筐体５６０が通過し得るアパーチャとを含むプリズム１８８０であり得る。プリズム１８８０は、結合素子１８４０に近接して配置され得る。

他の様々な実施形態によると、反射光学素子１７８０および結合光学素子１７４０は、モノリシックな構造であり得る。図１８Ｂによって例示されるように、モノリシック構造１８８５は、内部全反射面１８８９を含むプリズムと結合光学素子１８８５とを一体化し得る。さらに他の実施形態によると、図１８Ｃによって例示されるように、反射光学素子は、内部全反射面１８８９を含むプリズム１８８０であり得る。プリズム１８８０は、結合光学素子１８５０とは別個の構造であり得るが、結合光学素子１８４０と接触して配列され得る。図１８Ｃに示されるように、第２のレンズ１７６３は、プリズム１８８０に隣接して配置され得る。第２のレンズ１７６３は、例えば、フレネルレンズ、球状のレンズまたは非球面のレンズであり得る。様々な実施形態によると、反射光学素子は、ノンコヒーレント光が、結合光学素子に入る前に、該光を平行にし得る。他の様々な実施形態において、レンズは、結合光学素子の方向にノンコヒーレント光を集束し得る。図１８Ｄに示されるように、レンズ１７８５は、結合光学素子１７４０の方向にノンコヒーレント光を集束し得る。筐体５６０も、レンズ１７８５における穴に対する必要性を避けるために屈曲され得る。

様々な実施形態において、結合光学素子１７４０は、円錐状の素子、長円形（ｏｂ−ｒｏｕｎｄ）に延びた円錐状、または該二つの形状の組み合わせであり得る。結合光学素子１７４０は、例えば、筐体５６０上に成形、鋳造、融合、熱収縮または圧着され得る。様々な実施形態において、屈折率整合組成物または屈折率整合構成、例えば光学エポキシが、結合光学素子１７４０と筐体５６０の一部分とを光学的に結合するために用いられ得る。屈折率整合組成物の構成は、さらに固形材料、半固形材料、液体材料、粘性材料、ゲル材料またはそれらの組み合わせであり得る。図１７Ｂを参照すると、結合光学素子１７４０は、例えば屈折率整合組成物５６１を用いて筐体５６０の外部面に対して先細になり得る。

様々な実施形態において、結合光学素子１７４０は、筐体５６０の外部面に対して先細にならない。図１７Ｃを参照すると、結合光学素子１７４０は、筐体５６０の外部面に対して先細にはならず、直径ｄの端部を含む。直径ｄは、結合光学素子１７４０の先端の直径よりも大きい。励起源の像１７６３が、結合光学素子１７４０の先端の直径よりも適切に大きい場合には、結合光学素子１７４０は、望むように機能し得る。例えば、励起源の像１７６３は、図１７Ｃに示されるように、３ｄの直径を有し得る。

例えば、結合光学素子１７４０の材料の屈折率が、筐体５６０の材料の屈折率よりも大きな様々な実施形態において、結合光学素子１７４０内にあり筐体５６０に入射するノンコヒーレント光は、以下のモードのうちの１つにおいて伝搬し得る。非常に浅い入射角の光は、筐体５６０の内部壁で反射し、ルーメンを横切り得ない。入射角の浅い光は、筐体の壁に入り、内部全反射によって筐体の壁の中で伝搬し得る。急な入射角の光は、筐体５６０に入り、かつ出得る。また、入射角の範囲内の光は、筐体の壁の外部面を通過し、筐体５６０内で、概ね筐体の軸方向に伝搬し得る。この入射角範囲内の光は、筐体の壁およびルーメン内において伝搬し得、筐体の外部壁から反射する。上の状況のそれぞれではね返る角度は、結合光学素子１７４０の材料の屈折率および筐体５６０の材料の屈折率に依存し得る。様々な実施形態によると、円錐状の結合光学素子１７４０は、筐体５６０に入射する照明が、筐体５６０の壁を通過し、筐体に入ることによって、内部全反射によって筐体の軸の方向に伝搬するような角度範囲内に、円錐の角度を有し得る。

様々な実施形態において、屈折率整合組成物５６１は、結合光学素子１７４０と筐体５６０との間の空間または領域を満たすか、または占領し得る。屈折率整合組成物５６１はさらに、結合光学素子１７４０と筐体５６０とから伝搬する光の結合効率に影響する所望の光学特性を有するように選択され得る。例えば、屈折率整合組成物５６１は、結合光学素子１７４０と筐体５６０との間の結合効率を向上させる屈折率を有し得る。

様々な実施形態において、屈折率整合組成物５６１の屈折率は、結合光学素子１７４０の屈折率より少なくあり得る。屈折率整合組成物５６１の屈折率と結合光学素子１７４０との差を提供することは、結合光学素子１７４０と筐体５６０、結合光学素子１７４０と屈折率整合組成物５６１、または結合光学素子１７４０と筐体５６０との間の結合効率をさらに向上させ得る。同様にして、屈折率整合組成物５６１の屈折率は、所望の結合効率を達成するために筐体５６０の光学特性または屈折率を基礎として選択され得る。

様々な実施形態において、屈折率整合組成物５６１の屈折率は、１．４と結合光学素子１７４０の屈折率との間に近似する範囲になるように選択され得る。様々な実施形態において、屈折率整合組成物５６１の屈折率は、１．４より僅かに大きいか僅かに小さくあり得、または１．４よりも遥かに大きいか遥かに小さくあり得る。加えて、屈折率整合組成物５６１の屈折率は、結合光学素子１７４０よりも僅かに大きいか僅かに小さくあり得、または結合光学素子１７４０よりも遥かに大きいか遥かに小さくあり得る。

図１７Ｄおよび図１７Ｅは、結合光学素子１７４０と筐体５６０との関係の一実施形態を例示し、屈折率整合組成物５６１が、その間に存在することによって所望の結合効率を達成する。一局面において、結合光学素子１７４０と筐体５６０との間の結合効率は、屈折率整合組成物５６１に対する適切な、または所望の屈折率を決定するために、それぞれの光学特性に基づいて評価され得る。例えば、図１７Ｅは、約１．５の屈折率および約２４度の角度１７８０を有する結合光学素子に対する、結合光学素子１７４０と筐体５６０との間の結合効率の例示的な依存関係を例示する。結合効率は、結合光学素子１７４０を介する筐体５６０への放出の強度または伝搬の割合の関数としてさらに決定され得る。この情報を用いて、屈折率整合組成物５６１に対する適切または所望の屈折率が、決定され得る。

様々な実施形態において、結合光学素子は、筐体５６０への光の結合を容易にする任意の形状であり得る。図２５Ａを参照すると、結合光学素子２５４０は、例えば軸上で非対称な形状、例えば、長円形の断面を有する円錐を有し、キャピラリ２５６０の面と結合する。光２５０は、結合光学素子２５４０の端部２５４１に入り、次いでキャピラリ２５６０の面に結合し得る。様々な実施形態によると、結合光学素子は、楕円体または放物線状の形状を有し得る。図２５Ｂを参照すると、結合光学素子２５４５は、光２５０を平面端に結合し得る楕円体または放物線の形状を有する。光２５０は、次いで筐体５６０に結合され得る。さらに別の実施形態によると、結合光学素子２５５０は、ウェッジまたは切頭された円錐形の形状を有し得る。図２５Ｃの側面図を参照すると、結合光学素子２５５０は、光２５０を端部２５５１に結合し得るウェッジの形状を有し得る。光２５０は、次いで筐体５６０に結合し得る。

様々な実施形態において、光ダンプ１７６２は、励起光を吸収または伝達し得る。例えば、光ダンプ１７６２は、低蛍光吸収材料であり得、光学路から離れて配置され得る。例えば、光ダンプ１７６２は、黒色の塗料、エポキシ、またはノンコヒーレント励起光を吸収する炭化したポリイミドであり得る。他の様々な実施形態において、光ダンプは、例えば図１９Ａに示されるように、励起光２５０を漏らすことを可能にする、筐体５６０の湾曲部分であり得る。筐体５６０の湾曲部分は、光２５０が検出ゾーン１７６５を通過した後に配置され得る。様々な実施形態において、筐体５６０の湾曲部分は、サンプルが検出ゾーン１７６５に到達する前に配置され得、図１９Ａにおいて矢印５６１によって筐体５６０内のサンプルの流れの方向を示すように図示される。図１９Ｂに示されるように、光ダンプ１７６２は、筐体１７６０のルーメン内の流体の反射率と等しいか、それよりも大きな反射率を有する材料から作られた円錐の素子であり得、ノンコヒーレント励起光２５０が筐体１７６０から漏れることを可能にする。光ダンプ１７６２の形状は、必要に応じて変化することによって、筐体５６０の形状を収容する。様々な実施形態において、図１９Ｃに示されるように、光ダンプ１７６２は、筐体５６０の全周よりも小さくサンプル筐体に光学的に結合されることによって、例えば、筐体５６０に近接し得る収集光学４０の、検出ゾーン１７６５により近い位置での励起光２５０のダンピングを容易にする。

様々な実施形態によると、例示的な蛍光励起システムは、複数のノンコヒーレント光源および結合光学素子を含み得る。図２０を参照すると、蛍光励起システム２０００は、光源１７１０、レンズ１７６０、フィルタ１７７０、反射光学素子１７８０および結合光学素子１７４０を含み得る。様々な実施形態において、蛍光励起システム２０００はさらに、第２の光源１７１１、第２のレンズ１７６１、第２のフィルタ１７７１、第２の反射光学素子１７８１および第２の結合光学素子１７４１を含み得る。第２の光源１７１１は、ノンコヒーレント照明を提供する非レーザー光源であり得る。様々な実施形態において、結合光学素子は、光ダンプとして用いられ得る。例えば、結合光学素子１７４１は、光源１７１０からのノンコヒーレント照明に対する光ダンプになり得、結合光学素子１７４０は、光源１７１１からのノンコヒーレント照明に対する光ダンプになり得る。

様々な実施形態によると、結合光学素子は、図３に示されるＮＡ向上素子４０の形状に類似した切頭球であり得る。図２１を参照すると、切頭球２１４０は、同軸伝搬するように筐体２１６０の壁を介してノンコヒーレント励起光２５０を導くための結合光学素子として用いられ得る。筐体２１６０の壁を介するノンコヒーレント励起光の結合は、そのような光が終点または端部を介して筐体２１６０に導かれるような条件なしに、軸方向に伝搬する光を提供するメカニズムを提供する。

様々な実施形態において、切頭球２１４０は、筐体２１６０に成形、鋳造、融合または光学的に接続され得る。様々な実施形態において、Ａより小さな角度で筐体２１６０に入射する励起光は、筐体２１６０の内壁で反射し、伝搬しながら該壁の中に留まる。Ｂよりも大きな角度で筐体２１６０に入射する励起光は、筐体２１６０で反射せず、筐体２１６０を出る。しかし、Ａと等しいかより大きく、Ｂと等しいかより小さな角度で入射する励起光２５０は、筐体２１６０の軸に沿って同軸上に伝搬し得る。例えば、例示的な実施形態において、切頭球２１４０は、１．８５の屈折率を有し得、筐体２１６０は、１．４６の屈折率を有し得、筐体２１６０内の流体は、１．４１の屈折率を有し得る。４０．６°以上、５７．４°以下で入射する励起光は、同軸伝搬し、筐体のルーメンにおける流体を照明する。

様々な実施形態において、結合光学素子は、複数の光学素子を備え得る。図２２は、筐体２２６０に成形、鋳造、融合または光学的に接続され得る透明素子２２４３を含み得る、結合光学素子２２４０の側面図を示す。透明素子２２４３の第１の面（上面）で、球２２４４の一部は、例えば屈折率整合組成物または流体によって透明素子２２４３に接合され得る。同様に、球２２４６の第２の部分は、透明な素子２２４３の第２の面（底面）に接合され得る。包括的に、透明素子２２４３、球２２４４の一部、および球２２４６の第２の部分は、結合光学素子２２４０を形成することによって、筐体２２６０においてノンコヒーレント励起光を同軸伝搬する。

様々な実施形態において、筐体は、複数のキャピラリを含み得る。図２３に示されるように、複数のキャピラリ２３６０は、サンプルを検出ゾーンに搬送し得る。透明素子２３４３は、複数のキャピラリ２３６０に成形、鋳造、融合されることによって、ノンコヒーレント励起光を結合させ、複数のキャピラリ２３６０において同軸伝搬する。球２３４４の一部分は、例えば屈折率整合組成物または流体によって、透明素子２３４３の第１の面（表面）に接合され得る。図２２に示される球の第２の部分は、例えば屈折率整合組成物または流体によって、透明素子２３４３の第２の面（底面）に接合され得る。包括的に、図２２において示される、透明素子２３４３、球２３４４の一部分および球の第２の部分は、結合光学素子２３４４を形成することによって、複数のキャピラリ２３６０においてノンコヒーレント励起光を同軸伝搬する。

複数のキャピラリを含む様々な実施形態において、バリヤが、キャピラリ間のクロストークを低減するために用いられ得る。図２９の端面図において示されるように、複数のキャピラリ２９６０のそれぞれは、バリヤ２９６１によって分離され得る。バリヤ２９６１は、キャピラリ２９６０間のクロストークを低減させる不透明な材料であり得る。

同軸方向の照明は、ノンコヒーレント光を筐体の端部に結合することによって、さらに達成され得る。様々な実施形態によれば、結合光学素子は、切頭球２１４０または半球であり、図３Ａに示されるＮＡ向上素子４０に形状が類似しており、ノンコヒーレント光を筐体の端部に集束させ、一方で、なおも筐体の端部への流体的な接続を可能にしている。図２４の断面図を参照すると、切頭球２４４０は、結合光学素子としての役目を果たす。流体接続部２４６８から筐体２４６０に流体の伝達を容易にする光学的に透明なシール２４９０は、流体接続部２４６８と筐体２４６０との間に接続され得る。切頭球２４４０は、図２４に示されるように、シール２４９０に接合され得、その結果として、流体は、流体接続部２４６８から筐体２４６０に伝達され得、切頭球２４４０は、ノンコヒーレント光２５０を収集し、それを筐体２４６０の端部に集束し得る。

様々な実施形態によれば、結合光学素子は、メニスカスレンズを含み得る。図２６を参照すると、結合光学素子は、透明素子２６９０に接合されたメニスカスレンズ２６４０であり得る。接合されたメニスカスレンズ２６４０および透明素子２６９０は、キャビティ２６４９を形成し得る。透明素子２６９０は、キャビティ２６４９への流体の流れを可能にする流体接続部２６６８をさらに含み得る。筐体２６６０は、透明素子２６９０の幅を通過し得、その結果として、筐体２６６０の端部は、キャビティ２６４９内で開き、筐体２６６０への流体の流れを可能にし得る。サンプルを搬送する流体は、流体接続部２６６８からキャビティ２６４９へと流れ、次いでキャビティ２６４９から筐体２６６０の端部へと流れ得る。筐体２６６０の検出ゾーン部分（不図示）は、メニスカスレンズ２６４０を用いて同軸方向に照明され、ノンコヒーレント励起光を収集し、それを、キャビティ２６４９の中へ開く筐体２６６０の端部に集束し得る。

様々な実施形態によれば、結合光学素子は、筐体に接合された切頭球であり得る。図２７の断面図に示されるように、切頭球２７４０は、例えば、成形、鋳造または融合によって筐体２７６０に接合され得る。流体接続部２７６８は、切頭球２７４０に接合され得、その結果として、流体は、切頭球２７４０を通過し、筐体２７６０の端部に入り得る。筐体２６７０の検出ゾーン（不図示）は、切頭球２７４０を用いて同軸方向に照明し、ノンコヒーレント励起光２５０を収集し、それを、筐体２７６０の端部に集束し得る。

様々な実施形態によれば、生物学的サンプルを分析するためのシステムは、蛍光励起システムと蛍光検出システムとを含み得る。図２８を参照すると、生物学的なサンプルを分析するためのシステム２８００は、複数の光源および結合光学素子を有する例示的な蛍光励起システム２８０１を含み得る。図２８に示されるように、蛍光励起システム２８０１は、光源２８１０、レンズ２８６０、フィルタ２８７０、反射光学素子２８８０および結合光学素子２８４０を含み得る。様々な実施形態において、蛍光励起システム２８０１は、第２の光源２８１１、第２のレンズ２８６１、第２のフィルタ２８７１、第２の反射光学素子２８８１および第２の結合光学素子２８４１をも含み得る。第２の光源２８１１は、非レーザー光源であり得、ノンコヒーレント照明を提供する。サンプルは、筐体５６０によって検出ゾーンに搬送され得る。様々な実施形態において、筐体５６０は、複数のキャピラリを備え得る。

生物学的サンプルを分析するためのシステム２８００は、さらに例示的な蛍光性の光検出システム２８０２を含み得、該蛍光性の光検出システムは、ＮＡ向上光学素子４０、レンズ４３０および５００、マスク（不図示）、格子５１０および検出器２９０を含む。格子５１０は、筐体５６０の軸に直角の方向、例えばページの中および外への方向に、光を屈折し得る。例示を簡潔にするために、これは、図２８において、格子５１０およびレンズ５００を僅かに傾けることによって描写される。様々な実施形態によれば、ミラーは、像が検出器に届く方向に配置され得る。様々な実施形態によれば、検出器は、像が検出器のどこに入るかを制御するためにマスクされ得る。様々な実施形態によれば、筐体５６０は、複数のキャピラリを含み得、かつ／または格子５１０は、フィルタホイールによって置換され得る。フィルタホイールは、良好なスペクトルの分離および収集効率を提供するために選択され得、サンプル内の複数の色素の間の区分を可能にする。

動作において、光源２８１０および２８１１は、励起光をレンズ２８６０および２８６１のそれぞれに提供し得る。励起光は、フィルタ２８７０および２８７１のそれぞれに導かれ得、該フィルタは、励起光の所望の波長を受け入れ、他の波長をブロックすることによって励起光を調節し得る。励起光は、反射素子２８８０および２８８１のそれぞれによって反射され、結合光学素子２８４０および２８４１のそれぞれに向けられ得る。励起光は、同軸方向に伝搬するように筐体５６０に結合され得る。励起光は、筐体５６０におけるサンプル内の色素によって吸収され得、該色素を刺激することによって全方向に蛍光性の光３０を放出する。様々な実施形態によれば、ＮＡ向上光学素子４０は、検出ゾーンから蛍光性の光３０を収集し、それをレンズ４３０に向け得る。蛍光性の光は、伝達格子５１０によって分散され、レンズ５００によって検出器２９０に集束され得る。上述されたサンプルを分析するためのシステムは、例示的であり、本明細書中に開示された他の励起システムが、本明細書中に開示の他の検出システムと組み合され得ることを、当業者は理解されたい。

他の様々な実施形態において、筐体２８６０は、複数のルーメン、例えばマルチボアキャピラリまたはマルチチャネルプレートを含み得る。他の様々な実施形態において、筐体２８６０は、各筐体内に単一または複数のルーメンを有する複数の筐体を包含し得る。複数のキャピラリを含む実施形態、例えば図２５Ａに示されるような実施形態において、バリヤが、キャピラリ間のクロストークを低減させるために配置され得る。図２９Ａは、複数のキャピラリ２９６０が、バリヤ２９６１によって分離され得ることを示す。バリヤ２９６１は、１つのキャピラリへの励起光および／または蛍光性の光を制限し得る。

様々な実施形態において、マスクは、迷った励起光から検出ゾーンおよび検出光学を保護するために用いられ得る。図２９Ｂを参照すると、マスク４４０は、結合光学素子２９４０の下流で、筐体５６０の周囲に配置され得る。マスク４４０は、例えばスリットを含む不透明な材料であり得、筐体５６０へのマスク４４０の挿入を可能にする。励起光２５０は、結合光学素子２９４０によって筐体５６０の中に結合され得る。光の一部分、迷光２５３は、筐体５６０の中に結合されず、図２９Ｂにおいて示されるように、結合光学素子２９４０を出る。マスク４４０は、迷光２５３から検出ゾーンおよび検出光学を保護し得る。

他の様々な実施形態によれば、システムは、光を筐体の内部および外部へと結合させるための結合光学素子を含み得る。図３０を参照すると、システム３０００は、光２５０を提供する光源、光学素子３０８０および結合光学素子３０４０を含み得る。光学素子３０８０は、例えばダイクロイック光学フィルタであり得る。光学素子３０８０、例えばダイクロイック光学フィルタは、図３０に示されており、励起光２５０に対して４５度の角度で配置される。しかし、他の角度も用いられ得ることを、当業者は理解されたい。システム３０００は、例えばキャピラリなどの筐体５６０をさらに含み得る。筐体５６０は、光学素子３０８０を避けるために曲げられ得る。結合光学素子３０４０は、本明細書中に開示されるように、筐体５６０に結合され得る。様々な実施形態において、システム３０００は、光ダンプ１７６２をさらに含み得る。

動作において、励起光２５０は、光学素子３０８０から反射し、結合光学素子３０４０の方向に向けられ得る。結合光学素子３０４０は、次いでキャピラリ５６０に励起光２５０を結合させ得る。キャピラリ５６０に結合されると、励起光２５０は、ゾーン３０６５で筐体５６０内のサンプルと相互作用され得、蛍光性の光を全方向に放出させる。蛍光性の光の一部は、結合光学素子３０４０の方向に放出される。結合光学素子３０４０は、次いで筐体５６０の外で蛍光性の光のその部分を結合させ、それを光学素子３０８０の方向に向け得る。結合光学素子３０４０によって筐体５６０の外で結合され光学素子３０８０の方向に向けられた蛍光性の光は、図３０において蛍光性の光２５２として示される。光学素子３０８０、例えばダイクロイック光学フィルタは、蛍光性の光２５２を通過させるが、光の望ましくない波長、例えば励起光２５０を反射し得る。蛍光性の光２５２は、次いで検出器（不図示）の方向に向けられ得る。

さらに他の実施形態において、吸収および／または蛍光システムは、例えば液体クロマトグラフィシステムにおいて用いられ得るように提供される。図３１を参照すると、吸収システム３１００は、励起光２５０を提供する光源、第１の結合光学素子３１４０、第２の結合光学素子３１４１、マスク４４０および筐体５６０を含み得る。筐体５６０は、図３１に示されるように曲げられ得、光源（不図示）および検出器（不図示）を避ける。しかし、筐体５６０は、他の方法、例えばＺの形状に曲げられ得ることを、当業者は理解されたい。第１の結合光学素子３１４０および第２の結合光学素子３１４１は、本明細書中に開示されたように、筐体５６０に結合され得る。

様々な実施形態において、第１の結合光学素子３１４０および／または第２の結合光学素子３１４１は、複数の区画から形成され得る。屈折率整合組成物または屈折率整合液体と接合された複数の区画から形成された結合光学素子３２４０の実施例が、図３２Ａ〜図３２Ｃにおいて示される。様々な区画が、点線Ａ−ＡおよびＢ−Ｂによって描写される。様々な実施形態において、いずれの屈折率整合も、用いられていない。様々な実施形態において、第２の結合光学素子３１４１は、複数の間隔を置いた区画によって形成され得る。図３３は、２つの間隔を置いた区画３３４１ａおよび３３４１ｂによって形成された第２の光学素子３１４１の実施例を示す。様々な実施形態において、区画３３４１ａは、本明細書中に開示されたように、筐体５６０に接合され得る。区画３３２１ｂは、区画３３２１ａおよび筐体５６０に接合されずに、離れて配列され得る。第１の結合光学素子３１４０および／または第２の結合光学素子３１４１は、さらに取付け特徴を含み得る。図３４を参照すると、結合光学素子３４４０は、本明細書中に開示されたように、筐体５６０に結合され得る。結合光学素子３４４０は、例えば結合光学素子３４４０を取り付けるか安定させるように用いられ得る、取付け特徴３４４８をも含み得る。様々な実施形態において、取付け特徴３４４８は、効率の損失を避けるために結合光学素子３４４０の表面上の領域Ｃ内に位置し得る。

再び図３１を参照すると、励起光２５０は、第１の結合光学素子３１４０に向けられ得る。第１の結合光学素子３１４０は、筐体５６０に励起光２５０を結合させ得る。励起光２５０は、次いでゾーン３０６５で筐体２５０内のサンプルと相互作用し得る。相互作用は、例えば、光の吸収および／または蛍光の放出であり得る。サンプルとの相互作用の後に、光２５１は、第２の結合光学素子３１４１によって、筐体５６０の外で結合され、検出器（不図示）の方向に向けられ得る。

本明細書中に関係する全ての刊行物および特許出願は、個々の刊行物または特許出願のそれぞれが、詳細かつ個別的に参照として援用されると同等な程度に、ここに参照として援用される。

本明細書および添付の特許請求の範囲の目的のために、特記されない限りは、本明細書および特許請求の範囲において用いられる、量、割合または比率を表す全ての番号および他の数値は、用語「約」によって全ての場合において修正されることが理解されるべきである。従って、対照的に示されない限りは、以下の明細書および添付の特許請求の範囲において明らかにされる数のパラメータは、本発明によって取得されようとする所望の特性に依存して変化し得る近似値である。特許請求の範囲内の均等物の教義の適用を限定するのではなく、それぞれの数のパラメータは、少なくとも、報告される重要な桁の数を考慮し、一般的な切り上げの技術を適用することによって解釈されるべきである。

本発明の幅広い範囲を明らかにする数の範囲およびパラメータは、近似値であるが、特定の実施例において明らかにされる数値は、可能な限り正確に報告されている。しかし、あらゆる数値は、本質的に、それぞれの検査測定において発見された標準偏差からやむをえず生じる特定のエラーを含む。さらに、本明細書中に開示の全ての範囲は、本明細書中に組み入れられた任意および全てのサブレンジを包含することが理解される。例えば、「１０より少ない」という範囲は、最小値のゼロと最大値の１０との間（およびそれらを含む）の任意および全てのサブレンジ、すなわち、ゼロと等しいか、それよりも大きな最小値および１０と等しいか、それよりも小さな最大値を有する、任意および全てのサブレンジを含み、例えば１から５などである。

留意されるべきは、本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、単数形の「一」、「１つ」および「この」は、明白で疑う余地のないように１つの指示対象に制限されない限りは、複数の指示対象物を含む。従って、例えば「１つのマスク」に対する参照は、２つ以上の異なるマスクを含む。本明細書中に用いられるように、用語「含む」およびその文法上の異形は、非限定的であるように意図されるのであって、リストにおけるアイテムの引用は、リスト化されたアイテムと代用され得るか、または加えられ得る他の同類のアイテムを除外するものではない。

様々な修正および変更が、本明細書中に記述された様々な実施形態に、本教示の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが当業者には明確である。従って、本明細書中に記述された様々な実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲の内において、他の修正および変更を包含することが意図される。

図１は、サンプル、筐体およびＮＡ向上光学素子の様々な実施形態の図解である。 図２Ａは、ＮＡ向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。 図２Ｂは、ＮＡ向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。 図３Ａ〜図３Ｅは、ＮＡ向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。 図４は、ＮＡ向上光学素子に対するソース平面と理論的な無収差ソース平面との関係性を図示し、ここで図４Ａは、理論的な無収差ソース平面が使用される場合の光の焦点を図示し、図４Ｂは、本発明の様々な教示に従うソース平面が使用される場合の光の焦点を示す。 図５は、ＮＡ向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。 図６Ａは、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図６Ｂは、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図７は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図８は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図９は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１０は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１１Ａは、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１１Ｂは、図１１Ａに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。 図１２Ａは、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１２Ｂは、図１２Ａに図示されるような光検出システムの一部分の様々な実施形態の上部断面図を示す。 図１２Ｃは、図１２Ａに図示されるような光検出システムの一部分の様々な実施形態の側方断面図を示す。 図１２Ｄは、図１２Ａに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。 図１２Ｅは、図１２Ａに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。 図１３は、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１４は、ＮＡ向上光学素子およびマスクの様々な実施形態の上部断面図を示す。 図１４Ａは、ＮＡ向上光学素子およびマスクの様々な実施形態の上部断面図を示す。 図１４Ｂは、第一の検出ゾーンから収集された蛍光性の光を検出するように構成された検出器の一部分を示す。 図１５は、ＮＡ向上光学素子、マスクおよび筐体構成の様々な実施形態の側方断面図を示す。 図１６は、ＮＡ向上光学素子、マスクおよび筐体構成の様々な実施形態の側方断面図を示す。 図１７Ａは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１７Ｂは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１７Ｃは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図１７Ｄは、光検出システムの結合効率および屈折率整合特性の原理を示す。 図１７Ｅは、光検出システムの結合効率および屈折率整合特性の原理を示す。 図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃおよび図１８Ｄは、蛍光励起システムの反射光学素子および結合光学素子の様々な実施形態の側面図を示す。 図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃは、蛍光励起システムの光ダンプの様々な実施形態の図解を示す。 図２０は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。 図２１は、結合光学素子の様々な実施形態の側方図を示す。 図２２は、結合光学素子の様々な実施形態の側方図を示す。 図２３は、結合光学素子の様々な実施形態の上面図を示す。 図２４は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。 図２５Ａ、図２５Ｂおよび図２５Ｃは、蛍光励起システムの実施形態に従う例示的な結合光学素子および筐体を示す。 図２６は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。 図２７は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。 図２８は、蛍光励起および検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図２９Ａは、クロストークを減少させるためのバリヤを有する複数のキャピラリを含む蛍光励起および検出システムの様々な実施形態の図解を示す。 図２９Ｂは、検出ゾーンおよび／または検出光学素子からの迷光を減少させるためのマスクの様々な実施形態の図解を示す。図２９Ｂは、検出ゾーンおよび／または検出光学素子からの迷光を減少させるためのマスクの様々な実施形態の図解を示す。 図３０は、光を筐体内および筐体外に結合するための結合光学素子を含むシステムの様々な実施形態の図解を示す。 図３１は、吸光および／または蛍光システムの様々な実施形態の図解を示す。 図３２Ａ、図３２Ｂおよび図３２Ｃは、複数の区画を備える結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。 図３３は、２つの部分を備える結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。 図３４は、取り付け特徴を含む結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。

Claims (47)

1. 光源と、サンプルを搬送し、内部全反射によって、該光源からの光を伝搬する筐体と、前記筐体内のサンプルからの蛍光を検出する検出器とを有する分光システムであって、前記光源から出射された光を、前記筐体の長手方向に対して平行に向ける反射光学素子と、前記筐体の外周の全周に設けられ、前記反射光学素子によって前記筐体の長手方向に対して平行に向けられた光を前記筐体の壁を通って前記筐体に入射し、前記筐体内のサンプルを照射、励起するように構成された結合光学素子と、前記筐体と、前記結合光学素子との間に、前記筐体と前記結合光学素子を光学的に結合する屈折率整合体と、を有することを特徴とする分光システム。
2. 前記サンプルからの蛍光を収集するためのＮＡ向上光学素子を少なくとも１つ備え、屈折率整合体が、更に前記分光システムの検出ゾーンにおいて、前記筐体と前記ＮＡ向上光学素子の間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
3. 前記ＮＡ向上光学素子は、切頭球状、円筒面に組み合わされた球面状、およびメニスカスレンズからなるグループから選択される形状を有することを特徴とする請求項２に記載の分光システム。
4. 前記屈折率整合体の少なくとも一部分は、前記筐体と前記結合光学素子との間の領域に配置される、請求項１に記載の分光システム。
5. 前記屈折率整合体は、固体材料、半固体材料、液体材料、粘性材料およびゲル材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
6. 前記筐体、前記結合光学素子および前記屈折率整合体は、それぞれの屈折率を有し、該屈折率整合体の屈折率は、該筐体と該結合光学素子との間の結合効率を向上するものであることを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
7. 前記屈折率整合体の前記屈折率は、前記筐体の屈折率と近似することを特徴とする請求項６に記載の分光システム。
8. 前記屈折率整合体の前記屈折率は、前記結合光学素子の屈折率と近似することを特徴とする請求項６に記載の分光システム。
9. 前記屈折率整合体の前記屈折率は、前記結合光学素子の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の分光システム。
10. 前記屈折率整合体の前記屈折率は、１．４から前記結合光学素子の屈折率までの範囲であることを特徴とする請求項９に記載の分光システム。
11. 前記結合光学素子の屈折率は、前記筐体の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
12. 前記筐体の屈折率は、該筐体内を搬送される流体サンプルの屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
13. 前記光源は、コヒーレント光源、ノンコヒーレント光源およびコヒーレント／ノンコヒーレント光源の組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
14. 前記筐体は、複数のキャピラリを備えていることを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
15. 前記結合光学素子は、切頭球、半球、円錐、超半球、円筒面と結合されている球面、平面と結合されている球面およびメニスカスレンズからなるグループから選択される形状を有することを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
16. 前記切頭球は、前記筐体の一部分に接続された結合区画と、該結合区画の第一の部分と接続されたレンズ区画と、該結合区画の第二の部分と接続された第二のレンズ区画とをさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の分光システム。
17. 前記結合光学素子は、光が前記筐体に入り、内部全反射によって伝搬することを可能にするように構築されることを特徴とする請求項１に記載の分光システム。
18. 光源から出射された光を、筐体の長手方向に平行に向けることと、筐体を用いて検出ゾーンを通って、複数のサンプルを搬送すること、結合光学素子ならびに該結合光学素子と該筐体とを光学的に結合する屈折率整合体を用いて該筐体にノンコヒーレント光を向けること、を包含し、前記結合光学素子は、該筐体の外周の全周に設けられ、前記筐体の長手方向に向けられた光を該筐体の壁を通って前記筐体に導くように構成されていることを特徴とする分光方法。
19. 前記結合光学素子は、切頭球、半球、円錐、超半球、円筒面と結合されている球面
    、平面と結合されている球面およびメニスカスレンズからなるグループから選択される形状を有することを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
20. さらに、前記サンプルからの蛍光を収集するためのＮＡ向上光学素子を少なくとも１つ備え、屈折率整合体が、更に前記分光システムの検出ゾーンにおいて、前記筐体と前記ＮＡ向上光学素子の間に設置されることを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
21. 前記屈折率整合体の少なくとも一部分は、前記キャピラリと前記結合光学素子との間の領域に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
22. 前記屈折率整合体は、固体材料、半固体材料、液体材料、粘性材料およびゲル材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
23. 前記筐体はキャピラリであり、前記結合光学素子および前記屈折率整合体は、それぞれの屈折率を有し、該屈折率整合体の屈折率は、該キャピラリと該結合光学素子との間の結合効率を向上するものであることを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
24. 前記屈折率整合体の屈折率は、前記キャピラリの屈折率と近似することを特徴とする請求項２３に記載の分光方法。
25. 前記屈折率整合体の屈折率は、前記結合光学素子の屈折率と近似することを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
26. 前記屈折率整合体の屈折率は、前記結合光学素子の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
27. 前記屈折率整合体の屈折率は、１．４から、前記結合光学素子の屈折率までの範囲であることを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
28. 前記結合光学素子の屈折率は、前記キャピラリの屈折率より大きいことを特徴とする請求項２３に記載の分光方法。
29. 前記キャピラリを備えている材料の屈折率は、該キャピラリ内を搬送されるサンプルの屈折率より大きいことを特徴とする請求項２３に記載の分光方法。
30. 切頭球およびメニスカスレンズのうちの少なくとも１つの前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を該キャピラリの端部に入射させることを包含することを特徴とする請求項２３に記載の分光方法。
31. 切頭球および円錐形状の素子のうちの少なくとも１つの前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を該キャピラリの壁を通って入射させることを包含することを特徴とする請求項２３に記載の分光方法。
32. 前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることは、該キャピラリと接続される結合区画および該結合区画に接続される少なくとも１つのレンズ部分を備えている励起レンズを用いて、該ノンコヒーレント光を該キャピラリの壁を通って入射させることを包含することを特徴とする請求項２３記載の分光方法。
33. 第二の結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることをさらに包含することを特徴とする請求項２３に記載の分光方法。
34. 前記結合光学素子は、第一の方向に沿って前記検出ゾーンを通って伝搬するように前記ノンコヒーレント光を向け、前記第二の結合光学素子は、第二の方向に沿って該検出ゾーンを通って伝搬するように該ノンコヒーレント光を向けることを特徴とする請求項３３に記載の分光方法。
35. 前記ノンコヒーレント光が前記検出ゾーンを通過した後に、前記筐体から該ノンコヒーレント光を取り除くことをさらに包含することを特徴とする請求項１８に記載の分光方法。
36. 前記サンプルは、前記キャピラリを備えている材料の屈折率よりも小さい屈折率を有する流体によって、前記検出ゾーンを通って搬送されることを特徴とする請求項２３に記載の分光方法。
37. ノンコヒーレントな励起光を提供する光源と、前記光源から出射された励起光を、筐体の長手方向に向ける反射光学素子と、サンプルを搬送し、内部全反射によって前記反射光学素子によって前記筐体の長手方向に向けられた励起光を伝搬させる、第二の材料から構成された、少なくとも１つの筐体と、前記筐体の外周の全周に設けられ、該ノンコヒーレントな励起光を該少なくとも１つの筐体の壁を通って前記励起光をその内部に導くように構成された結合光学素子と、該少なくとも１つの筐体と該結合光学素子との間に配置された屈折率整合体と、第一の材料から構成され、放出された蛍光を収集するための少なくとも１つのＮＡ向上光学素子とを備え、該第一の材料は該第二の材料よりも大きい屈折率を有する、ことを特徴とする分光システム。
38. 前記ＮＡ向上素子は、切頭球状、円筒面に組み合わされた球面状、およびメニスカスレンズからなるグループから選択される形状を有することを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
39. 前記屈折率整合組成物は、前記筐体の屈折率と類似する屈折率を有することを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
40. 前記屈折率整合組成物は、前記結合光学素子の屈折率と類似する屈折率を有することを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
41. 前記屈折率整合組成物は、前記結合光学素子の屈折率未満の屈折率を有することを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
42. 前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、１．４から前記結合光学素子の該屈折率までの範囲であることを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
43. 前記ＮＡ向上光学素子は、切頭球である、請求項３７に記載の分光システム。
44. 前記切頭球は、前記少なくとも１つの筐体の一部分に接続された結合区画と、該結合区画の表に接続されたレンズ区画と、該結合区画の裏に接続された第二のレンズ区画とを備えていることを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
45. 複数の筐体をさらに備えていることを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
46. １サイクルごとに複数の筐体からの蛍光性の光を検出するように適合されている検出器をさらに備えていることを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。
47. １サイクルごとに１つの筐体からの蛍光性の光を検出するように適合されている検出器をさらに備えていることを特徴とする請求項３７に記載の分光システム。

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