マイクロレンズ構成の画像化システム及びサンプル検出用システム付設装置
発明はサンプル（４）を検出するための画像化システム及び付設装置に関する。画像化システムは光センサ（２６）のマトリクス（２４）と、光センサマトリクス（２４）に対向して配置され、サンプル支持面（２８Ａ）を画成する第１の薄片（２８）と、光センサマトリクス（２４）と第１の薄片（２８）の間に配置された光学素子のセット（３０）とから構成される。各マイクロレンズ（３４）は光センサマトリクス（２４）の光センサ（２６）の上方に配置される。光学素子のセット（３０）はマイクロレンズ（３４）のマトリクス（３２）を含む。光学素子のセット（３０）はマイクロレンズマトリクス（３２）と第１の薄片（２８）の間に配置された光学媒体（３６）を含み、光学媒体（３６）の屈折率は実質的に１とマイクロレンズ（３４）の屈折率の間にある。サンプル支持面（２８Ａ）とマイクロレンズ（３４）の頂点の間の距離は実質的に光センサ（２６）の光学軸（Ｚ）に沿って測られるとき０〜１５００μｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロレンズで構成される画像システムと、サンプルの検出及び光学的特性決定のための、システムを付設した装置に関する。
本発明は化学又は生物学的分析のための測定器の小型化の分野に関わる。
【背景技術】
【０００２】
生物学において細胞の観測には、細胞の画像を拡大し、これ等画像の細部を分離するため、光学顕微鏡の使用が一般に欠かせない。細菌、酵母菌、菌類、花粉、藻類、リポソーム並びに合成粒子等、他種の対象（オブジェクト）を見るため、同様の装置が用いられる。その目的のため、顕微鏡は光学レンズ（対物、接眼）、光源及び少なくとも１つのセンサを含む。研究者等が日々用いる顕微鏡は高価であり、特にそれ等の立体的嵩のため制限的なことが多い。一般にいってそれらはある期間に亘って又は所定の瞬間々々で画像を連続的に生成することができない。
【０００３】
現在考えられている小型化方法の１つは顕微鏡の拡大レンズを省き、光センサの感受面に作られる陰影又は回折像の画像を生成することである。光センサに接する観測オブジェクトの陰影又は回折像により形成される画像はフォトグラムと呼ばれる。２つの極近接ディスクを区別する能力として定義される先験的解像度は、この種の系では、画素の大きさ及びオブジェクトと光センサ間の距離によって制限される。通常の顕微鏡では、オブジェクトのレンズ系における回折によって制限される。
【０００４】
次のようなシステムが存在する。 光センサのマトリクスと、光センサマトリクスに対向し、且つサンプル支持面を画成する第１の薄片と、光センサマトリクスと第１の薄片間に配置された光学素子の１組（セット）から構成され、該光学素子のセットをマイクロレンズのマトリクスとし、各マイクロレンズ（３４）が光センサマトリクス（２４）の各光センサ（２６）の上方に位置するようにしたサンプル画像化システムである。
【０００５】
だが、斯かる画像化システムにより得られる画像は、分析すべきサンプルの細胞が粘着性の場合、形態（モフォロジ）又は形状を示さない。実際、細胞は懸濁又は付着物かで同一課題に対応しない、即ち細胞は培養液とのコントラストが、屈折率近似のため、低いオブジェクトである。細胞の付着時に、細胞は形状が平ら又は細長く、このことが細胞の画像化をよりし難くしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は細胞、特に粘着細胞を画像化でき、細胞を見つけ出し、識別でき、細胞を計数し、それ等のモフォロジを分析できる、より小型の装置を提案することにある。この寸法のより小型化された装置は、培養器へのその直接挿入を可能にし、サンプルの細胞の増殖を許容するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のため、本発明は上記種のサンプル画像化システムに関し、上記光学素子の１組（セット）がマイクロレンズのマトリクスと第１の薄片間に配置された光学媒体を含み、該光学媒体の屈折率が実質的に１とマイクロレンズの屈折率の間にあり、サンプル支持面とマイクロレンズの頂点間の、光センサの光学軸に沿って測定される距離が実質的に０〜１５００ｎｍとなるようにして上記システムが成ること特徴とする。
【０００８】
特定の実施態様によれば、サンプル画像化システムは以下の特徴の１つ以上を含んで成る：
‐サンプル支持面とマイクロレンズ頂点間の、光センサの光学軸に沿って測定される距離が、空気中で測定されるマイクロレンズの焦点距離をＦ，光学媒体の屈折率をｎとしたとき、−１５０×Ｆ×ｎ＋４００×Ｆ以下に、且つ光学媒体の屈折率が実質的に１〜１．６４となるようにする；
‐それがサンプルを照射する目的の光源を含み、該光源がサンプルの上方に配置され透過画像を生成するようにする；
‐それがサンプルを照射する目的の光源を含み、該光源が画像化システムの第１の薄片に光を、画像化システムの光学軸に垂直に照射するように配置される；
‐光源が２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光照射を可能とする；
‐光源を白色光とする；
‐光学媒体を液体とする；
‐画像化システムが上記液体及びサンプルを含有するキュベットを含む；
‐第２の薄片を、サンプルが第１の薄片と第２の薄片間に位置するように配置する；
‐第１の薄片のサンプル支持面を光センサのマトリクスに対向して配置する；
‐第１の薄片がスライドと、スライドに平行して着脱可能な、且つサンプルの支持面を画成する薄片とを含む；
‐画像システムがサンプル支持面とマイクレンズ頂点の間の、光センサの光学軸に沿って測定される距離を調整する手段を含む；
‐第１の薄片が複数のマイクロ室又はマイクロチャンネルを含む；
‐光センサが生体発光、化学発光又は蛍光による２００ｎｍ〜８００ｎｍの発光光を検出可能とする；
‐サンプルが細胞を含み、マイクロレンズに付随する光センサを、細胞が第１の方向に少なくとも２つの隣接する光センサによって覆われ、第２の方向に他の２つの隣接光センサによって覆われるように配置する；
‐各マイクロレンズの開口径が細胞の最小横方向寸法より少なくとも２倍小さく、２つのより近接する隣接マイクロレンズの光軸間の距離がマイクロレンズ１つの開口径の少なくとも３０％より小さく、マイクロレンズ１つの開口径がマイクロレンズを形成する平ジオプターと凸ジオプターの交差部の径であり、細胞の最小横方向寸法が細胞の重心を通り、サンプルの支持面（２８Ａ）に平行する面で測定される細胞の最小寸法となるようにする；
‐各マイクロレンズの開口径を実質的に０．７〜１０μｍとする。
【０００９】
斯くして、この小型化画像装置はある期間に亘って、又は所定時間内に細胞画像を連続的に生成して、細胞の繁殖を定量化でき、それ等の移動を個々に監視でき、それ等の経路及び速度を推測でき、細胞の分割を検出し、関係を定義でき、モフォロジの変化を示して定量化でき、目的とする細胞事象（希有事象、等）を特定することができる。
【００１０】
本発明はまた、サンプルを検出及び特性決定するための装置であって、上記のような画像化システムと、電子制御器と、画像化システムの制御を目的とするコンピュータシステムとを含むようにして成ることを特徴とする装置に関する。
【００１１】
具体的実施態様によれば、サンプルを検出及び特性決定するための装置は以下の特徴の１つ以上を含む：
‐それが電子制御器によって並列操作される、上記のような画像化システム少なくとも２つを含む；
‐第１の薄片が隣接する画像化システム少なくとも２つによって共有されるようにする；
‐画像化システムとサンプルが設置される培養室を含む。
添付図面を参照して、単に例示として提示される以下の記述の読解から、本発明のより以上の理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従ってサンプルを検出及び特性決定するための装置の概略図である。
【図２】本発明に従ってサンプルを検出及び特性決定するようにした画像化システムの光学系の断面における概略図である。
【図３】本発明による画像化システムの光学系の異なる実施態様の断面概略図である。
【図４】本発明による画像化システムの光学系の異なる実施態様の断面概略図である。
【図５】本発明による画像化システムの光学系の異なる実施態様の断面概略図である。
【図６】本発明による画像化システムのもう１つの実施態様の概略図である。
【図７】本発明に従って画像化システムの光学系に組み込まれる、マイクロ流体システムを含んだ薄片の概略図である。
【図８】本発明に従って画像化システムの光学系に組み込まれる、マイクロ流体システムを含んだ薄片の概略図である。
【図９】は本発明に従って１つ以上のサンプルを検出及び特性決定する装置の他の実施態様３つの中、第１実施態様の概略図である。
【図１０】は本発明に従って１つ以上のサンプルを検出及び特性決定する装置の他の実施態様３つの中、第２実施態様の概略図である。
【図１１】本発明に従って１つ以上のサンプルを検出及び特性決定する装置の他の実施態様３つの中、第３実施態様の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明はサンプル４を検出及び特性決定する装置２に関し、その一実施態様を図１に示す。サンプル４には、特性（モフォロジ、寸法等）を調べるため検出及び測定される対象（オブジェクト）５が含まれる。対象５はマイクロメータサイズの対象（細菌、酵母菌、真菌類、花粉、藻類、リポソーム等）で、好ましくは細胞である。
【００１４】
装置２はサンプル４の検出及び特性決定を目的とする画像化システム６少なくとも１つと、画像化システム６を制御できる電子制御器８を含む。電子制御器８は、画像化システム６を固定でき、例えばそれが接続プラグを含む場合、それを差し込める支持部を含む。画像化システムについては詳細に後述する。
【００１５】
装置２はまた、電子制御器８に接続される、それを操作する目的のコンピュータシステム１０を含む。
コンピュータシステム１０は電子制御器８を操作する情報の入力、及びサンプル４に関する情報の表示を目的とするマンマシーンインターフェース１２を含む。
コンピュータシステムはまた、画像の処理を実行できる計算ユニット及びサンプルの取得画像を記録する記憶ユニットを含む。
【００１６】
装置２は培養室又は培養器１４と、培養室内部のＣＯ２レベル、湿度及び温度を監視及び調整する手段１６を含む。例えば、培養器１４は既知の方法で１立方メートル近傍の大きさに作製する細胞生物学用の標準的培養器であり、場合によっては画像化システム６を数個含んでも良く、或いは培養器が一画像システム６の大きさに合わせて小型化したものでも良い。後者の場合、装置２は例えばサンプル収集位置近くでの使用のため、容易に移動可能となる。
【００１７】
画像化システム６、電子制御器８及びサンプル４は培養室１４の内部に配置される。
【００１８】
画像化システム６はサンプル４の分析を目的とする光学系１７を含む。好ましくは、画像化システム６はサンプル４を照射する目的の光源１８少なくとも１つを含み、サンプル４は光源１８と光学系１７の間に配置される。
【００１９】
光源１８はサンプルの透過画像を生成すべく光学系１７とは反対側の、且つ光学系１７から、調整された間隔の、例えば数センチメートル離れたところに位置付けられる。光源１８は光学系１７の垂直位置に設けられる。
【００２０】
一代替例によれば、光源１８は光学系１７の垂直位置に対して斜めに、例えば光学系１７の回りの円の円弧に応じて数センチメートル離れて設けられる。
【００２１】
更に、光源は２０°より小さい、例えば１０°の臨界光角度で僅かに平行化又は全く非平行化される。
【００２２】
それにもかかわらず、操作者の必要によっては、また既知の方法において、光源はレンズ系、ダイアフラム及び／又はフィルタ、方向性の有無、多色系か淡色系か、極性化の有無、長期的か周期的かに応じて平行化することができる。
【００２３】
光源１８は２００ｎｍ〜８００ｎｍから成る、即ち可視及び／又は近紫外（ＵＶ）領域で発光する波長の光を照射できる。好ましくは、白色光、即ち連続波長スペクトル、特に可視域（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）で発光する光である。
【００２４】
光源１８は例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、例えば白色ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、白熱電球、又はＣｒｅｅ社（Durham, USA）により市販されているＸＬａｍｐ等の発光シート又はフラットＬＥＤから成る。
【００２５】
一代替例によれば、光源１８はＫｏｅｌｈｅｒ式の照明装置、即ち光学顕微鏡に通常用いられ対象又はサンプルを照射する画像システムを含む。
【００２６】
光源１８を制御する手段２０が装置２に組み込まれ、コンピュータシステム１０に接続される。
【００２７】
一代替例によれば、光源１８は光学系１７の上方に位置付けられ、操作者又はコンピュータシステムにより監視される特定の角度（照射角）でサンプルを照射するようにする。
【００２８】
光源１８は対象又はサンプルを、操作者又はコンピュータシステムにより特定される強度で、及び／又は時間中に、及び／又は瞬時に照射する。
【００２９】
操作者の必要によっては、光源１８は数個のサンプルで共有しても良く、単一サンプルのみを照射するようにしても良い。
【００３０】
次に、本発明による、サンプル４を検出及び特性決定する装置の動作を説明する。
【００３１】
サンプル４を研究及び分析するため、操作者はそれを画像化システムに配置する。画像化システムは６、例えば光学系１７を電子制御器８の支持部に差し込むことによって、電子制御器８に接続される。
【００３２】
要すれば、光学系１７、サンプル４、電子制御器８及び光源１８から成る組立体が培養室１４に設置され、特に細胞個体群を正常に繁殖できるようにする。培養器１４は温度及びＣＯ２レベルを調整し、操作者により予め調節された、監視による高湿度レベルを維持する。
【００３３】
更に、この組立体（光源１８、サンプル４及び電子制御器８を含む画像化システム）は好ましくは暗室に設置され、周囲光に関係する寄生ノイズを低下させる。
【００３４】
次いで、操作者はマンマシーンインターフェース１２を介して情報を入力して、光制御手段２０を介して光源１８を調整し、電子制御器８を介して画像化システム６の光学系１７を操作する。このように、操作者はコンピュータシステム１０を用いて、光源１８を含む画像装置６を検査する。
【００３５】
動作中、光源１８はサンプル４を照射する。サンプル４の透過する光信号（フォトン）は画像化システム６の光学系１７によって電気信号に変換される。次いで、電気信号は電子制御器８によってコンピュータシステム１０に伝送される。
【００３６】
光学系１７によって得られる画像化システム６のデータは、コンピュータシステム１０の記憶装置に記録される。次いで、計算装置はデータから、サンプル４の細胞５の画像又は画像シーケンスを再構築する。実際、本装置は既知の方法にて動的事象を記録するが、これをサンプルの透過中に検出される光信号の強度を得るのみならず、連続収集（ビデオモード）を実行してフィルムを得るか、又は画像を正規間隔（フォトモード）で取得して一連の画像を得て行う。
【００３７】
最後に、操作者はマンマシーンインターフェース１２を介して、画像又は画像シーケンスの他の処理を実行する計算装置を制御して、サンプル４の特性を決定する。例えば、計算装置はサンプルの細胞５を空間的に識別、それ等のモフォロジ及び／又は蛍光信号及び／又は特定ルミネセンスの分析に基づいて細胞５を識別、細胞を計数、それ等の位置とそれ等の前位置との比較、各細胞の移動軌跡及び速度を記録、細胞の繁殖を定量化、各細胞のモフォロジ特性（各細胞で覆われる面積及び周長、各細胞の円対称判断基準、断面形テクスチャ）決定、個々の細胞又は細胞集団のモフォロジ変化を表示、画像を分割して細胞間の接合を追跡及び隣接細胞の数を計算、細胞分割又は細分化又は石灰質バースト等の目的の事象を検出、関係を定義及び／又は細胞内のオルガネラ（細胞核等）の位置決定することができる。更に、例えば実験毎に背景が白色の光（寄生光）及び背景が暗色の光（暗流）で画像を生成することにより、背景ノイズを除去することができる。また、画像の全部または一部に細胞培養物のフィルムを再構築することもできる。
【００３８】
発光、例えば生体発光又は化学発光する細胞４のもう一つの実施態様によれば、光源１８無しに装置２を用いることができる。その場合、全暗中（暗室内）で分析がなされねばならない。ルミネセンスの強度は操作者によって特定の時間、積分され、測定の強度を増大するように、例えばルミネセンス積分時間を５分とする。
【００３９】
図２はサンプル４の検出及び特性決定を目的とする画像化システム６の光学系１７の概略的断面図である。例えば、サンプル４は公知の手法で培養媒体に接着された対象、例えば細胞５、好ましくは水性媒体に接着された生物細胞から成る。
【００４０】
画像化システム６の光学系１７は規則的に配置された光センサ２６のマトリクス２４を含み、各光センサ２６の感光部は例えばシリコンから成る。
【００４１】
光学系１７はまた、光センサ２６のマトリクス２４に対向して配置され、サンプル４の支持面２８Ａを画成する第１の透明薄片２８を含む。
【００４２】
好ましくは、第１の薄片２８には、適宜のタンパク質、好ましくは細胞外マトリクスのタンパク質、例えばフィブロネクチンを用いる、又は酸素プラズマを用いる機能化方法による既知の仕方でサンプル４の支持面２８Ａ上での細胞２２の捕捉及び／又はその粘着に利する、特定の表面処理が施されている。
【００４３】
更に、もう１つの表面処理、例えば面に疎水性を付与するポリリシン―ＰＥＧ（ポリリシン―ポリエチレングリコール）を用いた表面処理をして、サンプル支持面である面２８Ａと反対側の面２８Ｂ上の付着を防止する。
【００４４】
例えば、細胞２２の支持面２８Ａには細胞の粘着を増大する表面処理が施され、他の面２８Ｂには細胞２２の付着を低下又は皆無にする表面処理が施される。
【００４５】
例えば、第１の薄片２８は細胞培養物の支持体をしての役割を果たす。
【００４６】
第１の薄片２８は光透過性の点で高品質のものであり、例えばガラス又はポリスチレンから成る。
【００４７】
画像化システム６の光学系１７はまた、光センサ２６のマトリクス２４と第１の薄片２８間に配置された光学素子の１組（セット）３０を含む。
【００４８】
光学素子のセット３０はフォトセンサマトリクス２４に対向及び接して位置付けられた分離素子３７と、分離素子３７と第１の薄片２８間に配置されたマイクロレンズ３４のマトリクス３２を含む。
【００４９】
マイクロレンズ３４のマトリクス３２は光センサ２６のマトリクス２４の上方に位置付けられ、各マイクロレンズが光センサマトリクス２４の各光センサ２６の上方に位置するようにする。このようにして、各マイクロレンズ３４には各光センサ２６が付随するようにする。各マイクロレンズ３４の光軸は実質的に、各光センサ２６の光軸と１つになる。
【００５０】
例えば、マイクロレンズ３４の光軸と光センサ２６の光軸は僅かにオフセットしても良く、このオフセット（角度又は距離の）は２０％以下とする。このオフセットは、マイクロレンズマトリクスを光センサマトリクスに同軸にする困難の結果として不作為的な場合と、斜め入射光ビームをマイクロレンズに向かって方向を変えるような故意の場合の何れかである。
【００５１】
分離素子３７は１つ以上の光透過性材料、例えばフィルタ群又は不動態化層から形成される。
【００５２】
分離素子３７の機能は光センサ２６のマトリクス２４をマイクロレンズ３４のマトリクス３２から間隔を置いて光半径が光センサに向かって集中されるか焦点化されるようにすることである。
【００５３】
光学素子のセット３０はまた、マイクロレンズマトリクス３２と第１の薄片２８間に配置され、屈折率がｎである第１の媒体３６を含む。第１の光学媒体３６は各マイクロレンズ３４の焦点距離を変更することを目的とする。実際、屈折率ｎの第１の媒体３６における各マイクロレンズ３４の焦点距離は
Fn＝（(nlens−nair)／(nlens−n)）×F
であり、ここでＦは空気中で測定される各マイクロレンズの焦点距離である。
【００５４】
第１の光学媒体３６の屈折率は実質的に１と、マイクロレンズ３４の屈折率の間にある。好ましくは、媒体３６はゲル又は液体、例えば油である。
【００５５】
画像化システム６の光学系１７はまた第２の薄片４０を含み、第２の薄片４０は細胞２２が２つの薄片２８、４０で区切られる第２の媒体４２内、第１の薄片２８と第２の薄片４０間に位置するように配置される。
【００５６】
好ましくは、第２の薄片４０には表面処理が、第１の薄片２８に付き記載したのものの中からなされるようにする。
【００５７】
第２の媒体４２は液体、例えば、通常ではＤＭＥＭ（Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium）又はリン酸緩衝類溶液（ＰＢＳ）等の食塩水等の、細胞培養し易い生物液体から成る。
【００５８】
第２の媒体の液位は、該媒体がサンプル４の支持面２８Ａと対象２２を覆うようにするものである。
【００５９】
一実施態様によれば、第１の媒体３６を第２の媒体４２と類似の液体とする。
【００６０】
画像化システム６の光学系１７は、光学素子のマトリクス３０、第１の薄片２８及びサンプル４が設置され第１の媒体３６及び／又は第２の媒体４２の液体又はゲルを液密に収容するキュベット３８を含む。
【００６１】
キュベット３８の底部は光センサ２６の面と一致するようにして良い。例えば、キュベット３８は底部にて貫通する光センサ２６のマトリクス２４に接着され、生体適合性接着剤による封止を効かすようにする。
【００６２】
画像化システム６の光学系１７はまた、第１の媒体３６と第２の媒体４２が異なる場合、一方を他方から分離できる分離手段４３を含む。この分離手段４３はキュベット３８の壁又は第１の薄片２８に固定される。
【００６３】
もう１つの代替例によれば、第１のスライド２８と第２のスライド４０間の、光軸Ｚに沿って測定される距離を調整して既知の方法でスライドと薄片間のサンプル４の所定配置を得るようにする。この配置では、第２の薄片４０がサンプル４と接触している。
【００６４】
第２の薄片４０は有利には、第２の薄片４０を通してガス交換させることができ、且つ／或いは第２の薄片４０を通して第２の媒体４２の一部、例えば培養液とサンプル４が蒸発するのを防ぐことができる。
【００６５】
光学系１７はまた、第１の薄片２８のサンプル支持面２８と、第１の薄片２８に対向して配置される光センサ２６面との間の、光軸Ｚに沿って測定される距離を調整する手段４４を含む。
【００６６】
好ましくは、この調整手段４４は圧電性セラミック少なくとも１つを含む。調整手段４４はキュベット３８の底部又は縁部又は光センサ２６のマトリクス２４の支持部に機械的に固定しても良い。
【００６７】
もう１つの代替例によれば、第１の薄片２８は機械的、静電的、磁気的又は同等の手段により画像化システム６のキュベット３８の壁に一定の高さで固定される。
【００６８】
第１の薄片２８、従ってサンプル４及び対象５、好ましくは粘着細胞を、操作者の必要によって、例えばサンプルの別の機器での特性決定のため、又はサンプルの付加的処理（乾燥、蛍光体でのマーキング等）のため、画像化システム６の光学系１７から着脱可能である。第１の薄片２８及びサンプル又は対象はまた、画像化システム６内で再配置可能である。
【００６９】
次に、本発明のよる画像化システムの動作を説明する。
【００７０】
上記装置２によるサンプルの分析方法において、製造者又は操作者は画像化システムの分離素子３７と第１の薄片２８をそれ等の光学特性（材料、屈折率、厚み等）及び望まれる使用・用途に従って予め選ぶ。
【００７１】
次いで、マイクロレンズ３４のマトリクス３２はマイクロレンズ３４の存在、特に各マイクロレンズ３４の性質（屈折角）及び形状（曲り半径）により制御される光センサ２６の受光コーン傾斜角を考慮して選ばれる。
【００７２】
各マイクロレンズ３４は平ジオプター及び凸ジオプターから成る。サンプルに対向する、マイクロレンズの上面が、球面状のボウルにたとえ得る凸ジオプターである。好ましくは、マイクロレンズはポリスチレン、ポリアミド、ＡＺ４５６２フォト樹脂又は同様の材料、ポリジメチルシロキサン、ＳＵ−８，シリカ、亜リン酸ケイ酸硼素ガラス（ＢＰＳＧ）又はポリメチルメタアクリル酸塩（ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート等の透明熱可塑性材料から成る。
【００７３】
各マイクロレンズ３４の焦点距離はマイクロレンズと、下にある付随光センサとの間の光学的クロスカップリング現象を制限するように２５μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満である。
【００７４】
好ましくは、各マイクロレンズの開口径は細胞の最小横方向寸法より少なくとも２倍小さい。細胞の最小横方向寸法は、その重心を通る細胞の、画像化システムの光軸に直角な面、即ち細胞を支える薄片の面２８Ａに平行な面で測定される最小寸法である。
【００７５】
更に、２つのより近い隣接マイクロレンズの光軸間の距離は好ましくは、マイクロレンズの開口径の少なくとも３０％未満である。ここで、マイクロレンズの開口径とは、マイクロレンズを形成する平ジオプターと凸ジオプターの交差部分の径である。
【００７６】
マイクロレンズ３４に随伴する光センサ２６は対象、好ましくは細胞が隣接する光センサ少なくとも２つによって第１の方向に、隣接する他の光センサ少なくとも２つによって第２の方向に覆われるように配置される。
【００７７】
かくして１つの細胞の画像は隣接する光センサの少なくとも２×２マトリクスによって作られる。
【００７８】
例えば、径が実質的に２０〜３０μｍの細胞等の対象を画像化するため、各マイクロレンズの開口径は０．７〜１０μｍである。これ等の値により、細胞の同一部分が隣接する２つの光センサの光強度に貢献するようになるとしても、対象の画像における不連続性が回避できるようになる。細胞の良質な画像を得るためには、対象を過剰サンプリングする方が過小サンプリングするより好ましい。
【００７９】
斯くして、各細胞は画像で面毎に少なくとも２画素、好ましくは少なくとも６画素によって表され、細胞の画像に関する後段のコンピュータ処理を容易にする。多数の画素によって表される細胞が多ければ多いほど、画像のコンピュータ処理中に為されるコントラスト改良、フィルタリング及び強度閾値化操作が実際のものにより一致するようになる。
【００８０】
例えば、２つのより近い隣接マイクロレンズの光軸間の距離は開口径１０μｍのマイクロレンズでは３．０μｍ未満、開口径３．０μｍのマイクロレンズでは９００ｎｍ未満、開口径７００ｎｍのマイクロレンズでは２１０ｎｍ未満である。
【００８１】
次いで、製造者又は操作者はマイクロレンズ３４の焦点距離、従って光センサ２６の受光角を変更するため、第１の媒体３６をその屈折率の関数として選ぶ。実際、光ビームは第１の媒体３６と各マイクロレンズ３４間の光学的界面でデカルトの法則に従って偏光する。斯くして、第１の媒体３６の指数は光センサの受光コーンの角度の調整を可能にする。
【００８２】
より詳しくは、第１の媒体３６の屈折率を選ぶことによって、隣接又は近接光センサの受光コーンの交差部の位置が制御される。斯くして、媒体３６の屈折率ｎを増大することによって、光センサ２６の受光コーン傾斜角は増大、従って隣接光センサの受光コーンの交差部の位置は減少され、その逆もまた同様である。
【００８３】
例えば、屈折率１．６１のポリスチレンから成るマイクロレンズ３４では、光センサ２６の受光コーンを拡大するのに、当初空気（ｎ＝１．０００３）である媒体３６を屈折率１．５５であるオイルで交換すれば十分である。
【００８４】
第１の媒体３６の屈折率は実質的に１と、マイクロレンズ３４の屈折率の間、好ましくは１と１．６４の間にある。
【００８５】
実際、どんな作用物質も、光センサのマトリクスとサンプル間に位置付けられると、光センサも受光コーンの変更に加わる。これは特に、分離素子３７と第１の薄片２８に付いて云える。後者の場合、光ビームは第１の薄片２８と第１の光学媒体３６の光学的界面でデカルトの法則により偏光される。その結果、第１の薄片の選択は光センサの受光角をも調整する。それにもかかわらず、それはその光学的品質（高透過性）のためにも選ばれ、対象５、好ましくは画像化すべき粘着細胞２２を支持するのに用いられる。
【００８６】
次いで、調整手段４４により、第１の薄片２８のサンプル４の支持面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点との間で光軸Ｚに沿って測定される距離が調整され、その結果として第１の媒体３６の厚みも同様になされる。この距離は０〜１５００μｍ、好ましくは１００〜５００μｍである。
【００８７】
好ましくは、この距離は−１５０×Ｆ×ｎ＋４００×Ｆ以下、ここでＦは空気中で測定されるマイクロレンズ３４の焦点距離、ｎは第１の光学媒体３６の屈折率である。
【００８８】
Ｈは第１の光学媒体３６の、マイクロレンズに対向する、第１の薄片２８の面とマイクロレンズの頂点の間の、光軸Ｚに沿って測定される距離を表す。距離Ｈを調整することにより、操作者が細胞５の詳細として何を観測したいかにより細胞５の、好ましくはサンプル４に粘着された細胞２２の、程度の差はあれ明瞭及び又はコントラストのある画像を得ることができる。
【００８９】
実際、対象５と光センサの面間の距離Ｄを変えると結果として次のことがもたらされる：
― 対象の画像の寸法又は拡大倍率の変更、即ち一定数でない隣接光センサに亘って拡開する。：対象が光センサ２６のマトリクス２４から遠くなればなるほど、対象はより多数の光センサ２６によって画像化され、従って対象はより大きく最終生成画像に現れる。
― 対象５、好ましくは粘着細胞２２の回折輪郭が所定高さから見せる。表面に近接すると、対象の輪郭上の回折パターンは、回折パターンが単一光センサ上に集まるので、現れない。このため、回折パターンの空間的詳細を明らかにすることができない。表面から徐々に離れると、対象の輪郭上に回折パターンは光センサに近接して２、３、４等と拡がり、より良く観測されるようになる。それにもかかわらず、表面から余りに遠くでは、回折パターンは過度に多数の光センサ上に拡散する（対象の点の画像が２００を超える光センサに亘って広がると、対象の使用可能な画像を成立させることができなくなる）。
― 対象の輪郭のコントラストの変更。
【００９０】
第１の薄片２８の面２８Ａ及び２８Ｂを最適化して、回折、拡散及び分散効果を強化し、細胞２２の輪郭が見えるようにすることができる。
【００９１】
画像システム６の光学系１７の、図３に示す第２の実施態様において、第１の面２８Ａは光センサ２６のマトリクス２４に対向して位置付けられ、細胞、好ましくは第１の薄片２８の面に付着した細胞５を含むサンプル４は従って、第１の薄片２８とマイクロレンズ２６のマトリクス２４の間に配置される。
【００９２】
この実施態様によれば、画像化すべき対象とマイクロレンズの頂点間の距離を調整するに、第１の薄片２８の厚みを無視することができる。この構成には、対象２２とマイクロレンズ３４間の距離を極めて微小、好ましくは実質的にゼロにし、画像を光センサ２６に近づけると云う利点がある。
【００９３】
図４に示す第３の実施態様によれば、第１の薄片２８はマイクロレンズ３４の頂点上に設置される。マイクロレンズの頂点と第１の薄片２８の、マイクロレンズに対向する面２８Ｂ間の距離Ｈはその場合、ゼロである。
【００９４】
その場合、サンプル支持面２８Ａとマイクロレンズ頂点間の距離を調整することは、サンプル支持面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点間の、光センサ２８の光軸に沿って測定される距離が実質的に０〜１５００μｍ、好ましくは１００〜５００μｍとなるように第１の薄片２８の厚みＥを選ぶことである。
【００９５】
それにもかかわらず、第１の媒体３６がマイクロレンズ３４と第１の薄片２８間の隙間になお存在し、従って光センサ２６の受光コーンになお作用することに注意すべきである。
【００９６】
図５に示す第４の実施態様によれば、第１の薄片２８は厚みＥ１のスライド４５とスライド４５と並行して着脱可能で、サンプル支持面を規定する厚さＥ２の薄片４６から成る。厚みＥ１とＥ２の合計は従って、第１の薄片２８の厚みＥに等しい。この代替例は第１の薄片２８と、予め調整されたマイクロレンズ３４の頂点間の距離Ｈを変更せずにサンプルを移動し易くする。
【００９７】
例えばガラスから成る第２の薄片４０の存在は蛍光における使用の場合には、蛍光物質又は量子ドットを画像化するのに必要である。この実施例では、第１及び第２の薄片２８、４０は好ましくは光学フィルタである。
【００９８】
この使用では好ましくは、励起光源となる光源１８は単色のものである。
【００９９】
第２のフィルタ４０は励起波長が第１のフィルタ２８によって濾過されれば必要ではない。例えば、第２の薄片４０を無くし、第１のガラス薄片２８をフィルタとして用いることによって、ガラスの紫外（ＵＶ）における吸収が励起光をそれがＵＶにあれば濾過する。第２の例は、面２８Ａ又は面２８Ｂが、誘電体積層（stack）から成り、励起波長を吸収する濾過積層（stack）で覆われた第１の薄片２８から成る。
【０１００】
一代替例によれば、画像化システム６の光学系１７には、光センサ２６のマトリクス２４とマイクロレンズ３４のマトリクス間に位置するフィルタ、又は専用フィルタのアレイが含まれる。例えば、このフィルタ又はフィルタアレイは分離素子３７に組み込まれる。このフィルタは、少なくとも２つの異なる波長による同一サンプル５の特性決定のため、隣接マイクロレンズの下で異なっているもので良い。
【０１０１】
もう一つの代替例によれば、第２の薄片４０は、光源１８の、画像に歪みを生ずるコリメーション系の欠如を補償する方向フィルタである。
【０１０２】
図６に示すもう一つの実施態様によれば、光源１８はサンプル４又は対象２２を薄片の内側から照射するように光を光軸Ｚに直角に、第１の薄片２８に通すように配置される。
【０１０３】
もう一つの代替例によれば、薄片２８、４０の何れかが偏光子であるか、薄片２８，４０何れもが交差偏光子である。第１の場合、光源１８は偏光を直線的に発する。例えば、光源１８は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。第２の場合、光源１８は偏光励起光を発せず、励起光はその場合第２の偏光子４０によって偏光される。何れの場合にも、励起光は第１の偏光子２８によって停止され、サンプル４から到来する蛍光放射光が偏光され、第１の偏光子２８によって伝達される。この構成では強度は低いが、信号／ノイズ比は励起光の直接伝達に対して増大する。好ましくは、第２の偏光子４０は空気／液体界面での励起光の減偏光を回避するため、第２の媒体４２を構成する液体に直接、接している。
【０１０４】
図７に示すもう一つの実施態様によれば、第１の薄片２８は、互いに連通して又はしなくて良い複数のマイクロ室又はマイクロチャンネル（又は井戸）４８を含む。マイクロ室４８は好ましくはマトリクスとして配置され、例えばマイクロ室４８は第１の薄片２８に形成又は蝕刻される。第１の薄片２８の面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点間の距離の調整に参加する厚さＥはその場合、マイクロ室４８の底部と第１の薄片２８の面２８Ｂ間の、光軸に沿って測定される距離である。
【０１０５】
図８に示す代替例によれば、マイクロ室４８は前記着脱可能薄片４６の厚みＥ２全体に形成され、第１の薄片２８の面２８Ｂとマイクロレンズ３４の頂点間の距離調整に参加する厚さはその場合、スライド４５の厚みＥ１である。
【０１０６】
一代替例によれば、複数のマイクロ室４８は、流体、例えばサンプル４を、画像化システム６の光学系１７に組み込まれる流体駆動手段を用いて流動させる目的の、サンプルのための複数の流動部又はマイクロチャンネルを形成する。既知の方法では、この駆動手段はマイクロポンプ、マイクロバルブ等である。
【０１０７】
マイクロ室４８又はマイクロチャンネルは、例えば画像化システム６の光学系１７に関して観測を並行することによるスクリーニングを実行するために用いられる。既知の方法において、並行観測により実験の再現、数個の細胞種及び/又は細胞密度の調査、空間構成、試薬濃度、培養条件の変更等が可能になる。
【０１０８】
次いで、各マイクロ室４８又はマイクロチャンネルから到来する光学信号を記録して、各マイクロ室４８又はマイクロチャンネルの画像を再構築する。
【０１０９】
有利なことに、各マイクロ室４８又はマイクロチャンネルの画像は、通常の光学顕微鏡透過でなされる観測とは反対に、各井戸又は調査対象部４８の下面全体に対応する。
【０１１０】
並行調査を実行することを目的とするもう一つの実施態様を図９に示す。装置はその場合、同一電子制御器８により操作される複数の画像化システム６を含む。その場合、コンピュータシステム１０は各画像化システム６から到来する信号を同期して又は交互に管理する。
【０１１１】
もう一つの代替例によれば、装置は数個の電子制御器８によって並列に操作される複数の画像化システム６を含む。限定された数の電子制御器８を用いることにより、本発明による画像化システムとコンピュータシステム１０間のインターフェース機能を集中化することができる。
【０１１２】
好ましくは、これ等画像化システム６は単一の電子回路８に設けられ、且つ／或いはハウジング内、又はラック上に組み立てられて、操作者による取扱を簡単にし、培養器１４内の装置により取られる空間を制限する。
【０１１３】
図１０及び１１に示す２つの実施態様によれば、第１の薄片２８は夫々、細胞培養を目的とする井戸プレート又は瓶の底壁である。
【０１１４】
有利には、細胞培養用井戸プレート（又はマイクロプレート）及び瓶の壁は滅菌され、細胞の粘着に利する表面処理、例えば細胞外マトリクスのタンパク質の付着又は酸素プラズマ処理がなされる。滅菌及び表面処理はこれ等支持体上、特に対象５の支持面２８Ａ上の細胞、好ましくは粘着細胞の拡がりと成長を向上する。
【０１１５】
図１０に本発明による、サンプルを特性決定及び検出する装置の実施態様を示す。ここで、第１の薄片２８は井戸プレート又はマイクロプレートの底部である。
【０１１６】
マイクロプレート５０は台板５２、複数の井戸５６を有する支持部５４及び蓋５８を含む。蓋は支持部５４上に設置され、そしてまた支持部は台板５２上に設置される。蓋はサンプル４、特に細胞培養媒体の蒸発を防止する。
【０１１７】
マイクロプレート５０の支持部５４は下方延長部６８を含む。下方延長部６８を有する支持部５４の全高さは井戸５６の高さより大きい。斯くして、下方延長部６８はマイクロプレートの台板５２に対して井戸５６の底部６０を、例えば少なくとも１ｍｍ引き上げることができる。井戸５６の底部６０と台板６０間のこの利用可能な空間は画像化システム６及び電子制御器８のためのものである。
【０１１８】
更に、マイクロプレート５０の支持部５４の下方延長部６８の４つのコーナー部はカーブ半径３．１８±１．６ｍｍで丸みが付けられており、マイクロプレート５０の操縦ロボットがマイクロプレート５０をこれ等コーナー部で把握できるようにする。
【０１１９】
装置はまた、本発明による画像化システム６を複数含んで、異なる井戸５６に含まれるサンプルに付き並行調査を実施できるようにする。
【０１２０】
この実施態様においては、各画像化システム６の第１薄片２８はマイクロプレートの支持部５４の下に置かれる画像化システムの全部により共有される。対象５、好ましくは粘着細胞２２を支持する目的の第１薄片２８の面２８Ａはマイクロプレート５０の壁１組の底部６０を形成する。底部６０は好ましくは平坦、且つサンプル４の対象５によって送られる光線に対して透過性である。
【０１２１】
この目的のため、第１薄片２８はガラス又はプラスティックから成り、生物医学的装置等で用いられるクラス６ＵＳＰ接着剤等の生体適合性接着剤を用いて井戸５６の下に接着され、井戸５６の底部６０を形成するようにする。
【０１２２】
計量マーキングが井戸５６の底部６０を形成する第１薄片２８に、好ましくはマイクロレンズと対向するその下面２８Ｂに付着又は蝕刻される。計量マーキングは好ましくは線厚み４μｍの、ミリメートル毎に離隔された３０μｍの十字標である。これ等マークは生成画像上に現れる。計量マーキングは細胞の寸法を測定するための基準スケールを提供し、そしてコンピュータシステム１０を用いる画像処理動作中の画像の再度フレーム化を容易にする。
【０１２３】
井戸５６の底部以外のマイクロプレート５０の壁（台板５２、支持部５４、井戸５６の壁及び蓋５８）はポリスチレン又はポリプロピレンから成る。
【０１２４】
更に、これ等の壁の全部又は一部はサンプル４の対象５によって送られる光線に対して透過性である。その場合、マイクロプレート５０とマイクロプレート５０の下部に組み立てられる画像化システム６は暗室に設置され、外部光からの妨害を防止する。
【０１２５】
一代替例によれば、これ等壁の全部又は一部は黒色又は白色で不透明である。既知の方法では、不透明及び白色壁を有するマイクロプレートは特にルミネセンス実験に用いられる。
【０１２６】
好ましくは、マイクロプレート５０の壁は第１薄片２８を除いて、不透明及び黒色とし、外部光妨害を防止する。この第１薄片２８はサンプルの対象５によって送られる光線に対して透明性であり、例えばガラス又はプラスティックから成る。
【０１２７】
壁が不透明で黒色のとき、対象５の画像化のため蓋５８で覆ったマイクロプレート５０を、暗室内に置く必要はない。実際、蓋５８をしたマイクロプレート５０は暗室として作用する。そのようなマイクロプレート５０は特に、蛍光実験に適している。
【０１２８】
蓋が完全に黒であれば、単数又は複数の光源１８は蓋５８に、マイクロプレート５０の井戸５６内に収容されたサンプルに対向して固定される。
【０１２９】
図１０に示す実施態様では、各画像化システム６は一つの光源１８を含み、従って、単一井戸と連携して、その内部でサンプルを照射する。
【０１３０】
光源１８は例えば、発光シート、即ちＣｒｅｅ社(Durham, USA）によって市販されているＸＬａｍｐ等の平型ＬＥＤである。
【０１３１】
光源はまた、蓋が透明であればその外面に、蓋が不透明で黒であれば各井戸５６の上方に設けて、各井戸５６の内部を照射することができる。
【０１３２】
一般に、熱を殆ど放出しない光源１８が選ばれ、サンプル４の加熱及び蒸発を制限する。
【０１３３】
光学素子のマトリクス３０を上にのせた光センサ２６のマトリクス２４は、マイクロプレート５０の各井戸５６の下に位置付けられ、マイクロプレート５０の各井戸５６の底部上に配置された対象５を見るようにされ、特に各井戸内のサンプル４、好ましくは細胞の画像を生成できるようにする。厚さＥはそのとき、図４の実施態様におけると同様に、第１薄片２８の厚みである。
【０１３４】
斯くして、数回の実験が行われ、マイクロプレート５０の異なる井戸５６で同時に映像化される。
【０１３５】
各画像化システム６は、画像化システムと装置の電子制御器（単、複）８間のインターフェースの生成を可能にする電子基板６２又は印刷回路上に組み立てられる。
【０１３６】
図１０に示すこの実施態様の一構成では、複数の画像システムが電子基板６２により単一電子制御器８に接続され、本発明の画像化システムとコンピュータシステム１０間のインターフェース機能を集中化する。
【０１３７】
電子基板６２の種々の電子部品を接続する電気経路は、湿潤大気からの保護のため、印刷回路内に埋め込まれるか、保護ワニスで覆われる。
【０１３８】
電子基板６２はコンピュータシステム１０に、基板６２に接続された電子ポート６４と、一方で該ポートに接続され、他方でコンピュータシステム１０に接続されたケーブル６６を介して接続される。孔７０がマイクロプレート５０の下方延長部６８を貫通し、接続ポート６４とコンピュータシステム１０を接続するケーブル６６を通す。
【０１３９】
例えば、画像システム６は複数井戸に対向する、電子基板６２の一方の面に連結され、ポート６４と電子制御器８が他の面に接続される。
【０１４０】
もう１つの構成によれば各画像システム６は、電子制御器８と接続ポート６４が組み立てられた電子親基板にコネクタにより接続される電子子供基板に接続され、組み立てられる。
【０１４１】
電子基板（単、複）６２は機械的固定手段と、マイクロプレート５０と電子基板（単、複）６２間に配置された支承点を用いて、マイクロプレート５０に固定される。
【０１４２】
既知の方法で画像のコンピュータシステム１０への高伝送速度を確保するため、接続ポート６４をＵＳＢ２，ＦｉｒｅＷｉｒｅ, Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｇｉｇａｂｉｔ 、又はＣａｍＬｉｎｋポートとする。
【０１４３】
もう１つの代替例によれば、コンピュータシステム１０と電子基板６２間の２方向通信が送信機及び受信機によってなされ、画像化システム６（単、複）用の電源は装置に近い電池又はバッテリーによって提供される。
【０１４４】
光センサ２６のマトリクス２４の寸法により、それが対向して配置される井戸５６の底部の全部又は一部のみを覆うことが可能になる。更に、光学素子のマトリクス３０の寸法は、それが対向して配置される光センサ２６のマトリクス２４の寸法に実質的に等しい。
【０１４５】
例えば、光センサ２６の各マトリクス２４は、径９ｍｍの円形井戸下に置かれるとき、面積が３．６ｍｍ×２．７ｍｍである。
【０１４６】
もう１つの例では、光センサ２６の各マトリクス２４は、径１８ｍｍの円形井戸下に置かれるとき、面積が６．４ｍｍ×４．６ｍｍである。
【０１４７】
各画像化システム６に付いて、マトリクス２４及び３０の中心は井戸の中心と一直線上に並ぶ。
【０１４８】
寸法が井戸の径より小さい光センサ２６のマトリクス２４と光学素子のマトリクス３０を用いると、井戸の縁部に位置付けられ、挙動が細胞集団のものを表さないと考えられることの多い複数の細胞を画像化することができる。
【０１４９】
マイクロプレート５０の寸法は、Society for Biomolecular Screening (SBS)の推奨する仕様：ＡＮＳI/ＳＢＳ １−２００４〜１４−２００４の正当性を証明している。詳しくは、マイクロプレートは長さが１２７．７６±０．５ｍｍ、幅が８５．４８±０．５ｍｍである。
【０１５０】
マイクロプレート５０は井戸２×３、３×４、４×６、６×８、８×１２、１６×２４又は３２×４８のアレイを有する。
【０１５１】
画像化システム６を備えるマイクロプレート５０の支持部５４の全高は１４．３５ｍｍ〜３５．００ｍｍであって、即ち井戸５６の、第１薄片２８に接する端部とは反対側に端部と、延長部６８の、台板５２に接する端部間の、光センサ２６の光軸に沿って測定される距離である。
【０１５２】
第１の薄片２８は例えば、厚み１７５μｍ又は２１０μｍのガラス板、又は厚み１２５μｍの透明なポリスチレンのフィルムである。
【０１５３】
画像化システムと一体化するマイクロプレート５０は就中、細胞増殖研究、毒物学研究、形態分析、運動性分析、走化性分析、ウイルス感染分析、発癌学研究、医薬スクリーニング分析又は細胞挙動に影響する分子の研究のために用いられる。
【０１５４】
電子基板６２は長さ１１５ｍｍ、幅７５ｍｍで、マイクロプレート５０の支持部５４の下方延長部６８に挿入可能なものとする。従って、電子基板のどんな成分もマイクロプレート５０の台板５２に接することはない。更に、この台板５２は電子基板６２を培養器１４内の湿気から保護する。
【０１５５】
本発明による画像化システムは瓶１つ又は数個の内壁上に配置される対象の特性を決定するため、１つ以上の瓶の外壁に当てて配置できる。その際、厚Eは瓶の厚さである。
【０１５６】
図１１に関して、細胞培養瓶８０には培養瓶内の細胞の増殖を監視するため、本発明の画像化システム６が備わる。
【０１５７】
培養瓶８０は既知の様に、ポリスチレン又はポリプロピレンから成り、好ましくは細胞粘着に好ましい表面処理をした瓶である。
【０１５８】
好ましくは、画像化システム６は培養瓶８０の下に設置され、対象、好ましくは瓶８０の、画像化システム６とは反対側の壁である下壁４に接着した細胞２２を画像化する。該下壁は画像化システム６の第１の薄片２８を構成する。従って、下壁８４は本発明による細胞画像化を実行するに適した厚みＥをもつ。
【０１５９】
もう一つの代替例によれば、瓶はガラス又はプラスティックから成る薄片又は板であり、厚みがＥの下壁８４の全部又は一部を除いて、培養瓶はポリスチレンから成る。上記薄片、即ちガラス又はプラスティック板はｃｌａｓｓ６、ＵＳＰ ｇｌｕｅ等の生体適合性接着剤を用いて、培養瓶のポリスチレン壁に接着される。
【０１６０】
図１０に示した実施態様と同様、画像化システム６は電子基板８６を介して電子制御器８に接続される。ケーブル９２に接続される電子ポート９０は電子基板８６に組み立てられ、電子制御器８を装置のコンピュータシステム１０に接続する。
【０１６１】
更に、電子基板８６は機械的固定手段８８Ａ，８８Ｂと、下壁８４と電子基板間に配置される支承点を用いて、瓶８０の下壁に固定される。
【０１６２】
更に、光源１８は瓶８０の上壁に固定される。更に、瓶はサンプル４を例えば細胞培養媒体の蒸発から防止するストッパー８２を含む。
【０１６３】
培養瓶８０と画像化システム６と光源１８を上下方向に積み重ね、培養器１４の内部の空間をセーブすることができる。その場合、発光シート等の非常に平坦な光源が選ばれ、培養瓶のサンプルを照射するようにすることによって、瓶と画像化システムを積み重ねし易くする。別の種の光源が選ばれる場合、光源用の空間が固定手段及び支承点を用いて、各培養瓶の上方に確保される。
【０１６４】
コンピュータシステム１０によって収集される画像は、コンピュータサーバを用いて遠隔視認することができる。細胞の画像に遠隔アクセスするユーザは、細胞の培養媒体を変更する、又は新しい培養瓶に細胞を移すことを決めるか、決めない。
【０１６５】
較正寸法のマイクロビーズをサンプルに導入して、生成画像から媒体の温度を測定することができる。実際、既知の方法にて、マイクロビーズは画像上に現れ、２つの相続画像間のマイクロビードの移動はブラウン運動、即ち温度に依存する。従って、２つの相続画像間のマイクロビードの移動の測定はストークス・アインスタイン方程式：
Ｔ＝３πｒη<ｄ２＞／ｋｔ
を用いての温度推定を可能にする。ここで、ｒはマイクロビードの半径、ηは媒体の粘度、<ｄ２＞は時間ｔ中のマイクロビードの走行距離の２乗、ｋはボルツマン定数（ｋ＝１，３８０６５０４．１０−２３Ｊ．Ｋ−１）である。
【０１６６】
画像上のビーズの位置の正確な測定は、画像化システムの実施態様（マイクロプレート、培養瓶等）とは無関係に、先に参考として示したように、基準として上記の、薄片上の付着又は蝕刻計量マーキングを用いることによって為される。
【０１６７】
画像化システム及びシステム付設装置は、画像を光学的に、特に細胞を検出及び特性決定することを目的とする。
【０１６８】
マイクロレンズは光をできるだけ多く収集するため、サンプルの部分から到来する光をシリコンの対応する感知部分に焦点化する。光強度は各光センサによって積分される。マイクロレンズのマトリクスは、光センサのマトリクスによって与えられる空間の分割（離散化）を修正・変更する。
【０１６９】
更に、第１の薄片２８は、これの表面に付着する細胞等の低コントラスト対象、特にこれ等対象の輪郭の視覚化に利する回折及び干渉効果をもたらす。
【０１７０】
画像化システム６のフィールドは光センサ２６のマトリクス２４の寸法に対応する。一例として、このフィールドは通常の顕微鏡に対して、面積数ｍｍ２の、そして上限数ｃｍ２までの矩形に亘って拡げられる。現在、得られる画像は通常の顕微鏡法における×４の拡大倍率に対応するが、通常のディジタル開口対象（opening objective）に対して約３．５×４．５ｍｍ２のより大きいフィールドに亘って対応する。画像の拡大倍率は、第１の薄片２８のサンプル支持面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点間の距離によって異なる。実際、サンプル４又は対象２２が光センサ２６のマトリクス２４から離間しているとき、サンプル又は対象の画像は増大する数の光センサ２６に亘って拡げられる。
【０１７１】
解像度は画素の大きさによるが、マイクロレンズの焦点距離、サンプル４又は対象２２と光センサのマトリクス間の距離及び媒体３６の屈折率ｎに依存する。
【０１７２】
装置は寸法がより小さく、好ましくは辺が１０ｃｍの立方体のもので、培養器内に設置がより簡単である。
【０１７３】
寸法を小さくすると、赤血球計数等の患者のベッドへの使用を考慮して装置の可搬性が良好になり、細胞培養室にコンピュータの存在を付加するのみで培養器に直接設置できる。
【０１７４】
本発明を、細胞から成るサンプルでの生物学的応用の文脈で以上記載した。だが、他の分野、例えば細菌、酵母菌、真菌類、藻類、リポソーム、合成粒子の視認及び/又は第１の薄片２８上のリザーバ内の結晶形成の視認等の、物理化学現象に対する光学的応答の検出に応用可能である。
【符号の説明】
【０１７５】
２ 検出・特性決定装置
４ サンプル
５ 対象、例えば細胞
６ 画像化システム
８ 電子制御器
１０ コンピュータシステム
１２ マンマシーンインターフェース
１４ 培養器
１６ ＣＯ２レベル監視・調整手段
１７ 光学系
１８ 光源
２０ 光源制御手段
２２ 細胞、粘着生物細胞
２４ 光センサのマトリクス
２６ 光センサ
２８ 透明薄片
２８Ａ、２８Ｂ その支持面
３０ 光学素子のセット
３２ マイクロレンズのマトリックス
３４ マイクロレンズ
３６ 光学媒体
３７ 分離素子
３８ キュベット
４０ 第２の薄片
４２ 第２の媒体
４３ 分離手段
４４ 調整手段
４５ スライド
４６ 薄片
４８ マイクロ室（井戸）
５０ マイクロプレート
５２ 台板
５４ サポート
５６ 井戸
５８ 蓋
６０ 井戸底
６２ 電子基板
６４ 電子ポート
６６ ケーブル
６８ 下方延長部
７０ 開口
８０ 細胞培養瓶
８２ ストッパー
８４ 瓶底壁部
８６ 電子基板
８８Ａ、８８Ｂ 機械的固定手段
９０ 電子ポート
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロレンズで構成される画像システムと、サンプルの検出及び光学的特性決定のための、システムを付設した装置に関する。
本発明は化学又は生物学的分析のための測定器の小型化の分野に関わる。
【背景技術】
【０００２】
生物学において細胞の観測には、細胞の画像を拡大し、これ等画像の細部を分離するため、光学顕微鏡の使用が一般に欠かせない。細菌、酵母菌、菌類、花粉、藻類、リポソーム並びに合成粒子等、他種の対象（オブジェクト）を見るため、同様の装置が用いられる。その目的のため、顕微鏡は光学レンズ（対物、接眼）、光源及び少なくとも１つのセンサを含む。研究者等が日々用いる顕微鏡は高価であり、特にそれ等の立体的嵩のため制限的なことが多い。一般にいってそれらはある期間に亘って又は所定の瞬間々々で画像を連続的に生成することができない。
【０００３】
現在考えられている小型化方法の１つは顕微鏡の拡大レンズを省き、光センサの感受面に作られる陰影又は回折像の画像を生成することである。光センサに接する観測オブジェクトの陰影又は回折像により形成される画像はフォトグラムと呼ばれる。２つの極近接ディスクを区別する能力として定義される先験的解像度は、この種の系では、画素の大きさ及びオブジェクトと光センサ間の距離によって制限される。通常の顕微鏡では、オブジェクトのレンズ系における回折によって制限される。
【０００４】
次のようなシステムが存在する。 光センサのマトリクスと、光センサマトリクスに対向し、且つサンプル支持面を画成する第１の薄片と、光センサマトリクスと第１の薄片間に配置された光学素子の１組（セット）から構成され、該光学素子のセットをマイクロレンズのマトリクスとし、各マイクロレンズ（３４）が光センサマトリクス（２４）の各光センサ（２６）の上方に位置するようにしたサンプル画像化システムである。
【０００５】
だが、斯かる画像化システムにより得られる画像は、分析すべきサンプルの細胞が粘着性の場合、形態（モフォロジ）又は形状を示さない。実際、細胞は懸濁又は付着物かで同一課題に対応しない、即ち細胞は培養液とのコントラストが、屈折率近似のため、低いオブジェクトである。細胞の付着時に、細胞は形状が平ら又は細長く、このことが細胞の画像化をよりし難くしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は細胞、特に粘着細胞を画像化でき、細胞を見つけ出し、識別でき、細胞を計数し、それ等のモフォロジを分析できる、より小型の装置を提案することにある。この寸法のより小型化された装置は、培養器へのその直接挿入を可能にし、サンプルの細胞の増殖を許容するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のため、本発明は上記種のサンプル画像化システムに関し、上記光学素子の１組（セット）がマイクロレンズのマトリクスと第１の薄片間に配置された光学媒体を含み、該光学媒体の屈折率が実質的に１とマイクロレンズの屈折率の間にあり、サンプル支持面とマイクロレンズの頂点間の、光センサの光学軸に沿って測定される距離が実質的に０〜１５００ｎｍとなるようにして上記システムが成ること特徴とする。
【０００８】
特定の実施態様によれば、サンプル画像化システムは以下の特徴の１つ以上を含んで成る：
‐サンプル支持面とマイクロレンズ頂点間の、光センサの光学軸に沿って測定される距離が、空気中で測定されるマイクロレンズの焦点距離をＦ，光学媒体の屈折率をｎとしたとき、−１５０×Ｆ×ｎ＋４００×Ｆ以下に、且つ光学媒体の屈折率が実質的に１〜１．６４となるようにする；
‐それがサンプルを照射する目的の光源を含み、該光源がサンプルの上方に配置され透過画像を生成するようにする；
‐それがサンプルを照射する目的の光源を含み、該光源が画像化システムの第１の薄片に光を、画像化システムの光学軸に垂直に照射するように配置される；
‐光源が２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光照射を可能とする；
‐光源を白色光とする；
‐光学媒体を液体とする；
‐画像化システムが上記液体及びサンプルを含有するキュベットを含む；
‐第２の薄片を、サンプルが第１の薄片と第２の薄片間に位置するように配置する；
‐第１の薄片のサンプル支持面を光センサのマトリクスに対向して配置する；
‐第１の薄片がスライドと、スライドに平行して着脱可能な、且つサンプルの支持面を画成する薄片とを含む；
‐画像システムがサンプル支持面とマイクレンズ頂点の間の、光センサの光学軸に沿って測定される距離を調整する手段を含む；
‐第１の薄片が複数のマイクロ室又はマイクロチャンネルを含む；
‐光センサが生体発光、化学発光又は蛍光による２００ｎｍ〜８００ｎｍの発光光を検出可能とする；
‐サンプルが細胞を含み、マイクロレンズに付随する光センサを、細胞が第１の方向に少なくとも２つの隣接する光センサによって覆われ、第２の方向に他の２つの隣接光センサによって覆われるように配置する；
‐各マイクロレンズの開口径が細胞の最小横方向寸法より少なくとも２倍小さく、２つのより近接する隣接マイクロレンズの光軸間の距離がマイクロレンズ１つの開口径の少なくとも３０％より小さく、マイクロレンズ１つの開口径がマイクロレンズを形成する平ジオプターと凸ジオプターの交差部の径であり、細胞の最小横方向寸法が細胞の重心を通り、サンプルの支持面（２８Ａ）に平行する面で測定される細胞の最小寸法となるようにする；
‐各マイクロレンズの開口径を実質的に０．７〜１０μｍとする。
【０００９】
斯くして、この小型化画像装置はある期間に亘って、又は所定時間内に細胞画像を連続的に生成して、細胞の繁殖を定量化でき、それ等の移動を個々に監視でき、それ等の経路及び速度を推測でき、細胞の分割を検出し、関係を定義でき、モフォロジの変化を示して定量化でき、目的とする細胞事象（希有事象、等）を特定することができる。
【００１０】
本発明はまた、サンプルを検出及び特性決定するための装置であって、上記のような画像化システムと、電子制御器と、画像化システムの制御を目的とするコンピュータシステムとを含むようにして成ることを特徴とする装置に関する。
【００１１】
具体的実施態様によれば、サンプルを検出及び特性決定するための装置は以下の特徴の１つ以上を含む：
‐それが電子制御器によって並列操作される、上記のような画像化システム少なくとも２つを含む；
‐第１の薄片が隣接する画像化システム少なくとも２つによって共有されるようにする；
‐画像化システムとサンプルが設置される培養室を含む。
添付図面を参照して、単に例示として提示される以下の記述の読解から、本発明のより以上の理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従ってサンプルを検出及び特性決定するための装置の概略図である。
【図２】本発明に従ってサンプルを検出及び特性決定するようにした画像化システムの光学系の断面における概略図である。
【図３】本発明による画像化システムの光学系の異なる実施態様の断面概略図である。
【図４】本発明による画像化システムの光学系の異なる実施態様の断面概略図である。
【図５】本発明による画像化システムの光学系の異なる実施態様の断面概略図である。
【図６】本発明による画像化システムのもう１つの実施態様の概略図である。
【図７】本発明に従って画像化システムの光学系に組み込まれる、マイクロ流体システムを含んだ薄片の概略図である。
【図８】本発明に従って画像化システムの光学系に組み込まれる、マイクロ流体システムを含んだ薄片の概略図である。
【図９】は本発明に従って１つ以上のサンプルを検出及び特性決定する装置の他の実施態様３つの中、第１実施態様の概略図である。
【図１０】は本発明に従って１つ以上のサンプルを検出及び特性決定する装置の他の実施態様３つの中、第２実施態様の概略図である。
【図１１】本発明に従って１つ以上のサンプルを検出及び特性決定する装置の他の実施態様３つの中、第３実施態様の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明はサンプル４を検出及び特性決定する装置２に関し、その一実施態様を図１に示す。サンプル４には、特性（モフォロジ、寸法等）を調べるため検出及び測定される対象（オブジェクト）５が含まれる。対象５はマイクロメータサイズの対象（細菌、酵母菌、真菌類、花粉、藻類、リポソーム等）で、好ましくは細胞である。
【００１４】
装置２はサンプル４の検出及び特性決定を目的とする画像化システム６少なくとも１つと、画像化システム６を制御できる電子制御器８を含む。電子制御器８は、画像化システム６を固定でき、例えばそれが接続プラグを含む場合、それを差し込める支持部を含む。画像化システムについては詳細に後述する。
【００１５】
装置２はまた、電子制御器８に接続される、それを操作する目的のコンピュータシステム１０を含む。
コンピュータシステム１０は電子制御器８を操作する情報の入力、及びサンプル４に関する情報の表示を目的とするマンマシーンインターフェース１２を含む。
コンピュータシステムはまた、画像の処理を実行できる計算ユニット及びサンプルの取得画像を記録する記憶ユニットを含む。
【００１６】
装置２は培養室又は培養器１４と、培養室内部のＣＯ２レベル、湿度及び温度を監視及び調整する手段１６を含む。例えば、培養器１４は既知の方法で１立方メートル近傍の大きさに作製する細胞生物学用の標準的培養器であり、場合によっては画像化システム６を数個含んでも良く、或いは培養器が一画像システム６の大きさに合わせて小型化したものでも良い。後者の場合、装置２は例えばサンプル収集位置近くでの使用のため、容易に移動可能となる。
【００１７】
画像化システム６、電子制御器８及びサンプル４は培養室１４の内部に配置される。
【００１８】
画像化システム６はサンプル４の分析を目的とする光学系１７を含む。好ましくは、画像化システム６はサンプル４を照射する目的の光源１８少なくとも１つを含み、サンプル４は光源１８と光学系１７の間に配置される。
【００１９】
光源１８はサンプルの透過画像を生成すべく光学系１７とは反対側の、且つ光学系１７から、調整された間隔の、例えば数センチメートル離れたところに位置付けられる。光源１８は光学系１７の垂直位置に設けられる。
【００２０】
一代替例によれば、光源１８は光学系１７の垂直位置に対して斜めに、例えば光学系１７の回りの円の円弧に応じて数センチメートル離れて設けられる。
【００２１】
更に、光源は２０°より小さい、例えば１０°の臨界光角度で僅かに平行化又は全く非平行化される。
【００２２】
それにもかかわらず、操作者の必要によっては、また既知の方法において、光源はレンズ系、ダイアフラム及び／又はフィルタ、方向性の有無、多色系か淡色系か、極性化の有無、長期的か周期的かに応じて平行化することができる。
【００２３】
光源１８は２００ｎｍ〜８００ｎｍから成る、即ち可視及び／又は近紫外（ＵＶ）領域で発光する波長の光を照射できる。好ましくは、白色光、即ち連続波長スペクトル、特に可視域（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）で発光する光である。
【００２４】
光源１８は例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、例えば白色ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、白熱電球、又はＣｒｅｅ社（Durham, USA）により市販されているＸＬａｍｐ等の発光シート又はフラットＬＥＤから成る。
【００２５】
一代替例によれば、光源１８はＫｏｅｌｈｅｒ式の照明装置、即ち光学顕微鏡に通常用いられ対象又はサンプルを照射する画像システムを含む。
【００２６】
光源１８を制御する手段２０が装置２に組み込まれ、コンピュータシステム１０に接続される。
【００２７】
一代替例によれば、光源１８は光学系１７の上方に位置付けられ、操作者又はコンピュータシステムにより監視される特定の角度（照射角）でサンプルを照射するようにする。
【００２８】
光源１８は対象又はサンプルを、操作者又はコンピュータシステムにより特定される強度で、及び／又は時間中に、及び／又は瞬時に照射する。
【００２９】
操作者の必要によっては、光源１８は数個のサンプルで共有しても良く、単一サンプルのみを照射するようにしても良い。
【００３０】
次に、本発明による、サンプル４を検出及び特性決定する装置の動作を説明する。
【００３１】
サンプル４を研究及び分析するため、操作者はそれを画像化システムに配置する。画像化システムは６、例えば光学系１７を電子制御器８の支持部に差し込むことによって、電子制御器８に接続される。
【００３２】
要すれば、光学系１７、サンプル４、電子制御器８及び光源１８から成る組立体が培養室１４に設置され、特に細胞個体群を正常に繁殖できるようにする。培養器１４は温度及びＣＯ２レベルを調整し、操作者により予め調節された、監視による高湿度レベルを維持する。
【００３３】
更に、この組立体（光源１８、サンプル４及び電子制御器８を含む画像化システム）は好ましくは暗室に設置され、周囲光に関係する寄生ノイズを低下させる。
【００３４】
次いで、操作者はマンマシーンインターフェース１２を介して情報を入力して、光制御手段２０を介して光源１８を調整し、電子制御器８を介して画像化システム６の光学系１７を操作する。このように、操作者はコンピュータシステム１０を用いて、光源１８を含む画像装置６を検査する。
【００３５】
動作中、光源１８はサンプル４を照射する。サンプル４の透過する光信号（フォトン）は画像化システム６の光学系１７によって電気信号に変換される。次いで、電気信号は電子制御器８によってコンピュータシステム１０に伝送される。
【００３６】
光学系１７によって得られる画像化システム６のデータは、コンピュータシステム１０の記憶装置に記録される。次いで、計算装置はデータから、サンプル４の細胞５の画像又は画像シーケンスを再構築する。実際、本装置は既知の方法にて動的事象を記録するが、これをサンプルの透過中に検出される光信号の強度を得るのみならず、連続収集（ビデオモード）を実行してフィルムを得るか、又は画像を正規間隔（フォトモード）で取得して一連の画像を得て行う。
【００３７】
最後に、操作者はマンマシーンインターフェース１２を介して、画像又は画像シーケンスの他の処理を実行する計算装置を制御して、サンプル４の特性を決定する。例えば、計算装置はサンプルの細胞５を空間的に識別、それ等のモフォロジ及び／又は蛍光信号及び／又は特定ルミネセンスの分析に基づいて細胞５を識別、細胞を計数、それ等の位置とそれ等の前位置との比較、各細胞の移動軌跡及び速度を記録、細胞の繁殖を定量化、各細胞のモフォロジ特性（各細胞で覆われる面積及び周長、各細胞の円対称判断基準、断面形テクスチャ）決定、個々の細胞又は細胞集団のモフォロジ変化を表示、画像を分割して細胞間の接合を追跡及び隣接細胞の数を計算、細胞分割又は細分化又は石灰質バースト等の目的の事象を検出、関係を定義及び／又は細胞内のオルガネラ（細胞核等）の位置決定することができる。更に、例えば実験毎に背景が白色の光（寄生光）及び背景が暗色の光（暗流）で画像を生成することにより、背景ノイズを除去することができる。また、画像の全部または一部に細胞培養物のフィルムを再構築することもできる。
【００３８】
発光、例えば生体発光又は化学発光する細胞４のもう一つの実施態様によれば、光源１８無しに装置２を用いることができる。その場合、全暗中（暗室内）で分析がなされねばならない。ルミネセンスの強度は操作者によって特定の時間、積分され、測定の強度を増大するように、例えばルミネセンス積分時間を５分とする。
【００３９】
図２はサンプル４の検出及び特性決定を目的とする画像化システム６の光学系１７の概略的断面図である。例えば、サンプル４は公知の手法で培養媒体に接着された対象、例えば細胞５、好ましくは水性媒体に接着された生物細胞から成る。
【００４０】
画像化システム６の光学系１７は規則的に配置された光センサ２６のマトリクス２４を含み、各光センサ２６の感光部は例えばシリコンから成る。
【００４１】
光学系１７はまた、光センサ２６のマトリクス２４に対向して配置され、サンプル４の支持面２８Ａを画成する第１の透明薄片２８を含む。
【００４２】
好ましくは、第１の薄片２８には、適宜のタンパク質、好ましくは細胞外マトリクスのタンパク質、例えばフィブロネクチンを用いる、又は酸素プラズマを用いる機能化方法による既知の仕方でサンプル４の支持面２８Ａ上での細胞２２の捕捉及び／又はその粘着に利する、特定の表面処理が施されている。
【００４３】
更に、もう１つの表面処理、例えば面に疎水性を付与するポリリシン―ＰＥＧ（ポリリシン―ポリエチレングリコール）を用いた表面処理をして、サンプル支持面である面２８Ａと反対側の面２８Ｂ上の付着を防止する。
【００４４】
例えば、細胞２２の支持面２８Ａには細胞の粘着を増大する表面処理が施され、他の面２８Ｂには細胞２２の付着を低下又は皆無にする表面処理が施される。
【００４５】
例えば、第１の薄片２８は細胞培養物の支持体をしての役割を果たす。
【００４６】
第１の薄片２８は光透過性の点で高品質のものであり、例えばガラス又はポリスチレンから成る。
【００４７】
画像化システム６の光学系１７はまた、光センサ２６のマトリクス２４と第１の薄片２８間に配置された光学素子の１組（セット）３０を含む。
【００４８】
光学素子のセット３０はフォトセンサマトリクス２４に対向及び接して位置付けられた分離素子３７と、分離素子３７と第１の薄片２８間に配置されたマイクロレンズ３４のマトリクス３２を含む。
【００４９】
マイクロレンズ３４のマトリクス３２は光センサ２６のマトリクス２４の上方に位置付けられ、各マイクロレンズが光センサマトリクス２４の各光センサ２６の上方に位置するようにする。このようにして、各マイクロレンズ３４には各光センサ２６が付随するようにする。各マイクロレンズ３４の光軸は実質的に、各光センサ２６の光軸と１つになる。
【００５０】
例えば、マイクロレンズ３４の光軸と光センサ２６の光軸は僅かにオフセットしても良く、このオフセット（角度又は距離の）は２０％以下とする。このオフセットは、マイクロレンズマトリクスを光センサマトリクスに同軸にする困難の結果として不作為的な場合と、斜め入射光ビームをマイクロレンズに向かって方向を変えるような故意の場合の何れかである。
【００５１】
分離素子３７は１つ以上の光透過性材料、例えばフィルタ群又は不動態化層から形成される。
【００５２】
分離素子３７の機能は光センサ２６のマトリクス２４をマイクロレンズ３４のマトリクス３２から間隔を置いて光半径が光センサに向かって集中されるか焦点化されるようにすることである。
【００５３】
光学素子のセット３０はまた、マイクロレンズマトリクス３２と第１の薄片２８間に配置され、屈折率がｎである第１の媒体３６を含む。第１の光学媒体３６は各マイクロレンズ３４の焦点距離を変更することを目的とする。実際、屈折率ｎの第１の媒体３６における各マイクロレンズ３４の焦点距離は
Fn＝（(nlens−nair)／(nlens−n)）×F
であり、ここでＦは空気中で測定される各マイクロレンズの焦点距離である。
【００５４】
第１の光学媒体３６の屈折率は実質的に１と、マイクロレンズ３４の屈折率の間にある。好ましくは、媒体３６はゲル又は液体、例えば油である。
【００５５】
画像化システム６の光学系１７はまた第２の薄片４０を含み、第２の薄片４０は細胞２２が２つの薄片２８、４０で区切られる第２の媒体４２内、第１の薄片２８と第２の薄片４０間に位置するように配置される。
【００５６】
好ましくは、第２の薄片４０には表面処理が、第１の薄片２８に付き記載したのものの中からなされるようにする。
【００５７】
第２の媒体４２は液体、例えば、通常ではＤＭＥＭ（Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium）又はリン酸緩衝類溶液（ＰＢＳ）等の食塩水等の、細胞培養し易い生物液体から成る。
【００５８】
第２の媒体の液位は、該媒体がサンプル４の支持面２８Ａと対象２２を覆うようにするものである。
【００５９】
一実施態様によれば、第１の媒体３６を第２の媒体４２と類似の液体とする。
【００６０】
画像化システム６の光学系１７は、光学素子のマトリクス３０、第１の薄片２８及びサンプル４が設置され第１の媒体３６及び／又は第２の媒体４２の液体又はゲルを液密に収容するキュベット３８を含む。
【００６１】
キュベット３８の底部は光センサ２６の面と一致するようにして良い。例えば、キュベット３８は底部にて貫通する光センサ２６のマトリクス２４に接着され、生体適合性接着剤による封止を効かすようにする。
【００６２】
画像化システム６の光学系１７はまた、第１の媒体３６と第２の媒体４２が異なる場合、一方を他方から分離できる分離手段４３を含む。この分離手段４３はキュベット３８の壁又は第１の薄片２８に固定される。
【００６３】
もう１つの代替例によれば、第１のスライド２８と第２のスライド４０間の、光軸Ｚに沿って測定される距離を調整して既知の方法でスライドと薄片間のサンプル４の所定配置を得るようにする。この配置では、第２の薄片４０がサンプル４と接触している。
【００６４】
第２の薄片４０は有利には、第２の薄片４０を通してガス交換させることができ、且つ／或いは第２の薄片４０を通して第２の媒体４２の一部、例えば培養液とサンプル４が蒸発するのを防ぐことができる。
【００６５】
光学系１７はまた、第１の薄片２８のサンプル支持面２８と、第１の薄片２８に対向して配置される光センサ２６面との間の、光軸Ｚに沿って測定される距離を調整する手段４４を含む。
【００６６】
好ましくは、この調整手段４４は圧電性セラミック少なくとも１つを含む。調整手段４４はキュベット３８の底部又は縁部又は光センサ２６のマトリクス２４の支持部に機械的に固定しても良い。
【００６７】
もう１つの代替例によれば、第１の薄片２８は機械的、静電的、磁気的又は同等の手段により画像化システム６のキュベット３８の壁に一定の高さで固定される。
【００６８】
第１の薄片２８、従ってサンプル４及び対象５、好ましくは粘着細胞を、操作者の必要によって、例えばサンプルの別の機器での特性決定のため、又はサンプルの付加的処理（乾燥、蛍光体でのマーキング等）のため、画像化システム６の光学系１７から着脱可能である。第１の薄片２８及びサンプル又は対象はまた、画像化システム６内で再配置可能である。
【００６９】
次に、本発明のよる画像化システムの動作を説明する。
【００７０】
上記装置２によるサンプルの分析方法において、製造者又は操作者は画像化システムの分離素子３７と第１の薄片２８をそれ等の光学特性（材料、屈折率、厚み等）及び望まれる使用・用途に従って予め選ぶ。
【００７１】
次いで、マイクロレンズ３４のマトリクス３２はマイクロレンズ３４の存在、特に各マイクロレンズ３４の性質（屈折角）及び形状（曲り半径）により制御される光センサ２６の受光コーン傾斜角を考慮して選ばれる。
【００７２】
各マイクロレンズ３４は平ジオプター及び凸ジオプターから成る。サンプルに対向する、マイクロレンズの上面が、球面状のボウルにたとえ得る凸ジオプターである。好ましくは、マイクロレンズはポリスチレン、ポリアミド、ＡＺ４５６２フォト樹脂又は同様の材料、ポリジメチルシロキサン、ＳＵ−８，シリカ、亜リン酸ケイ酸硼素ガラス（ＢＰＳＧ）又はポリメチルメタアクリル酸塩（ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート等の透明熱可塑性材料から成る。
【００７３】
各マイクロレンズ３４の焦点距離はマイクロレンズと、下にある付随光センサとの間の光学的クロスカップリング現象を制限するように２５μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満である。
【００７４】
好ましくは、各マイクロレンズの開口径は細胞の最小横方向寸法より少なくとも２倍小さい。細胞の最小横方向寸法は、その重心を通る細胞の、画像化システムの光軸に直角な面、即ち細胞を支える薄片の面２８Ａに平行な面で測定される最小寸法である。
【００７５】
更に、２つのより近い隣接マイクロレンズの光軸間の距離は好ましくは、マイクロレンズの開口径の少なくとも３０％未満である。ここで、マイクロレンズの開口径とは、マイクロレンズを形成する平ジオプターと凸ジオプターの交差部分の径である。
【００７６】
マイクロレンズ３４に随伴する光センサ２６は対象、好ましくは細胞が隣接する光センサ少なくとも２つによって第１の方向に、隣接する他の光センサ少なくとも２つによって第２の方向に覆われるように配置される。
【００７７】
かくして１つの細胞の画像は隣接する光センサの少なくとも２×２マトリクスによって作られる。
【００７８】
例えば、径が実質的に２０〜３０μｍの細胞等の対象を画像化するため、各マイクロレンズの開口径は０．７〜１０μｍである。これ等の値により、細胞の同一部分が隣接する２つの光センサの光強度に貢献するようになるとしても、対象の画像における不連続性が回避できるようになる。細胞の良質な画像を得るためには、対象を過剰サンプリングする方が過小サンプリングするより好ましい。
【００７９】
斯くして、各細胞は画像で面毎に少なくとも２画素、好ましくは少なくとも６画素によって表され、細胞の画像に関する後段のコンピュータ処理を容易にする。多数の画素によって表される細胞が多ければ多いほど、画像のコンピュータ処理中に為されるコントラスト改良、フィルタリング及び強度閾値化操作が実際のものにより一致するようになる。
【００８０】
例えば、２つのより近い隣接マイクロレンズの光軸間の距離は開口径１０μｍのマイクロレンズでは３．０μｍ未満、開口径３．０μｍのマイクロレンズでは９００ｎｍ未満、開口径７００ｎｍのマイクロレンズでは２１０ｎｍ未満である。
【００８１】
次いで、製造者又は操作者はマイクロレンズ３４の焦点距離、従って光センサ２６の受光角を変更するため、第１の媒体３６をその屈折率の関数として選ぶ。実際、光ビームは第１の媒体３６と各マイクロレンズ３４間の光学的界面でデカルトの法則に従って偏光する。斯くして、第１の媒体３６の指数は光センサの受光コーンの角度の調整を可能にする。
【００８２】
より詳しくは、第１の媒体３６の屈折率を選ぶことによって、隣接又は近接光センサの受光コーンの交差部の位置が制御される。斯くして、媒体３６の屈折率ｎを増大することによって、光センサ２６の受光コーン傾斜角は増大、従って隣接光センサの受光コーンの交差部の位置は減少され、その逆もまた同様である。
【００８３】
例えば、屈折率１．６１のポリスチレンから成るマイクロレンズ３４では、光センサ２６の受光コーンを拡大するのに、当初空気（ｎ＝１．０００３）である媒体３６を屈折率１．５５であるオイルで交換すれば十分である。
【００８４】
第１の媒体３６の屈折率は実質的に１と、マイクロレンズ３４の屈折率の間、好ましくは１と１．６４の間にある。
【００８５】
実際、どんな作用物質も、光センサのマトリクスとサンプル間に位置付けられると、光センサも受光コーンの変更に加わる。これは特に、分離素子３７と第１の薄片２８に付いて云える。後者の場合、光ビームは第１の薄片２８と第１の光学媒体３６の光学的界面でデカルトの法則により偏光される。その結果、第１の薄片の選択は光センサの受光角をも調整する。それにもかかわらず、それはその光学的品質（高透過性）のためにも選ばれ、対象５、好ましくは画像化すべき粘着細胞２２を支持するのに用いられる。
【００８６】
次いで、調整手段４４により、第１の薄片２８のサンプル４の支持面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点との間で光軸Ｚに沿って測定される距離が調整され、その結果として第１の媒体３６の厚みも同様になされる。この距離は０〜１５００μｍ、好ましくは１００〜５００μｍである。
【００８７】
好ましくは、この距離は−１５０×Ｆ×ｎ＋４００×Ｆ以下、ここでＦは空気中で測定されるマイクロレンズ３４の焦点距離、ｎは第１の光学媒体３６の屈折率である。
【００８８】
Ｈは第１の光学媒体３６の、マイクロレンズに対向する、第１の薄片２８の面とマイクロレンズの頂点の間の、光軸Ｚに沿って測定される距離を表す。距離Ｈを調整することにより、操作者が細胞５の詳細として何を観測したいかにより細胞５の、好ましくはサンプル４に粘着された細胞２２の、程度の差はあれ明瞭及び又はコントラストのある画像を得ることができる。
【００８９】
実際、対象５と光センサの面間の距離Ｄを変えると結果として次のことがもたらされる：
― 対象の画像の寸法又は拡大倍率の変更、即ち一定数でない隣接光センサに亘って拡開する。：対象が光センサ２６のマトリクス２４から遠くなればなるほど、対象はより多数の光センサ２６によって画像化され、従って対象はより大きく最終生成画像に現れる。
― 対象５、好ましくは粘着細胞２２の回折輪郭が所定高さから見せる。表面に近接すると、対象の輪郭上の回折パターンは、回折パターンが単一光センサ上に集まるので、現れない。このため、回折パターンの空間的詳細を明らかにすることができない。表面から徐々に離れると、対象の輪郭上に回折パターンは光センサに近接して２、３、４等と拡がり、より良く観測されるようになる。それにもかかわらず、表面から余りに遠くでは、回折パターンは過度に多数の光センサ上に拡散する（対象の点の画像が２００を超える光センサに亘って広がると、対象の使用可能な画像を成立させることができなくなる）。
― 対象の輪郭のコントラストの変更。
【００９０】
第１の薄片２８の面２８Ａ及び２８Ｂを最適化して、回折、拡散及び分散効果を強化し、細胞２２の輪郭が見えるようにすることができる。
【００９１】
画像システム６の光学系１７の、図３に示す第２の実施態様において、第１の面２８Ａは光センサ２６のマトリクス２４に対向して位置付けられ、細胞、好ましくは第１の薄片２８の面に付着した細胞５を含むサンプル４は従って、第１の薄片２８とマイクロレンズ２６のマトリクス２４の間に配置される。
【００９２】
この実施態様によれば、画像化すべき対象とマイクロレンズの頂点間の距離を調整するに、第１の薄片２８の厚みを無視することができる。この構成には、対象２２とマイクロレンズ３４間の距離を極めて微小、好ましくは実質的にゼロにし、画像を光センサ２６に近づけると云う利点がある。
【００９３】
図４に示す第３の実施態様によれば、第１の薄片２８はマイクロレンズ３４の頂点上に設置される。マイクロレンズの頂点と第１の薄片２８の、マイクロレンズに対向する面２８Ｂ間の距離Ｈはその場合、ゼロである。
【００９４】
その場合、サンプル支持面２８Ａとマイクロレンズ頂点間の距離を調整することは、サンプル支持面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点間の、光センサ２８の光軸に沿って測定される距離が実質的に０〜１５００μｍ、好ましくは１００〜５００μｍとなるように第１の薄片２８の厚みＥを選ぶことである。
【００９５】
それにもかかわらず、第１の媒体３６がマイクロレンズ３４と第１の薄片２８間の隙間になお存在し、従って光センサ２６の受光コーンになお作用することに注意すべきである。
【００９６】
図５に示す第４の実施態様によれば、第１の薄片２８は厚みＥ１のスライド４５とスライド４５と並行して着脱可能で、サンプル支持面を規定する厚さＥ２の薄片４６から成る。厚みＥ１とＥ２の合計は従って、第１の薄片２８の厚みＥに等しい。この代替例は第１の薄片２８と、予め調整されたマイクロレンズ３４の頂点間の距離Ｈを変更せずにサンプルを移動し易くする。
【００９７】
例えばガラスから成る第２の薄片４０の存在は蛍光における使用の場合には、蛍光物質又は量子ドットを画像化するのに必要である。この実施例では、第１及び第２の薄片２８、４０は好ましくは光学フィルタである。
【００９８】
この使用では好ましくは、励起光源となる光源１８は単色のものである。
【００９９】
第２のフィルタ４０は励起波長が第１のフィルタ２８によって濾過されれば必要ではない。例えば、第２の薄片４０を無くし、第１のガラス薄片２８をフィルタとして用いることによって、ガラスの紫外（ＵＶ）における吸収が励起光をそれがＵＶにあれば濾過する。第２の例は、面２８Ａ又は面２８Ｂが、誘電体積層（stack）から成り、励起波長を吸収する濾過積層（stack）で覆われた第１の薄片２８から成る。
【０１００】
一代替例によれば、画像化システム６の光学系１７には、光センサ２６のマトリクス２４とマイクロレンズ３４のマトリクス間に位置するフィルタ、又は専用フィルタのアレイが含まれる。例えば、このフィルタ又はフィルタアレイは分離素子３７に組み込まれる。このフィルタは、少なくとも２つの異なる波長による同一サンプル５の特性決定のため、隣接マイクロレンズの下で異なっているもので良い。
【０１０１】
もう一つの代替例によれば、第２の薄片４０は、光源１８の、画像に歪みを生ずるコリメーション系の欠如を補償する方向フィルタである。
【０１０２】
図６に示すもう一つの実施態様によれば、光源１８はサンプル４又は対象２２を薄片の内側から照射するように光を光軸Ｚに直角に、第１の薄片２８に通すように配置される。
【０１０３】
もう一つの代替例によれば、薄片２８、４０の何れかが偏光子であるか、薄片２８，４０何れもが交差偏光子である。第１の場合、光源１８は偏光を直線的に発する。例えば、光源１８は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。第２の場合、光源１８は偏光励起光を発せず、励起光はその場合第２の偏光子４０によって偏光される。何れの場合にも、励起光は第１の偏光子２８によって停止され、サンプル４から到来する蛍光放射光が偏光され、第１の偏光子２８によって伝達される。この構成では強度は低いが、信号／ノイズ比は励起光の直接伝達に対して増大する。好ましくは、第２の偏光子４０は空気／液体界面での励起光の減偏光を回避するため、第２の媒体４２を構成する液体に直接、接している。
【０１０４】
図７に示すもう一つの実施態様によれば、第１の薄片２８は、互いに連通して又はしなくて良い複数のマイクロ室又はマイクロチャンネル（又は井戸）４８を含む。マイクロ室４８は好ましくはマトリクスとして配置され、例えばマイクロ室４８は第１の薄片２８に形成又は蝕刻される。第１の薄片２８の面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点間の距離の調整に参加する厚さＥはその場合、マイクロ室４８の底部と第１の薄片２８の面２８Ｂ間の、光軸に沿って測定される距離である。
【０１０５】
図８に示す代替例によれば、マイクロ室４８は前記着脱可能薄片４６の厚みＥ２全体に形成され、第１の薄片２８の面２８Ｂとマイクロレンズ３４の頂点間の距離調整に参加する厚さはその場合、スライド４５の厚みＥ１である。
【０１０６】
一代替例によれば、複数のマイクロ室４８は、流体、例えばサンプル４を、画像化システム６の光学系１７に組み込まれる流体駆動手段を用いて流動させる目的の、サンプルのための複数の流動部又はマイクロチャンネルを形成する。既知の方法では、この駆動手段はマイクロポンプ、マイクロバルブ等である。
【０１０７】
マイクロ室４８又はマイクロチャンネルは、例えば画像化システム６の光学系１７に関して観測を並行することによるスクリーニングを実行するために用いられる。既知の方法において、並行観測により実験の再現、数個の細胞種及び/又は細胞密度の調査、空間構成、試薬濃度、培養条件の変更等が可能になる。
【０１０８】
次いで、各マイクロ室４８又はマイクロチャンネルから到来する光学信号を記録して、各マイクロ室４８又はマイクロチャンネルの画像を再構築する。
【０１０９】
有利なことに、各マイクロ室４８又はマイクロチャンネルの画像は、通常の光学顕微鏡透過でなされる観測とは反対に、各井戸又は調査対象部４８の下面全体に対応する。
【０１１０】
並行調査を実行することを目的とするもう一つの実施態様を図９に示す。装置はその場合、同一電子制御器８により操作される複数の画像化システム６を含む。その場合、コンピュータシステム１０は各画像化システム６から到来する信号を同期して又は交互に管理する。
【０１１１】
もう一つの代替例によれば、装置は数個の電子制御器８によって並列に操作される複数の画像化システム６を含む。限定された数の電子制御器８を用いることにより、本発明による画像化システムとコンピュータシステム１０間のインターフェース機能を集中化することができる。
【０１１２】
好ましくは、これ等画像化システム６は単一の電子回路８に設けられ、且つ／或いはハウジング内、又はラック上に組み立てられて、操作者による取扱を簡単にし、培養器１４内の装置により取られる空間を制限する。
【０１１３】
図１０及び１１に示す２つの実施態様によれば、第１の薄片２８は夫々、細胞培養を目的とする井戸プレート又は瓶の底壁である。
【０１１４】
有利には、細胞培養用井戸プレート（又はマイクロプレート）及び瓶の壁は滅菌され、細胞の粘着に利する表面処理、例えば細胞外マトリクスのタンパク質の付着又は酸素プラズマ処理がなされる。滅菌及び表面処理はこれ等支持体上、特に対象５の支持面２８Ａ上の細胞、好ましくは粘着細胞の拡がりと成長を向上する。
【０１１５】
図１０に本発明による、サンプルを特性決定及び検出する装置の実施態様を示す。ここで、第１の薄片２８は井戸プレート又はマイクロプレートの底部である。
【０１１６】
マイクロプレート５０は台板５２、複数の井戸５６を有する支持部５４及び蓋５８を含む。蓋は支持部５４上に設置され、そしてまた支持部は台板５２上に設置される。蓋はサンプル４、特に細胞培養媒体の蒸発を防止する。
【０１１７】
マイクロプレート５０の支持部５４は下方延長部６８を含む。下方延長部６８を有する支持部５４の全高さは井戸５６の高さより大きい。斯くして、下方延長部６８はマイクロプレートの台板５２に対して井戸５６の底部６０を、例えば少なくとも１ｍｍ引き上げることができる。井戸５６の底部６０と台板６０間のこの利用可能な空間は画像化システム６及び電子制御器８のためのものである。
【０１１８】
更に、マイクロプレート５０の支持部５４の下方延長部６８の４つのコーナー部はカーブ半径３．１８±１．６ｍｍで丸みが付けられており、マイクロプレート５０の操縦ロボットがマイクロプレート５０をこれ等コーナー部で把握できるようにする。
【０１１９】
装置はまた、本発明による画像化システム６を複数含んで、異なる井戸５６に含まれるサンプルに付き並行調査を実施できるようにする。
【０１２０】
この実施態様においては、各画像化システム６の第１薄片２８はマイクロプレートの支持部５４の下に置かれる画像化システムの全部により共有される。対象５、好ましくは粘着細胞２２を支持する目的の第１薄片２８の面２８Ａはマイクロプレート５０の壁１組の底部６０を形成する。底部６０は好ましくは平坦、且つサンプル４の対象５によって送られる光線に対して透過性である。
【０１２１】
この目的のため、第１薄片２８はガラス又はプラスティックから成り、生物医学的装置等で用いられるクラス６ＵＳＰ接着剤等の生体適合性接着剤を用いて井戸５６の下に接着され、井戸５６の底部６０を形成するようにする。
【０１２２】
計量マーキングが井戸５６の底部６０を形成する第１薄片２８に、好ましくはマイクロレンズと対向するその下面２８Ｂに付着又は蝕刻される。計量マーキングは好ましくは線厚み４μｍの、ミリメートル毎に離隔された３０μｍの十字標である。これ等マークは生成画像上に現れる。計量マーキングは細胞の寸法を測定するための基準スケールを提供し、そしてコンピュータシステム１０を用いる画像処理動作中の画像の再度フレーム化を容易にする。
【０１２３】
井戸５６の底部以外のマイクロプレート５０の壁（台板５２、支持部５４、井戸５６の壁及び蓋５８）はポリスチレン又はポリプロピレンから成る。
【０１２４】
更に、これ等の壁の全部又は一部はサンプル４の対象５によって送られる光線に対して透過性である。その場合、マイクロプレート５０とマイクロプレート５０の下部に組み立てられる画像化システム６は暗室に設置され、外部光からの妨害を防止する。
【０１２５】
一代替例によれば、これ等壁の全部又は一部は黒色又は白色で不透明である。既知の方法では、不透明及び白色壁を有するマイクロプレートは特にルミネセンス実験に用いられる。
【０１２６】
好ましくは、マイクロプレート５０の壁は第１薄片２８を除いて、不透明及び黒色とし、外部光妨害を防止する。この第１薄片２８はサンプルの対象５によって送られる光線に対して透明性であり、例えばガラス又はプラスティックから成る。
【０１２７】
壁が不透明で黒色のとき、対象５の画像化のため蓋５８で覆ったマイクロプレート５０を、暗室内に置く必要はない。実際、蓋５８をしたマイクロプレート５０は暗室として作用する。そのようなマイクロプレート５０は特に、蛍光実験に適している。
【０１２８】
蓋が完全に黒であれば、単数又は複数の光源１８は蓋５８に、マイクロプレート５０の井戸５６内に収容されたサンプルに対向して固定される。
【０１２９】
図１０に示す実施態様では、各画像化システム６は一つの光源１８を含み、従って、単一井戸と連携して、その内部でサンプルを照射する。
【０１３０】
光源１８は例えば、発光シート、即ちＣｒｅｅ社(Durham, USA）によって市販されているＸＬａｍｐ等の平型ＬＥＤである。
【０１３１】
光源はまた、蓋が透明であればその外面に、蓋が不透明で黒であれば各井戸５６の上方に設けて、各井戸５６の内部を照射することができる。
【０１３２】
一般に、熱を殆ど放出しない光源１８が選ばれ、サンプル４の加熱及び蒸発を制限する。
【０１３３】
光学素子のマトリクス３０を上にのせた光センサ２６のマトリクス２４は、マイクロプレート５０の各井戸５６の下に位置付けられ、マイクロプレート５０の各井戸５６の底部上に配置された対象５を見るようにされ、特に各井戸内のサンプル４、好ましくは細胞の画像を生成できるようにする。厚さＥはそのとき、図４の実施態様におけると同様に、第１薄片２８の厚みである。
【０１３４】
斯くして、数回の実験が行われ、マイクロプレート５０の異なる井戸５６で同時に映像化される。
【０１３５】
各画像化システム６は、画像化システムと装置の電子制御器（単、複）８間のインターフェースの生成を可能にする電子基板６２又は印刷回路上に組み立てられる。
【０１３６】
図１０に示すこの実施態様の一構成では、複数の画像システムが電子基板６２により単一電子制御器８に接続され、本発明の画像化システムとコンピュータシステム１０間のインターフェース機能を集中化する。
【０１３７】
電子基板６２の種々の電子部品を接続する電気経路は、湿潤大気からの保護のため、印刷回路内に埋め込まれるか、保護ワニスで覆われる。
【０１３８】
電子基板６２はコンピュータシステム１０に、基板６２に接続された電子ポート６４と、一方で該ポートに接続され、他方でコンピュータシステム１０に接続されたケーブル６６を介して接続される。孔７０がマイクロプレート５０の下方延長部６８を貫通し、接続ポート６４とコンピュータシステム１０を接続するケーブル６６を通す。
【０１３９】
例えば、画像システム６は複数井戸に対向する、電子基板６２の一方の面に連結され、ポート６４と電子制御器８が他の面に接続される。
【０１４０】
もう１つの構成によれば各画像システム６は、電子制御器８と接続ポート６４が組み立てられた電子親基板にコネクタにより接続される電子子供基板に接続され、組み立てられる。
【０１４１】
電子基板（単、複）６２は機械的固定手段と、マイクロプレート５０と電子基板（単、複）６２間に配置された支承点を用いて、マイクロプレート５０に固定される。
【０１４２】
既知の方法で画像のコンピュータシステム１０への高伝送速度を確保するため、接続ポート６４をＵＳＢ２，ＦｉｒｅＷｉｒｅ, Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｇｉｇａｂｉｔ 、又はＣａｍＬｉｎｋポートとする。
【０１４３】
もう１つの代替例によれば、コンピュータシステム１０と電子基板６２間の２方向通信が送信機及び受信機によってなされ、画像化システム６（単、複）用の電源は装置に近い電池又はバッテリーによって提供される。
【０１４４】
光センサ２６のマトリクス２４の寸法により、それが対向して配置される井戸５６の底部の全部又は一部のみを覆うことが可能になる。更に、光学素子のマトリクス３０の寸法は、それが対向して配置される光センサ２６のマトリクス２４の寸法に実質的に等しい。
【０１４５】
例えば、光センサ２６の各マトリクス２４は、径９ｍｍの円形井戸下に置かれるとき、面積が３．６ｍｍ×２．７ｍｍである。
【０１４６】
もう１つの例では、光センサ２６の各マトリクス２４は、径１８ｍｍの円形井戸下に置かれるとき、面積が６．４ｍｍ×４．６ｍｍである。
【０１４７】
各画像化システム６に付いて、マトリクス２４及び３０の中心は井戸の中心と一直線上に並ぶ。
【０１４８】
寸法が井戸の径より小さい光センサ２６のマトリクス２４と光学素子のマトリクス３０を用いると、井戸の縁部に位置付けられ、挙動が細胞集団のものを表さないと考えられることの多い複数の細胞を画像化することができる。
【０１４９】
マイクロプレート５０の寸法は、Society for Biomolecular Screening (SBS)の推奨する仕様：ＡＮＳI/ＳＢＳ １−２００４〜１４−２００４の正当性を証明している。詳しくは、マイクロプレートは長さが１２７．７６±０．５ｍｍ、幅が８５．４８±０．５ｍｍである。
【０１５０】
マイクロプレート５０は井戸２×３、３×４、４×６、６×８、８×１２、１６×２４又は３２×４８のアレイを有する。
【０１５１】
画像化システム６を備えるマイクロプレート５０の支持部５４の全高は１４．３５ｍｍ〜３５．００ｍｍであって、即ち井戸５６の、第１薄片２８に接する端部とは反対側に端部と、延長部６８の、台板５２に接する端部間の、光センサ２６の光軸に沿って測定される距離である。
【０１５２】
第１の薄片２８は例えば、厚み１７５μｍ又は２１０μｍのガラス板、又は厚み１２５μｍの透明なポリスチレンのフィルムである。
【０１５３】
画像化システムと一体化するマイクロプレート５０は就中、細胞増殖研究、毒物学研究、形態分析、運動性分析、走化性分析、ウイルス感染分析、発癌学研究、医薬スクリーニング分析又は細胞挙動に影響する分子の研究のために用いられる。
【０１５４】
電子基板６２は長さ１１５ｍｍ、幅７５ｍｍで、マイクロプレート５０の支持部５４の下方延長部６８に挿入可能なものとする。従って、電子基板のどんな成分もマイクロプレート５０の台板５２に接することはない。更に、この台板５２は電子基板６２を培養器１４内の湿気から保護する。
【０１５５】
本発明による画像化システムは瓶１つ又は数個の内壁上に配置される対象の特性を決定するため、１つ以上の瓶の外壁に当てて配置できる。その際、厚Eは瓶の厚さである。
【０１５６】
図１１に関して、細胞培養瓶８０には培養瓶内の細胞の増殖を監視するため、本発明の画像化システム６が備わる。
【０１５７】
培養瓶８０は既知の様に、ポリスチレン又はポリプロピレンから成り、好ましくは細胞粘着に好ましい表面処理をした瓶である。
【０１５８】
好ましくは、画像化システム６は培養瓶８０の下に設置され、対象、好ましくは瓶８０の、画像化システム６とは反対側の壁である下壁４に接着した細胞２２を画像化する。該下壁は画像化システム６の第１の薄片２８を構成する。従って、下壁８４は本発明による細胞画像化を実行するに適した厚みＥをもつ。
【０１５９】
もう一つの代替例によれば、瓶はガラス又はプラスティックから成る薄片又は板であり、厚みがＥの下壁８４の全部又は一部を除いて、培養瓶はポリスチレンから成る。上記薄片、即ちガラス又はプラスティック板はｃｌａｓｓ６、ＵＳＰ ｇｌｕｅ等の生体適合性接着剤を用いて、培養瓶のポリスチレン壁に接着される。
【０１６０】
図１０に示した実施態様と同様、画像化システム６は電子基板８６を介して電子制御器８に接続される。ケーブル９２に接続される電子ポート９０は電子基板８６に組み立てられ、電子制御器８を装置のコンピュータシステム１０に接続する。
【０１６１】
更に、電子基板８６は機械的固定手段８８Ａ，８８Ｂと、下壁８４と電子基板間に配置される支承点を用いて、瓶８０の下壁に固定される。
【０１６２】
更に、光源１８は瓶８０の上壁に固定される。更に、瓶はサンプル４を例えば細胞培養媒体の蒸発から防止するストッパー８２を含む。
【０１６３】
培養瓶８０と画像化システム６と光源１８を上下方向に積み重ね、培養器１４の内部の空間をセーブすることができる。その場合、発光シート等の非常に平坦な光源が選ばれ、培養瓶のサンプルを照射するようにすることによって、瓶と画像化システムを積み重ねし易くする。別の種の光源が選ばれる場合、光源用の空間が固定手段及び支承点を用いて、各培養瓶の上方に確保される。
【０１６４】
コンピュータシステム１０によって収集される画像は、コンピュータサーバを用いて遠隔視認することができる。細胞の画像に遠隔アクセスするユーザは、細胞の培養媒体を変更する、又は新しい培養瓶に細胞を移すことを決めるか、決めない。
【０１６５】
較正寸法のマイクロビーズをサンプルに導入して、生成画像から媒体の温度を測定することができる。実際、既知の方法にて、マイクロビーズは画像上に現れ、２つの相続画像間のマイクロビードの移動はブラウン運動、即ち温度に依存する。従って、２つの相続画像間のマイクロビードの移動の測定はストークス・アインスタイン方程式：
Ｔ＝３πｒη<ｄ２＞／ｋｔ
を用いての温度推定を可能にする。ここで、ｒはマイクロビードの半径、ηは媒体の粘度、<ｄ２＞は時間ｔ中のマイクロビードの走行距離の２乗、ｋはボルツマン定数（ｋ＝１，３８０６５０４．１０−２３Ｊ．Ｋ−１）である。
【０１６６】
画像上のビーズの位置の正確な測定は、画像化システムの実施態様（マイクロプレート、培養瓶等）とは無関係に、先に参考として示したように、基準として上記の、薄片上の付着又は蝕刻計量マーキングを用いることによって為される。
【０１６７】
画像化システム及びシステム付設装置は、画像を光学的に、特に細胞を検出及び特性決定することを目的とする。
【０１６８】
マイクロレンズは光をできるだけ多く収集するため、サンプルの部分から到来する光をシリコンの対応する感知部分に焦点化する。光強度は各光センサによって積分される。マイクロレンズのマトリクスは、光センサのマトリクスによって与えられる空間の分割（離散化）を修正・変更する。
【０１６９】
更に、第１の薄片２８は、これの表面に付着する細胞等の低コントラスト対象、特にこれ等対象の輪郭の視覚化に利する回折及び干渉効果をもたらす。
【０１７０】
画像化システム６のフィールドは光センサ２６のマトリクス２４の寸法に対応する。一例として、このフィールドは通常の顕微鏡に対して、面積数ｍｍ２の、そして上限数ｃｍ２までの矩形に亘って拡げられる。現在、得られる画像は通常の顕微鏡法における×４の拡大倍率に対応するが、通常のディジタル開口対象（opening objective）に対して約３．５×４．５ｍｍ２のより大きいフィールドに亘って対応する。画像の拡大倍率は、第１の薄片２８のサンプル支持面２８Ａとマイクロレンズ３４の頂点間の距離によって異なる。実際、サンプル４又は対象２２が光センサ２６のマトリクス２４から離間しているとき、サンプル又は対象の画像は増大する数の光センサ２６に亘って拡げられる。
【０１７１】
解像度は画素の大きさによるが、マイクロレンズの焦点距離、サンプル４又は対象２２と光センサのマトリクス間の距離及び媒体３６の屈折率ｎに依存する。
【０１７２】
装置は寸法がより小さく、好ましくは辺が１０ｃｍの立方体のもので、培養器内に設置がより簡単である。
【０１７３】
寸法を小さくすると、赤血球計数等の患者のベッドへの使用を考慮して装置の可搬性が良好になり、細胞培養室にコンピュータの存在を付加するのみで培養器に直接設置できる。
【０１７４】
本発明を、細胞から成るサンプルでの生物学的応用の文脈で以上記載した。だが、他の分野、例えば細菌、酵母菌、真菌類、藻類、リポソーム、合成粒子の視認及び/又は第１の薄片２８上のリザーバ内の結晶形成の視認等の、物理化学現象に対する光学的応答の検出に応用可能である。
【符号の説明】
【０１７５】
２ 検出・特性決定装置
４ サンプル
５ 対象、例えば細胞
６ 画像化システム
８ 電子制御器
１０ コンピュータシステム
１２ マンマシーンインターフェース
１４ 培養器
１６ ＣＯ２レベル監視・調整手段
１７ 光学系
１８ 光源
２０ 光源制御手段
２２ 細胞、粘着生物細胞
２４ 光センサのマトリクス
２６ 光センサ
２８ 透明薄片
２８Ａ、２８Ｂ その支持面
３０ 光学素子のセット
３２ マイクロレンズのマトリックス
３４ マイクロレンズ
３６ 光学媒体
３７ 分離素子
３８ キュベット
４０ 第２の薄片
４２ 第２の媒体
４３ 分離手段
４４ 調整手段
４５ スライド
４６ 薄片
４８ マイクロ室（井戸）
５０ マイクロプレート
５２ 台板
５４ サポート
５６ 井戸
５８ 蓋
６０ 井戸底
６２ 電子基板
６４ 電子ポート
６６ ケーブル
６８ 下方延長部
７０ 開口
８０ 細胞培養瓶
８２ ストッパー
８４ 瓶底壁部
８６ 電子基板
８８Ａ、８８Ｂ 機械的固定手段
９０ 電子ポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル（４）を画像化するためのシステムであって、光センサ（２６）のマトリクス（２４）と、光センサマトリクス（２４）に対向して配置され、且つサンプル支持面（２８Ａ）を画成する第１の薄片（２８）と、光センサマトリクス（２４）と第１の薄片（２８）の間に配置された光学素子のセット（３０）とを含み、該光学素子のセット（３０）がマイクロレンズ（３４）のマトリクス（３２）を含に、マイクロレンズ（３４）はフォトセンサのマトリックス（２４）の各フォトセンサ（２６）上に位置するサンプル画像化システムであって、光学素子のセット（３０）がマイクロレンズマトリクス（３２）と第１の薄片（２８）との間に配置される光学媒体（３６）を含むこと、該光学媒体（３６）の屈折率が実質的に１とマイクロレンズ（３４）の屈折率の間にあること、及びサンプル支持面（２８Ａ）とマイクロレンズ（３４）の頂点の間の、光センサ（２６）の光軸（Ｚ）に沿って測られる距離が実質的に０〜１５００μｍであるようにして成ること、を特徴とする画像化システム。
【請求項２】
サンプル支持面（２８Ａ）とマイクロレンズ（３４）の頂点の間の距離が−１５０×Ｆ×ｎ＋４００×Ｆ以下、ここでＦは空気中で測られるマイクロレンズの焦点距離、ｎは光学媒体（３６）の屈折率であり、及び光学媒体（３６）の屈折率が実質的に１〜１．６４であるようにして成ることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項３】
サンプル（４）の照射を目的とする光源（１８）を含んで、該光源（１８）がサンプル（４）の上方に配置されて透過画像を生成するようにして成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像化システム。
【請求項４】
サンプル（４）の照射を目的とする光源（１８）を含んで、該光源（１８）が画像化システム（６）の第１の薄片（２８）に対して、画像化システム（６）の光軸に直角に照射するように配置されて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像化システム。
【請求項５】
光源（１８）が２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長で照射し得るようにして成ることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像化システム。
【請求項６】
光源（１８）を白色光として成ることを特徴とする請求項５に記載の画像化システム。
【請求項７】
光学媒体（３６）を液体として成ることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項８】
前記液体及びサンプルを含有するキュベット（３８）を含んで成ることを特徴とする請求項７に記載の画像化システム。
【請求項９】
第２の薄片（４０）を含んで、サンプル（４）が第１の薄片（２８）と第２の薄片（４０）との間に位置して成ることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１０】
第１の薄片（２８）におけるサンプル（４）の支持面（２８Ａ）が光センサのマトリクスに対向して配置されて成ることを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１１】
第１の薄片（２８）がスライド（４５）と、スライド（４５）に平行して着脱可能な、且つサンプル（４）の支持面（２８Ａ）を画成する薄片（４６）とを含んで成ることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１２】
サンプル（４）の支持面（２８Ａ）とマイクロレンズ（３４）の頂点間の、光センサ（２６）の光軸（Ｚ）に沿って測定される距離を調整するための手段を含んで成ることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１３】
第１の薄片（２８）が複数のマイクロ室（４８）又はマイクロチャンネルを含んで成ることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１４】
光センサが生物発光、化学発光又は蛍光によって２００ｎｍ〜８００ｎｍで発せられる光を検出できるようにして成ることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１５】
サンプル（４）が細胞（５）であること、及びマイクロレンズ（３４）に連携する光センサ（２６）は、細胞（５）が第１の方向に隣接光センサ少なくとも２つにより覆われ、第２の方向に隣接光センサ他の２つにより覆われるように配置されて成ることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１６】
各マイクロレンズの開口径が細胞の最小横方向寸法より少なくとも２倍小さいこと、近接する隣接マイクロレンズ２つの光軸間の距離がマイクロレンズ１つの開口径の少なくとも３０％より小さく、マイクロレンズ１つの開口径がマイクロレンズを形成する平ジオプターと凸ジオプターの交差部の径であること、及び、細胞の最小横方向寸法が細胞の重心を通り、サンプルの支持面（２８Ａ）に平行する面で測定される細胞の最小寸法であるようにして成ることを特徴とする請求項１５に記載の画像化システム。
【請求項１７】
各マイクロレンズの開口径が実質的に０．７〜１０μｍであるようにして成ることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の画像化システム。
【請求項１８】
サンプル（４）を検出及び特性決定するための装置（２）であって、請求項１〜１７の何れか１つに記載の画像化システム（６）と、電子制御器（８）と、画像化システム（６）の制御を目的とするコンピュータシステム（１０）とを含んで成ることを特徴とする装置。
【請求項１９】
電子制御器（８）によって並列操作される、請求項１〜１７の何れか１つに記載の画像化システム（６）少なくとも２つを含んで成ることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
第１の薄片（２８）が隣接する画像化システム（６）少なくとも２つによって共有されて成ることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
画像化システム（６）とサンプル（４）が設置される培養室（１４）を含んで成ることを特徴とする請求項１８〜２０の何れか１つに記載の装置。
【請求項１】
サンプル（４）を画像化するためのシステムであって、光センサ（２６）のマトリクス（２４）と、光センサマトリクス（２４）に対向して配置され、且つサンプル支持面（２８Ａ）を画成する第１の薄片（２８）と、光センサマトリクス（２４）と第１の薄片（２８）の間に配置された光学素子のセット（３０）とを含み、該光学素子のセット（３０）がマイクロレンズ（３４）のマトリクス（３２）を含に、マイクロレンズ（３４）はフォトセンサのマトリックス（２４）の各フォトセンサ（２６）上に位置するサンプル画像化システムであって、光学素子のセット（３０）がマイクロレンズマトリクス（３２）と第１の薄片（２８）との間に配置される光学媒体（３６）を含むこと、該光学媒体（３６）の屈折率が実質的に１とマイクロレンズ（３４）の屈折率の間にあること、及びサンプル支持面（２８Ａ）とマイクロレンズ（３４）の頂点の間の、光センサ（２６）の光軸（Ｚ）に沿って測られる距離が実質的に０〜１５００μｍであるようにして成ること、を特徴とする画像化システム。
【請求項２】
サンプル支持面（２８Ａ）とマイクロレンズ（３４）の頂点の間の距離が−１５０×Ｆ×ｎ＋４００×Ｆ以下、ここでＦは空気中で測られるマイクロレンズの焦点距離、ｎは光学媒体（３６）の屈折率であり、及び光学媒体（３６）の屈折率が実質的に１〜１．６４であるようにして成ることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項３】
サンプル（４）の照射を目的とする光源（１８）を含んで、該光源（１８）がサンプル（４）の上方に配置されて透過画像を生成するようにして成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像化システム。
【請求項４】
サンプル（４）の照射を目的とする光源（１８）を含んで、該光源（１８）が画像化システム（６）の第１の薄片（２８）に対して、画像化システム（６）の光軸に直角に照射するように配置されて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像化システム。
【請求項５】
光源（１８）が２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長で照射し得るようにして成ることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像化システム。
【請求項６】
光源（１８）を白色光として成ることを特徴とする請求項５に記載の画像化システム。
【請求項７】
光学媒体（３６）を液体として成ることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項８】
前記液体及びサンプルを含有するキュベット（３８）を含んで成ることを特徴とする請求項７に記載の画像化システム。
【請求項９】
第２の薄片（４０）を含んで、サンプル（４）が第１の薄片（２８）と第２の薄片（４０）との間に位置して成ることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１０】
第１の薄片（２８）におけるサンプル（４）の支持面（２８Ａ）が光センサのマトリクスに対向して配置されて成ることを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１１】
第１の薄片（２８）がスライド（４５）と、スライド（４５）に平行して着脱可能な、且つサンプル（４）の支持面（２８Ａ）を画成する薄片（４６）とを含んで成ることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１２】
サンプル（４）の支持面（２８Ａ）とマイクロレンズ（３４）の頂点間の、光センサ（２６）の光軸（Ｚ）に沿って測定される距離を調整するための手段を含んで成ることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１３】
第１の薄片（２８）が複数のマイクロ室（４８）又はマイクロチャンネルを含んで成ることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１４】
光センサが生物発光、化学発光又は蛍光によって２００ｎｍ〜８００ｎｍで発せられる光を検出できるようにして成ることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１５】
サンプル（４）が細胞（５）であること、及びマイクロレンズ（３４）に連携する光センサ（２６）は、細胞（５）が第１の方向に隣接光センサ少なくとも２つにより覆われ、第２の方向に隣接光センサ他の２つにより覆われるように配置されて成ることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１つに記載の画像化システム。
【請求項１６】
各マイクロレンズの開口径が細胞の最小横方向寸法より少なくとも２倍小さいこと、近接する隣接マイクロレンズ２つの光軸間の距離がマイクロレンズ１つの開口径の少なくとも３０％より小さく、マイクロレンズ１つの開口径がマイクロレンズを形成する平ジオプターと凸ジオプターの交差部の径であること、及び、細胞の最小横方向寸法が細胞の重心を通り、サンプルの支持面（２８Ａ）に平行する面で測定される細胞の最小寸法であるようにして成ることを特徴とする請求項１５に記載の画像化システム。
【請求項１７】
各マイクロレンズの開口径が実質的に０．７〜１０μｍであるようにして成ることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の画像化システム。
【請求項１８】
サンプル（４）を検出及び特性決定するための装置（２）であって、請求項１〜１７の何れか１つに記載の画像化システム（６）と、電子制御器（８）と、画像化システム（６）の制御を目的とするコンピュータシステム（１０）とを含んで成ることを特徴とする装置。
【請求項１９】
電子制御器（８）によって並列操作される、請求項１〜１７の何れか１つに記載の画像化システム（６）少なくとも２つを含んで成ることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
第１の薄片（２８）が隣接する画像化システム（６）少なくとも２つによって共有されて成ることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
画像化システム（６）とサンプル（４）が設置される培養室（１４）を含んで成ることを特徴とする請求項１８〜２０の何れか１つに記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１２−５２９０２５（Ｐ２０１２−５２９０２５Ａ）
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１３６６０（Ｐ２０１２−５１３６６０）
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５１０７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３９９００
【国際公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＥＴＨＥＲＮＥＴ
【出願人】（５１１２９３５４８）
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ‘ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５１０７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３９９００
【国際公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＥＴＨＥＲＮＥＴ
【出願人】（５１１２９３５４８）
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ‘ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ
【Ｆターム（参考）】
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