本發(fā)明涉及成像光學(xué)測(cè)量裝置和光學(xué)成像方法。特別是，本發(fā)明涉及用于生物樣本的成像光學(xué)測(cè)量裝置和方法。

背景技術(shù)：

在如今的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，光學(xué)測(cè)量發(fā)揮著重要作用。例如，熒光測(cè)量可用于定性或定量分析生物樣本。在該過程期間中，收集從被包含在生物樣本中的特定靶再發(fā)射的熒光，然后可以基于檢測(cè)到的熒光來表征樣本。在這些過程中使用的樣本體積可能相當(dāng)小。例如，在用于表征含有通過聚合酶鏈反應(yīng)(pcr)擴(kuò)增的核苷酸的樣本的分析儀中，僅僅幾微升或更少的樣本體積并不少見。因此，包含在特定樣本中的熒光分子或?qū)嶓w的數(shù)量可能相當(dāng)少。這又可能導(dǎo)致再發(fā)射光的的熒光強(qiáng)度相當(dāng)?shù)?，因此pcr分析儀中光學(xué)測(cè)量裝置的信號(hào)強(qiáng)度相應(yīng)也是低的。

在這種情況下，一種策略可以是增加光學(xué)采樣過程的積分時(shí)間以考慮低信號(hào)強(qiáng)度。然而，分析器時(shí)間是有價(jià)值的商品，所以簡(jiǎn)單地延長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的積分時(shí)間在許多情況下可能不是可行的或期望的選擇。此外，簡(jiǎn)單地增加采樣時(shí)間也可能例如由于噪聲或樣本劣化而引起其他問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一一般方面，光學(xué)測(cè)量裝置包括：限定樣本平面的樣本保持器，其中所述樣本保持器被構(gòu)造成布置樣本載體，所述樣本載體包括在所述樣本平面中的測(cè)量位置陣列；照明單元，其被構(gòu)造成照亮所述樣本平面；檢測(cè)器；和光學(xué)成像系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將包括所述測(cè)量位置陣列的樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括兩個(gè)以上曲面反射元件，所述兩個(gè)以上曲面反射元件適于以在2:1與1:2之間的放大率將所述樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，并且所述檢測(cè)器被構(gòu)造成一次性獲取所述測(cè)量位置陣列中所有測(cè)量位置的圖像。

在本發(fā)明的第二一般方面，描述了一種用于生物樣本的光學(xué)測(cè)量裝置。用于進(jìn)行熒光檢測(cè)的光學(xué)測(cè)量裝置包括：限定樣本平面的樣本保持器，所述樣本保持器被構(gòu)造成布置樣本載體，所述樣本載體包括在所述樣本平面中的測(cè)量位置陣列；照明單元，其被構(gòu)造成以透射照明設(shè)置來照亮所述樣本平面；檢測(cè)器；和光學(xué)成像系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將包括二維測(cè)量位置陣列的樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括兩個(gè)以上曲面反射元件，所述兩個(gè)以上曲面反射元件適于將所述樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，并且所述照明系統(tǒng)的輸出數(shù)值孔徑大于所述成像系統(tǒng)的輸入數(shù)值孔徑。

在本發(fā)明的第三一般方面中，一種用于對(duì)具有包含樣本的測(cè)量位置陣列的樣本載體進(jìn)行成像的方法包括：照亮所述測(cè)量位置陣列，一次性收集從所述測(cè)量位置陣列中所有測(cè)量位置發(fā)射的光，通過使用兩個(gè)以上曲面反射元件將收集的光成像到檢測(cè)器上，所述曲面反射元件適于以在2:1和1:2之間的放大率將樣本平面成像到檢測(cè)器上。

第一和第二一般方面的裝置和第三一般方面的方法可以具有一個(gè)以上以下優(yōu)點(diǎn)。

首先，本發(fā)明的裝置和方法可以允許在一些情況下更快速地檢測(cè)從樣本的不同測(cè)量位置(例如，微孔板的不同孔)發(fā)射的信號(hào)(例如，熒光)。例如，一些現(xiàn)有技術(shù)的分析器順序地掃描不同的測(cè)量位置。與此相反，本發(fā)明的技術(shù)可以在一些情況下促成同時(shí)成像和捕獲不同的測(cè)量位置(例如，微孔板的多個(gè)或甚至所有的孔)。

其次，通過使用本發(fā)明的技術(shù)，與一些現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)測(cè)量裝置相比，在一些示例中，光學(xué)測(cè)量裝置可以以不那么復(fù)雜的方式構(gòu)造。如已經(jīng)提到的，一些現(xiàn)有技術(shù)的裝置使用順序方法來掃描不同的測(cè)量位置(例如，微孔板的孔)。這可能需要適于移動(dòng)樣本或成像光學(xué)器件或有源光學(xué)部件(例如，數(shù)字微鏡裝置)的致動(dòng)器，有源光學(xué)部件適于改變光學(xué)測(cè)量裝置的照明圖案，以按順序?qū)ぶ凡煌臏y(cè)量位置。這些布置方式在一些示例中可能需要大量的移動(dòng)零件或相當(dāng)昂貴的零件。本發(fā)明的技術(shù)可以通過同時(shí)對(duì)多個(gè)(例如，所有)測(cè)量位置成像來至少部分地使得這樣的元件變成多余。

第三，作為使用反射元件和較低放大率的結(jié)果，本發(fā)明的成像裝置可能經(jīng)歷較低水平的光學(xué)像差。同時(shí)，可以以成效比較高的方式實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)偷南癫钏?。一方面，本發(fā)明的成像裝置通過使用反射元件可以具有相當(dāng)?shù)偷纳睢Ｒ虼?，本發(fā)明的成像裝置在一些示例中可能不需要補(bǔ)償元件來補(bǔ)償色差(或者可以通過使用不太復(fù)雜的補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)相同水平的補(bǔ)償)，在某些基于透鏡的成像系統(tǒng)中可能采用補(bǔ)償元件。

另一方面，在一些示例中，本發(fā)明成像裝置的較低放大率可以減小像差的水平。這一點(diǎn)在分析相應(yīng)小容器中包含的小樣本量時(shí)可能是特別值得關(guān)注的。例如，微孔板的孔直徑可以小于50μm，微孔板的兩個(gè)孔之間的距離可以小于40μm。然而這種尺寸像差的成像結(jié)構(gòu)可能是受到特別關(guān)注的，因?yàn)橛捎谙癫睿軣o法清楚地分辨來自不同測(cè)量位置的光。

一些現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)測(cè)量裝置配備有放大率較高(例如，20倍以上)的成像元件。這會(huì)增加光學(xué)像差的水平，以及/或者會(huì)使得對(duì)像差引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償變得更加困難和/或昂貴。例如，一些具有高放大率的基于透鏡的系統(tǒng)采用具有多個(gè)透鏡的顯微鏡物鏡來補(bǔ)償當(dāng)僅使用兩個(gè)透鏡時(shí)將發(fā)生的像差。這會(huì)使成像系統(tǒng)更昂貴并且容易出錯(cuò)。因此，在一些示例中，本發(fā)明的成像裝置可以降低光學(xué)測(cè)量裝置的復(fù)雜性、成本并提高可靠性。

第四，本發(fā)明的技術(shù)可以提供相當(dāng)大的視場(chǎng)，同時(shí)提供較大的數(shù)值孔徑。以這種方式，可以同時(shí)檢測(cè)不同的測(cè)量位置，同時(shí)從每個(gè)測(cè)量位置收集相當(dāng)大數(shù)量的光子(并且因此縮短了測(cè)量持續(xù)時(shí)間)。在一些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)(例如，熒光顯微鏡)中，視場(chǎng)可能小于本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)類似數(shù)值孔徑時(shí)的成像裝置中的視場(chǎng)(例如，由于高數(shù)值孔徑的物鏡傾向于具有高放大率并因此具有小視場(chǎng))。

特別是，本發(fā)明的技術(shù)可以通過使用透射照明單元來照亮與成像系統(tǒng)分開的樣本來實(shí)現(xiàn)高數(shù)值孔徑。以這種方式，樣本可以用相當(dāng)大的輸出側(cè)數(shù)值孔徑照亮而不干擾系統(tǒng)的成像側(cè)。作為相當(dāng)大的照明側(cè)數(shù)值孔徑的結(jié)果，相當(dāng)大數(shù)量的光子到達(dá)樣本并且可用于引起熒光響應(yīng)。在使用落射照明設(shè)置的一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，其中照明光至少部分地通過與熒光相同的光學(xué)元件(例如，通過顯微鏡物鏡)，使用高照明側(cè)數(shù)值孔徑可能是不可行的。在這些系統(tǒng)中，照明單元的輸出數(shù)值孔徑不能(過多)大于成像系統(tǒng)的輸入側(cè)數(shù)值孔徑。

在已經(jīng)提供了對(duì)本發(fā)明技術(shù)的概述之后，在下面的段落中，將討論在本發(fā)明中以特定方式使用的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)。

本發(fā)明中使用的術(shù)語(yǔ)“光”包括但不限于可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。在一些示例中，光可以包括波長(zhǎng)超過150nm且低于10,000nm(例如，波長(zhǎng)在350nm與1500nm之間)的輻射。

本發(fā)明中使用的術(shù)語(yǔ)“冷光(luminescentlight)”包括熒光(例如，作為單重態(tài)-單重態(tài)躍遷的結(jié)果產(chǎn)生的光)和磷光(例如，由三重態(tài)-單重態(tài)躍遷產(chǎn)生的光)。

術(shù)語(yǔ)“測(cè)量位置陣列”包括兩個(gè)以上測(cè)量位置的任何空間布置。在一個(gè)示例中，測(cè)量位置陣列可以包括n×m個(gè)測(cè)量位置(n和m是大于零的整數(shù)，其中m和n中的至少一個(gè)是大于1的整數(shù))的矩形陣列。然而，在其他示例中，測(cè)量位置的陣列包括測(cè)量位置的非矩形陣列(例如，測(cè)量位置的圓形陣列)。測(cè)量位置陣列可以以規(guī)則或不規(guī)則的方式布置測(cè)量位置。在一個(gè)示例中，測(cè)量位置陣列包括被構(gòu)造成包含生物樣本的n×m個(gè)容器陣列(n和m是大于零的整數(shù)，其中m和n中的至少一個(gè)是大于1的整數(shù))。例如，測(cè)量位置陣列可以包括被構(gòu)造成包含生物樣本的微孔板的n×m個(gè)孔陣列(n和m是大于零的整數(shù)，其中m和n中的至少一個(gè)是大于1的整數(shù))。

術(shù)語(yǔ)“用于生物樣本的光學(xué)測(cè)量裝置”可以包括被構(gòu)造成對(duì)生物樣本進(jìn)行光學(xué)測(cè)量的任何手動(dòng)、半自動(dòng)或自動(dòng)測(cè)量裝置。例如，本發(fā)明的“用于生物樣本的光學(xué)測(cè)量裝置”可以是用于分析生物樣本的分析器或分析工作單元的一部分。

本文所使用的術(shù)語(yǔ)“分析器”/“分析工作單體”/“分析單元”涵蓋可以測(cè)量生物樣本(例如，在為了獲得測(cè)量值使生物樣本與試劑反應(yīng)之后)的分析性質(zhì)的任何裝置或裝置部件。

分析器可操作用于獲得樣本或其組分的參數(shù)值。除了本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置之外，分析器可以包括用以通過一個(gè)以上化學(xué)、生物、物理或其他技術(shù)程序來確定樣本參數(shù)值的測(cè)量裝置。

分析器可操作以測(cè)量樣本的或至少一種分析物的所述參數(shù)，并返回所獲得的測(cè)量值。由分析器返回的可能分析結(jié)果的列表包括但不限于樣本中分析物的濃度、指示樣本中分析物存在與否的定性(是或否)結(jié)果(對(duì)應(yīng)于高于檢測(cè)水平的濃度)、光學(xué)參數(shù)、dna或rna序列、從蛋白質(zhì)或代謝物的質(zhì)譜法獲得的數(shù)據(jù)以及各種類型的物理或化學(xué)參數(shù)。

分析工作單體可以包括用于對(duì)樣本和/或試劑進(jìn)行移液、配量和混合的單元。分析器可以包括用于保持試劑以執(zhí)行試驗(yàn)的試劑保持單元。試劑可以例如以容納單種試劑或試劑組的容器或盒的形式布置，放置在儲(chǔ)存隔室或輸送器內(nèi)的適當(dāng)容器或位置中。它可以包括可消耗的進(jìn)給單元。分析器可以包括過程和檢測(cè)系統(tǒng)，所述過程和檢測(cè)系統(tǒng)的工作流針對(duì)某些類型的分析被優(yōu)化。這種分析器的示例是臨床化學(xué)分析器、凝血化學(xué)分析器、免疫化學(xué)分析器、尿液分析器、血液分析器、核酸分析器，用于檢測(cè)化學(xué)或生物反應(yīng)的結(jié)果或用于監(jiān)測(cè)化學(xué)或生物反應(yīng)的進(jìn)展。

術(shù)語(yǔ)“生物樣本”是指可能含有感興趣分析物的材料。生物樣本可以源自任何生物來源，例如生理流體，包括血液、唾液、眼晶狀體液、腦脊液、汗液、尿、糞便、精液、牛奶、腹水、粘液、滑液、腹膜液、羊水、組織、培養(yǎng)細(xì)胞等。生物樣本可以在使用前進(jìn)行預(yù)處理，例如從血液制備血漿。處理方法可包括離心、過濾、蒸餾、稀釋、濃縮和/或分離包括感興趣的分析物的樣本組分、干擾組分的滅活和試劑的添加。可以從源獲得生物樣本后直接使用，或者經(jīng)過預(yù)處理以改變生物樣本特性后使用。在一些實(shí)施例中，最初為固體或半固體的生物材料可以通過用合適的液體介質(zhì)溶解或懸浮而變成液體。在一些示例中，可能懷疑樣本含有某種抗原或核酸。

在一些示例中，生物樣本可包括通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)從含有核酸的輸入生物樣本中擴(kuò)增的核酸。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種示例性光學(xué)測(cè)量裝置的示意圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明使用落射照明單元和奧夫那(offner)型成像系統(tǒng)的一種示例性光學(xué)測(cè)量裝置。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明使用落射照明單元和奧夫那型成像系統(tǒng)的另一示例性光學(xué)測(cè)量裝置。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明使用透射照明單元和奧夫那型成像系統(tǒng)的一種示例性光學(xué)測(cè)量裝置。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一種示例性分析器。

具體實(shí)施方式

接下來將更詳細(xì)地討論本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置和光學(xué)成像方法。

首先，結(jié)合圖1，將討論根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性光學(xué)測(cè)量裝置。隨后，結(jié)合圖2至圖4，將更詳細(xì)地解釋根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置的變型。最后，結(jié)合圖5，將討論本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置集成在生物樣本的分析器中。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種示例性光學(xué)測(cè)量裝置的示意圖。

該光學(xué)測(cè)量裝置包括：限定了樣本平面的樣本保持器1，所述樣本保持器1被構(gòu)造成布置樣本載體，所述樣本載體包括在樣本平面中的測(cè)量位置陣列；照明單元2a、2b，其被構(gòu)造成照亮樣本平面；檢測(cè)器4；和光學(xué)成像系統(tǒng)3，其被構(gòu)造成將包括測(cè)量位置陣列的樣本平面成像到檢測(cè)器4上，所述光學(xué)成像系統(tǒng)3包括兩個(gè)以上曲面反射元件(在圖1中未示出)，曲面反射元件適于以2:1和1:2之間的放大率將樣本平面成像到檢測(cè)器4上，檢測(cè)器被構(gòu)造成一次攝取測(cè)量位置陣列中所有測(cè)量位置的圖像。

如在圖1中能夠看到的，照明單元可以是落射照明單元2b(即，照明光5b照射在樣本上與成像系統(tǒng)3收集收集光6所在的同一側(cè)上)。在其他示例中，照明單元可以是透射照明單元2a(即，照明光5a照射在在樣本上與成像系統(tǒng)3收集收集光6所在的相反側(cè)上)。在其他示例中，光學(xué)測(cè)量裝置可以包括多個(gè)不同的照明單元(例如，一個(gè)以上透射照明單元和一個(gè)以上落射照明單元)。

照明光5a、5b與樣本相互作用，而樣本再發(fā)射收集光6，收集光6被成像到檢測(cè)器4上(即，照明光是由樣本發(fā)射的光致冷光)。在一個(gè)示例中，再發(fā)射的收集光6是由樣本的熒光團(tuán)發(fā)射的熒光(例如，由身體物質(zhì)的組分產(chǎn)生的自發(fā)熒光，或由熒光標(biāo)記或附接到被包含在生物樣本中的靶標(biāo)的探針產(chǎn)生的熒光)。

在后面的描述中，將結(jié)合由光學(xué)測(cè)量裝置檢測(cè)熒光的示例來討論本發(fā)明的技術(shù)。然而，本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置不限于檢測(cè)熒光。在其他示例中，可以檢測(cè)到一般的冷光(例如，磷光)。

在其他示例中，本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置可以被構(gòu)造成檢測(cè)散射光。在其他示例中，本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置可以被構(gòu)造成對(duì)布置在樣本保持器1中的樣本直接成像。本文描述的用于熒光測(cè)量的光學(xué)測(cè)量裝置也可以用于這些應(yīng)用場(chǎng)合(進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。

本發(fā)明的樣本載體可以是構(gòu)造成容納生物樣本的任何合適的容器。在一個(gè)示例中，樣本載體是包括多個(gè)孔的微孔板。每個(gè)孔可以包括生物樣本(例如，0.1μl和100μl之間的生物樣本)。微孔板的孔的直徑可以小于1mm(例如，小于500μm或小于200μm)。在一個(gè)示例中，微孔板的孔的直徑可以在25μm和150μm之間的范圍內(nèi)。另外或作為替代，微孔板的兩個(gè)孔之間的間隔可以小于0.7mm(例如，小于300μm或小于100μm)。在一個(gè)示例中，微孔板的兩個(gè)孔之間的間距可以在20μm和50μm之間。

在結(jié)合圖1給出了簡(jiǎn)要概述之后，接下來將結(jié)合圖2至圖4的示例更詳細(xì)地解釋根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置的不同方面。

圖2示出一種使用落射照明單元2b和奧夫納(offner)型成像系統(tǒng)3的示例性光學(xué)測(cè)量裝置。該結(jié)構(gòu)被布置成用照明光5照亮布置在樣本保持器1中的樣本載體(例如，微孔板)。由樣本發(fā)射的熒光通過奧夫納型成像系統(tǒng)3成像到檢測(cè)器4上。

首先將討論奧夫納型成像系統(tǒng)3。如在圖2中能夠看到的，該成像系統(tǒng)包括第一曲面反射鏡31和第二曲面反射鏡32。反射鏡31、32(根據(jù)本發(fā)明一般來說是曲面反射元件)可以是球面元件。在其他示例中，反射鏡31、32(根據(jù)本發(fā)明一般來說是曲面反射元件)可以是非球面元件。

在圖2的示例中，反射鏡31、32以?shī)W夫納型布置方式布置。該成像系統(tǒng)被構(gòu)造成將樣本保持器的樣本平面中的多個(gè)測(cè)量位置成像到檢測(cè)器上。例如，可以一次將測(cè)量位置陣列(例如，微孔板的孔陣列或包含生物樣本的其他容器陣列)成像到檢測(cè)器上。

在成像系統(tǒng)3的奧夫納型布置方式中，第一和第二曲面反射鏡31、32的曲率中心布置在相同的位置處。該成像系統(tǒng)具有基本為1的放大率(即放大率為1±0.05)。換句話說，檢測(cè)器4的像平面上的樣本圖像具有與實(shí)際樣本(位于成像系統(tǒng)的物平面)基本相同的大小。在其他示例中，成像系統(tǒng)3可以進(jìn)行修改，使得檢測(cè)器處像平面上的樣本圖像比實(shí)際樣本大2倍以下(例如，倍數(shù)為1.2以下)。在其它示例中，成像系統(tǒng)3被修改為使得實(shí)際樣本比檢測(cè)器像平面上的樣本圖像大2倍以下(例如，倍數(shù)為1.2以下)。換句話說，在其他示例中，成像系統(tǒng)可以具有在1:2和2:1之間(例如，在1.2:1和1：1.2之間)的放大率。

如在圖2中能夠看到的，成像系統(tǒng)的光路基本上對(duì)稱(除了通過光路右“腿”的折疊反射鏡33進(jìn)行的折疊)。這意味著從樣本的中心到第一反射鏡31的光線的光路，與同一光線離開第一反射鏡31朝向檢測(cè)器4傳播之后的光路同樣長(zhǎng)。對(duì)于第一反射鏡31和第二反射鏡32之間的光線也是如此。

在圖2中，收集光在通過奧夫納型組合體的第一和第二反射鏡31、32之后被平面反射鏡33折疊。一般來說，本發(fā)明成像系統(tǒng)中的收集光的光路可以折疊一次或多次(例如，通過平面反射鏡)。對(duì)于穿過照明系統(tǒng)的照明光的光路也是如此。

在圖2中以及在本發(fā)明的其余附圖中，成像裝置包括包含兩個(gè)曲面反射鏡的奧夫納型組合體。然而，本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置還可以部署不同類型的包括提供的放大率在1:2和2:1之間的曲面反射元件的成像裝置。在一個(gè)示例中，成像系統(tǒng)可以包括以與奧夫納型組合體不同的布置方式構(gòu)造的曲面反射元件。另外或作為替代，成像系統(tǒng)可以包括多于兩個(gè)的曲面反射元件(例如，曲面反射鏡)，用于將樣本平面成像到檢測(cè)器上。例如，成像系統(tǒng)可以包括三個(gè)以上、或四個(gè)以上曲面反射元件。在其他示例中，光學(xué)成像裝置還可以包括以透射方式工作的折射元件(例如，一個(gè)以上透鏡)。

成像裝置3(特別是奧夫納型組合體)可以展現(xiàn)出較低的光學(xué)像差。當(dāng)使小結(jié)構(gòu)(例如，可具有直徑在150μm以下且間距為50μm以下的孔的微孔板)成像時(shí)，這可能是特別有利的，因?yàn)榇笙癫羁赡軗p害系統(tǒng)將相鄰孔發(fā)出的熒光分開的能力。

在前面的部分中討論了用于將樣本平面成像到檢測(cè)器4上的成像系統(tǒng)3之后，接下來將更詳細(xì)地解釋照明單元2b。

照明單元包括用于產(chǎn)生照明光5a的光源21。在一個(gè)示例中，光源21包括一個(gè)以上發(fā)光二極管(例如，多個(gè)發(fā)光二極管)。例如，光源21可以包括布置成發(fā)光二極管陣列的多個(gè)發(fā)光二極管。

在其他示例中，光源可以包括一個(gè)以上氣體放電燈或其他放電燈。在其他示例中，光源可以包括一個(gè)以上激光源(例如，激光二極管)。一般來說，本發(fā)明的光學(xué)成像裝置可以與任何合適的光源一起使用(取決于光源的特性，照明單元光路中的光學(xué)元件可以根據(jù)光源的性質(zhì)修改)。光源21可以被構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)帶在150nm和500nm之間(例如，300nm和430nm之間)的光。

在已經(jīng)從光源21被發(fā)射之后，照明光5a穿過均化器22。均化器適于增加樣本平面中照明的均勻性(即，與沒有均化器22的等效照明單元相比，利用均化器22，樣本平面中的照明均勻性更高)。

這可能是有益的，因?yàn)樵谝恍┦纠?，光源可能發(fā)射具有相當(dāng)不均勻的圖案的光(例如，在光源21包括多個(gè)發(fā)光二極管管芯的情況下)。在本發(fā)明的一些示例中，可能用到光源被成像到樣本平面上的臨界發(fā)光組合體(進(jìn)一步的解釋見下文)，這時(shí)上述技術(shù)方案就特別相關(guān)了。

照明光可以通過全內(nèi)反射在均化器22中被引導(dǎo)。作為替代或另外，照明光可通過在均化器22的反射涂層或覆蓋物(例如，金屬涂層或包括一個(gè)以上電介質(zhì)層的涂層)處進(jìn)行反射而在均化器22中被引導(dǎo)。

在圖2的示例中，均化器包括桿形式的光導(dǎo)，照明光5b的光線在桿形光導(dǎo)中傳播預(yù)定的距離，導(dǎo)致照明光5b混合并因此均化。結(jié)果，在桿的輸出面處的照明光可以比在輸入面處的照明光更均勻。

導(dǎo)光桿可以包括錐形導(dǎo)光桿和直線導(dǎo)光桿中的一種(如圖2所示)。照明光可以在導(dǎo)光桿中沿從導(dǎo)光桿的寬直徑到小直徑的方向傳播。作為替代，照明光可以從導(dǎo)光桿的小直徑向?qū)捴睆絺鞑ァ?/p>

在其他示例中，本發(fā)明光學(xué)測(cè)量裝置的照明單元可以包括除(混合)桿之外的其他均化器。例如，照明單元可以包括適于均化照明光5b的散射元件(例如，散射板)。

在其他示例中，在根據(jù)本發(fā)明的照明單元中可以采用歐洲專利申請(qǐng)ep2713154a1中討論的適于引導(dǎo)并對(duì)光整形的導(dǎo)光桿之一。

桿22的輸出(或本發(fā)明任何其它均化器的輸出)可以被認(rèn)為是照明單元2b的次級(jí)光源(初級(jí)光源是光源21)。次級(jí)光源的輸出可以通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件成像到樣本平面上。換句話說，照明單元使用臨界照明布置方式，其中均化器(即，次級(jí)光源)的輸出被成像到光學(xué)測(cè)量裝置的樣本平面上。以這種方式，在一些示例中可以實(shí)現(xiàn)樣本平面處的高亮度。

在圖2的示例中，光學(xué)元件形成中繼透鏡25、26，所述中繼透鏡25、26被構(gòu)造成將均化器(即，次級(jí)光源)的輸出成像到樣本平面上。然而，在其他示例中，可以使用任何其他合適的光學(xué)元件(例如，反射光學(xué)元件)。另外，圖2的示例構(gòu)造包括兩組透鏡(其中兩個(gè)透鏡是消色差透鏡)，這種構(gòu)造僅僅是舉例說明性的。在其他示例中，可以采用不同數(shù)量和/或構(gòu)造的透鏡來將均化器22的輸出成像到樣本平面上。

圖2、圖3、圖4全都示出了使用臨界照明布置方式的照明單元。然而，在其他示例中，本發(fā)明的照明單元可以采用其他照明布置方式(例如，使用布置方式，其中光源的圖像在樣本平面及其共軛像平面中是散焦的)。在這些示例中(或者在均勻照明不太重要的其他示例中)，照明單元也可以被設(shè)計(jì)為沒有均化器。

如上面已經(jīng)簡(jiǎn)要討論的，照明單元2b相對(duì)于樣本平面的法線方向傾斜(即，照明光5a的主軸線和樣本平面法線形成的角度大于5°且小于85°)。該構(gòu)造也可以用于在本發(fā)明中討論的其他照明單元。傾斜構(gòu)造的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，照明光的鏡面反射可能不進(jìn)入成像系統(tǒng)并且被成像到檢測(cè)器4上(這可能導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)中的噪聲，并且/或者需要被構(gòu)造成阻擋照明光的更復(fù)雜的濾光器)。

此外，照明單元2b被布置為落射照明單元，即，照明光照射在樣本平面上，并且所發(fā)射的光在樣本平面的同一側(cè)被收集。如下面將結(jié)合圖4討論的，本發(fā)明的照明單元也可以以透射照明構(gòu)造方式布置。一般來說，本文所述照明單元中不是落射照明單元特有的特征，也可以部署在作為透射照明單元布置的照明單元中(反之亦然)。

如在圖2中能夠看到的，照明單元2b和成像系統(tǒng)3是完全分開的。換句話說，照明單元2b和成像系統(tǒng)3不共享光學(xué)部件。以這種方式，光學(xué)部件可以分別適應(yīng)于照明光5b和收集光6的特性。這可能是有利的，因?yàn)楣鈱W(xué)部件同時(shí)適應(yīng)照明光5b和收集光6可能更復(fù)雜(例如，這可能需要使用寬帶抗反射涂層和/或針對(duì)多個(gè)不同波長(zhǎng)校正的光學(xué)元件)。另外，在照明單元和成像裝置中具有分開的光學(xué)部件可以允許獨(dú)立地定制兩個(gè)系統(tǒng)的屬性(例如，數(shù)值孔徑)。

圖2的照明單元2b包括多個(gè)可選元件，這些元件可以根據(jù)情況添加或省略，并且將在隨后討論。

一方面，圖2的照明單元2b包括布置在均化器22和中繼透鏡25、26之間的傾斜場(chǎng)光闌23。以這種方式，可以減少或甚至避免在樣本平面處照明光5b的梯形失真。換句話說，照明單元被布置為沙伊姆弗勒(scheimpflug)型照明器。在沒有傾斜場(chǎng)光闌23的情況下，這種類型的像差可能由于照明單元2b相對(duì)于樣本平面法線傾斜而發(fā)生。其他示例中，也可以利用除傾斜視場(chǎng)光闌23之外的其他用于補(bǔ)償梯形失真的補(bǔ)償裝置。

另一方面，圖2的照明單元包括孔徑光闌27(在其他示例中也可以省略孔徑光闌27)?？讖焦怅@27被構(gòu)造成確定照明光5b的光線朝焦點(diǎn)傳播的角度分布(例如，照明系統(tǒng)2b的輸出數(shù)值孔徑可以通過孔徑光闌27調(diào)節(jié))。例如，孔徑光闌可以包括光瞳(如果在大角度下傳播的光線應(yīng)被擋掉)或環(huán)帶(如果在小角度下傳播的光線應(yīng)被擋掉)。對(duì)于避免照明光5b的光線可能進(jìn)入成像系統(tǒng)3并且被成像到檢測(cè)器4上，或者減少照明光5b進(jìn)入成像系統(tǒng)3的量，包括孔徑光闌27可能是有益的。

此外，圖2的照明單元包括圓形光束光闌28。圓形光束光闌28可以適于并布置成擋掉相對(duì)于照明光單元2的光軸線成小角度傳播的照明光線。特別是，圓形光束光闌28可以是適于并布置成擋掉在基本為零(±2°)的角度下傳播的照明光線。這種小角度光線可能更可能傳播通過成像系統(tǒng)和波長(zhǎng)選擇濾光器62，并且在檢測(cè)器4中引起附加噪聲。

另外，照明單元2b包括被構(gòu)造成對(duì)照明光5b的頻譜進(jìn)行整形的波長(zhǎng)選擇濾光器25。

在已經(jīng)詳細(xì)討論了照明單元2b和成像系統(tǒng)3之后，下面處理圖2光學(xué)測(cè)量裝置的其余部件。

如上所述，圖2的光學(xué)測(cè)量裝置可以被構(gòu)造成檢測(cè)從樣本載體中的樣本發(fā)射的熒光(或其他冷光)。照明單元2b的光源21可以適于匹配要采樣的分析物的吸收帶。由于熒光信號(hào)通常在光譜中被移向長(zhǎng)波長(zhǎng)，因此照明光5b和收集光6可以在光譜中分開。因此，光學(xué)測(cè)量裝置可以包括適于拒絕照明光傳播通過成像系統(tǒng)3(而讓收集光6通過)的波長(zhǎng)選擇濾光器62。例如，波長(zhǎng)選擇濾光器62可以包括一個(gè)以上電介質(zhì)層，電介質(zhì)層被布置成抑制照明光傳播通過成像系統(tǒng)3(但讓收集光6通過)。

在結(jié)合圖2討論了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置的第一示例之后，在后續(xù)部分中將結(jié)合圖3討論根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置的第二示例。

如在圖3中能夠看到的，照明單元2b和成像系統(tǒng)3與圖2的示例的各個(gè)部件共享幾個(gè)特征。因此，結(jié)合圖2所討論的各個(gè)部件的特征和變型也可以用于圖3的光學(xué)測(cè)量裝置中。以下討論將集中于不同之處。

一方面，圖3的照明單元2b被布置為落射照明單元但不傾斜。換句話說，照明光5b以錐形方式聚焦到樣本平面上，該錐形的中心為樣本平面的法線。這意味著照明光5b和收集光6的光線至少部分地沿著它們各自路徑的一部分重疊。

在圖3的示例中，二向色鏡52布置成使照明光5b和收集光6重疊。二向色鏡52被構(gòu)造成(至少部分地)反射照明光的各光譜分量。同時(shí)，二向色鏡52被構(gòu)造成使收集光的各光譜分量透射。在其他示例中，二向色鏡可以被布置為透射照明光而反射收集光(在該示例中，與圖3中的位置相比，照明單元和成像系統(tǒng)的位置可以翻轉(zhuǎn))。

在圖3的示例中，照明單元2b的輸出數(shù)值孔徑等于成像系統(tǒng)3的輸入數(shù)值孔徑。在其他示例中，這種情況可以不同。例如，照明單元2b的輸出數(shù)值孔徑可以大于成像系統(tǒng)的輸入數(shù)值孔徑(類似于圖4所示的透射照明構(gòu)造)。以這種方式，可以將更大量的照明光子傳遞到位于樣本平面中的樣本。

另外或作為替代，圖3的照明單元可以包括孔徑光闌(例如，環(huán)形孔徑光闌)。孔徑光闌可以設(shè)計(jì)和布置成擋掉在成像系統(tǒng)3可以接收的角度下傳播的光線。例如，照明單元可以提供環(huán)形照明圖案(例如，通過采用環(huán)形孔徑光闌)。

圖3的光學(xué)測(cè)量裝置可以選擇性地包括布置在收集光路中的補(bǔ)償元件51。在一個(gè)示例中，補(bǔ)償元件51包括光學(xué)厚度與二向色鏡52相同的板。另外，補(bǔ)償元件51可以圍繞與二向色鏡52的傾斜軸線正交的軸線傾斜(在圖3中不能看到補(bǔ)償元件的傾斜，因?yàn)閳D3示出了裝置的橫截面圖)。如在圖3中能夠看到的，補(bǔ)償元件51可以被包括在成像系統(tǒng)3的光路中與二向色鏡52在成像系統(tǒng)3的中心軸線處鏡像的位置相對(duì)應(yīng)的位置處。換句話說，在二向色鏡52和補(bǔ)償元件51處的收集光的束腰和開口角度(基本)相等。補(bǔ)償元件51可以校正(至少部分地)由二向色鏡引入的像散誤差。二向色鏡52可能由于收集光6中的兩個(gè)橫向偏振光經(jīng)過二向色鏡52中的不同光路而引入像散誤差?！胺D(zhuǎn)后”的補(bǔ)償元件51可以(基本)逆轉(zhuǎn)此效應(yīng)。

接下來將討論檢測(cè)器4。關(guān)于檢測(cè)器4的以下說明并不是特定于圖3的光學(xué)測(cè)量裝置。

由于本發(fā)明的成像系統(tǒng)被構(gòu)造成一次對(duì)樣本平面中的多個(gè)檢測(cè)位置(例如，微孔板的多個(gè)孔或被構(gòu)造成容納生物樣本的其他容器)進(jìn)行成像，所述檢測(cè)器被構(gòu)造成對(duì)由成像系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像進(jìn)行空間分辨。在一個(gè)示例中，檢測(cè)器4被構(gòu)造成用多個(gè)像素(例如，用多于5個(gè)像素，用多于10個(gè)像素，或用多于50個(gè)像素)覆蓋每個(gè)測(cè)量位置。在成像系統(tǒng)的放大率為1(或接近1)的裝置中，這意味著成像裝置的像素的傳感器尺寸小于每個(gè)測(cè)量位置的面積(例如，微孔板的孔的表面積或被構(gòu)造成含有生物樣本的另一容器的表面積)。在一個(gè)示例中，檢測(cè)器4的像素的尺寸小于20μm(例如，小于10μm)。在一些示例中，微孔板的孔的表面積可以低于0.25mm²(例如，表面積可以在400μm²和0.04mm²之間的范圍內(nèi))。

檢測(cè)器4可以包括任何合適的光檢測(cè)裝置。在一個(gè)示例中，檢測(cè)器4包括一個(gè)以上ccd(電荷耦合裝置)或包括多個(gè)像素的cmos傳感器。在其他示例中，檢測(cè)器4可以包括多通道板或其他空間分辨光電倍增管。在其他示例中，檢測(cè)器可以包括光電二極管陣列(例如，pin二極管或apd[雪崩光電二極管])的陣列或其它光換能元件。

此外，如在圖3中能夠看到的，成像系統(tǒng)的光路不被附加的折疊元件折疊。結(jié)果，與成像系統(tǒng)3的中心平面相比，像平面1和檢測(cè)器4以對(duì)稱的方式布置在相同的高度處。如上文已經(jīng)討論的，可以添加折疊元件以使成像系統(tǒng)3的尺寸適應(yīng)不同的情況和分析儀環(huán)境。

最后，圖3的光學(xué)測(cè)量裝置包括在照明側(cè)的另一波長(zhǎng)選擇濾光器61。該波長(zhǎng)選擇濾光器61可以適于整形(例如，窄化)照明光5a的激發(fā)光譜。在一個(gè)示例中，波長(zhǎng)選擇濾光器61可以適于將照明光的光譜窄化為適于特定熒光分子激發(fā)的光譜(并擋掉不能有效激發(fā)特定熒光分子的波長(zhǎng))。另外，波長(zhǎng)選擇濾光器61可以被構(gòu)造成阻擋由適于拒絕照明光的波長(zhǎng)選擇濾光器62透射的波長(zhǎng)。在一些示例中，這可以進(jìn)一步提高光學(xué)測(cè)量裝置的信噪比。

結(jié)合圖2和圖3，已經(jīng)討論了使用落射照明布置方式的兩個(gè)示例性光學(xué)測(cè)量裝置。圖4示出了照明單元2a被布置為透射照明單元的光學(xué)測(cè)量裝置。接下來將討論這種構(gòu)造。

如在圖4中能夠看到的，成像系統(tǒng)3以與圖2裝置的成像系統(tǒng)類似的方式布置。針對(duì)圖2以及還有圖3的成像系統(tǒng)討論的所有細(xì)化和變型也可以用在圖4的裝置中。

此外，圖4的照明單元2a還可以包括上面討論的光源21和均化器22。

圖4的裝置與前面討論的裝置之間的第一個(gè)區(qū)別是照明單元2a的透射照明布置方式。換句話說，照明光5a從一側(cè)照射在樣本上，然而熒光在樣本平面的另一側(cè)被收集。

如在圖4中能夠看到的，照明單元2a的輸出側(cè)數(shù)值孔徑大于成像系統(tǒng)3的輸入側(cè)數(shù)值孔徑。在一個(gè)示例中，照明單元2a的輸出側(cè)數(shù)值孔徑可以為0.5以下(例如，小于0.4)。成像系統(tǒng)的輸入側(cè)數(shù)值孔徑可以為0.1以下(例如，在0.06和0.08之間)。

一般來說，如上所述，這也可以在圖2和圖3的裝置中實(shí)現(xiàn)。然而，圖4裝置的透射照明布置方式簡(jiǎn)化了大輸出端數(shù)值孔徑照明的設(shè)置。落射照明布置方式可能不允許(非常)大的數(shù)值孔徑照明(或者這將至少相當(dāng)難以實(shí)現(xiàn))，因?yàn)檫@將需要添加具有相當(dāng)接近樣本平面的大光瞳的光學(xué)部件。這些部件可能干擾收集光或損害成像系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量(如果照明光和收集光都穿過這些部件)。與此相反，圖4的照明單元2a的透射照明布置方式允許使用具有大光瞳而不干擾收集光6的光學(xué)部件。

照明單元具有大輸出側(cè)孔徑可能是有利的，因?yàn)楦罅康恼彰鞴獾竭_(dá)樣本。在檢測(cè)熒光(或其他冷光信號(hào))的系統(tǒng)中，這可能是有利的，即使成像系統(tǒng)的輸入數(shù)值孔徑可能(顯著)小于照明系統(tǒng)的輸出側(cè)孔徑(這可能是使用本發(fā)明的較低放大率的成像系統(tǒng)時(shí)的情況)。畢竟，再發(fā)射光子的方向與許多熒光樣本中吸收的光子的方向(基本)無關(guān)。因此，在大角度下照射到樣本上的照明光的光線增加了所有空間方向上發(fā)射光子的信號(hào)強(qiáng)度。

在圖4的示例中，照明單元可以包括環(huán)形孔徑光闌，該環(huán)形孔徑光闌被構(gòu)造成阻擋與照明單元2a的主光軸線成小角度傳播的光線。換句話說，環(huán)形孔徑光闌在樣本平面處產(chǎn)生環(huán)形照明圖案。此外，環(huán)形孔徑光闌可以被構(gòu)造成避免照明光線的光線進(jìn)入并且通過成像系統(tǒng)成像到檢測(cè)器4上。例如，照明系統(tǒng)2a的環(huán)形輸出的內(nèi)部輸出數(shù)值孔徑，可以大于成像系統(tǒng)2的輸入側(cè)數(shù)值孔徑。

如圖4所示，照明單元2a還可以包括中繼透鏡24、26。與圖2的中繼透鏡25、26相比，圖4的中繼透鏡24、26更復(fù)雜。然而，在這兩種情況下，中繼透鏡僅用于將均化器22(第二光源)的輸出成像到樣本平面上，以實(shí)現(xiàn)臨界照明條件。因此，一般來說，可以使用形成中繼透鏡的任何折射元件組件(例如，兩個(gè)平凸透鏡)。然而，為了在樣本平面上產(chǎn)生具有低像差的第二光源輸出的圖像，可以使用包括多個(gè)透鏡元件的組件(如圖2、圖3和圖4所示)。這也是為什么圖4的中繼透鏡24、26更復(fù)雜的原因。因?yàn)檎彰鲉卧?a的高輸出數(shù)值孔徑涉及處理在大角度下傳播的光束，這種光束比圖2和圖3的照明單元的光束更偏離中心，所以，在圖2和圖3的裝置中仍然可以容忍的像差在圖4的裝置中可能成為問題。因此，可能要求或期望更復(fù)雜的像差校正。

在前面部分結(jié)合圖1至圖4已經(jīng)討論了一個(gè)示例性光學(xué)測(cè)量裝置的不同方面和特征之后，接下來將結(jié)合圖5討論將本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置集成在用于生物樣本的分析器中的方面。

圖5示出了一種用于生物樣本的示例性分析器100。在一個(gè)示例中，用于生物樣本100的分析器可以包括一個(gè)以上熱循環(huán)器，熱循環(huán)器被構(gòu)造成通過聚合酶鏈反應(yīng)(pcr)擴(kuò)增dna或其他核苷酸的片段。每個(gè)熱循環(huán)器可以具有帶容器的熱塊，在容器中可以插入管、微孔板或保持包含生物樣本的反應(yīng)混合物的其他生物樣本保持器。熱循環(huán)器可以被構(gòu)造成根據(jù)預(yù)編程或動(dòng)態(tài)適應(yīng)的圖表來升高和降低塊的溫度。

在圖5的示例中，所述一個(gè)以上熱循環(huán)器(為了清楚起見在圖5中未示出)布置在分析器100的殼體108的左手側(cè)上。光學(xué)測(cè)量裝置10布置在殼體108的右手側(cè)上。在圖5的示例中，光學(xué)測(cè)量裝置10被構(gòu)造成透射照明裝置。

分析器100可以包括傳送裝置(在圖5中未示出)，以將樣本載體(例如，微孔板)從所述一個(gè)以上熱循環(huán)器傳送到光學(xué)測(cè)量裝置10的樣本保持器中(下面將更詳細(xì)地討論傳送裝置)。另外，分析器100可以包括一個(gè)以上端口，樣本載體可以通過這些端口插入分析器中(圖5中未示出)。

照明單元2a至少部分地布置在分析器的中心水平面109下方。如在圖5中能夠看到的，照明單元2a包括火山形輸出側(cè)元件103，待分析的樣本可以定位在該火山形輸出側(cè)元件103上方(在其他示例中，照明單元的輸出側(cè)的構(gòu)造可以按不同方式進(jìn)行建構(gòu))。

火山形輸出側(cè)元件103包圍照明光光路的最后部分(例如，如圖4所示)。此外，輸出側(cè)元件103限定了照明光可以出射并且照亮樣本的孔徑。光學(xué)測(cè)量裝置10的樣本平面位于輸出側(cè)元件103的孔徑上方。

照明單元2a的光學(xué)部件(例如，包括中繼透鏡、均化器、孔徑光闌和光源)布置在中心水平面109的下方。在圖5的示例中，照明單元2a的部件布置在公共殼體中。

照明單元2a的部件可以以模塊化方式布置。例如，均化器、光源和/或中繼透鏡可以被構(gòu)造成單獨(dú)的模塊(其可以被構(gòu)造成單獨(dú)移除和插入)。在一個(gè)示例中，照明單元2a可以包括端口，光源可以可移除地附接到該端口(例如，通過c型安裝件或其他合適的安裝件)。

分析器100還包括聯(lián)結(jié)到致動(dòng)器105的樣本保持器104。該樣本保持器104被構(gòu)造成接收一個(gè)以上樣本載體(例如，微孔板)，并且將該一個(gè)以上樣本載體定位在光學(xué)測(cè)量裝置10的樣本平面中。

致動(dòng)器105被構(gòu)造成在一個(gè)或兩個(gè)正交的空間方向上移動(dòng)樣本保持器104。以這種方式，由樣本保持器支撐的該一個(gè)以上樣本載體的不同部分可以移動(dòng)到光學(xué)測(cè)量裝置10的視場(chǎng)中。以這種方式，表面積大于光學(xué)測(cè)量裝置10的視場(chǎng)的樣本載體(或布置在樣本保持器中的多于一個(gè)樣本載體)可以順序地被掃描。

此外，圖5的光學(xué)測(cè)量裝置10包括光學(xué)成像系統(tǒng)3，該光學(xué)成像系統(tǒng)3包括布置在殼體102中的兩個(gè)以上曲面反射元件，所述兩個(gè)以上曲面反射元件適于以2:1和1:2之間的放大率將樣本平面成像到檢測(cè)器上(例如，結(jié)合圖1至圖4討論的成像系統(tǒng)之一)。光學(xué)測(cè)量裝置10還包括檢測(cè)器4。

在圖5的示例中，光學(xué)成像系統(tǒng)3和檢測(cè)器4被布置在分析器100的中心水平面109上方。例如，成像系統(tǒng)的殼體102可以由安裝在中心水平面109上的一個(gè)以上支撐結(jié)構(gòu)101支撐。

分析器還包括控制單元106，該控制單元106可以被構(gòu)造成控制光學(xué)測(cè)量裝置10的操作。例如，控制單元106可以被構(gòu)造成自動(dòng)地對(duì)生物樣本執(zhí)行測(cè)量。此外，控制單元可以被構(gòu)造成控制分析器其它部件的操作。例如，控制單元106可以被構(gòu)造成控制致動(dòng)器105和/或傳送裝置(在圖5中未示出)的操作。此外，控制單元106可以被構(gòu)造成操作分析器100的所述一個(gè)以上熱循環(huán)器。

在圖5的示例中，圖5的分析器105還包括可選用的顯示器107，該顯示器107適于顯示關(guān)于光學(xué)測(cè)量裝置10(以及作為選用項(xiàng)的分析器100其他元件)的操作的信息。在一個(gè)示例中，顯示器可以是觸摸顯示器，用戶可以通過觸摸顯示器輸入用于光學(xué)測(cè)量裝置10(和/或分析器100其他部件)的控制信息。

結(jié)合圖5，已經(jīng)討論了光學(xué)測(cè)量裝置10的特定布局。然而，在其他示例中，光學(xué)測(cè)量裝置10可以以不同的其它方式集成在分析器100中。一般來說，結(jié)合圖1至圖4討論的光學(xué)測(cè)量裝置10中的任何一個(gè)都可以集成在分析器100中。

例如，光學(xué)測(cè)量裝置10可以是包括落射照明單元的光學(xué)測(cè)量裝置(例如，如結(jié)合圖2或圖3所討論的)。

另外或作為替代，光學(xué)測(cè)量裝置10可以以不同方式布置在分析器100中。例如，照明單元和成像系統(tǒng)可以位于不同的位置處。此外，照明和/或檢測(cè)光路可以折疊一次或多次。以這種方式，光學(xué)測(cè)量裝置10可以適于相應(yīng)分析器的空間要求。

在一些示例中，分析器還可以配備有兩個(gè)以上根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置。

在圖5的示例中，分析器包括致動(dòng)器105，該致動(dòng)器105被構(gòu)造成使定位在樣本保持器中的樣本載體在兩個(gè)正交方向(其可以是標(biāo)記為“x方向”和“y方向”的橫向方向)上移動(dòng)。然而，在其他示例中，光學(xué)測(cè)量裝置10可以包括相對(duì)于照明單元和成像系統(tǒng)不動(dòng)的樣本保持器。在這種情況下，樣本載體可以“單次拍攝”中完全成像。在其他示例中，致動(dòng)器可以被構(gòu)造成使樣本載體在三個(gè)正交的空間方向上移動(dòng)(例如，在被構(gòu)造成在兩個(gè)橫向方向上掃描但也在軸線向方向上掃描用于使樣本載體的不同平面成像的分析器)。在其他示例中，光學(xué)測(cè)量裝置可以被構(gòu)造成相對(duì)于樣本載體(樣本載體在這種情況下可能是不動(dòng)的)在一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)正交的空間方向上移動(dòng)。

已經(jīng)結(jié)合圖5討論了用于分析通過包括一個(gè)以上熱循環(huán)器的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(pcr)擴(kuò)增的dna或其他核苷酸的分析儀。然而，如上所述，分析器100可以另外構(gòu)造成經(jīng)由各種化學(xué)、生物、物理、光學(xué)或其它技術(shù)程序確定生物樣本或其組分的參數(shù)值。

在先前的段落中，已經(jīng)描述了不同的光學(xué)測(cè)量裝置。然而，本發(fā)明還涉及成像方法。在一個(gè)方面，一種用于對(duì)具有包含樣本的測(cè)量位置陣列的樣本載體進(jìn)行成像的方法包括：照亮測(cè)量位置陣列，一次收集從測(cè)量位置陣列中的所有測(cè)量位置發(fā)射的光，通過使用兩個(gè)以上曲面反射元件將所收集的光成像到檢測(cè)器上，所述兩個(gè)以上曲面反射元件適于以在2:1和1:2之間的放大率將樣本平面成像到檢測(cè)器上。

另外，用于對(duì)樣本成像的方法可以包括上面結(jié)合本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置所描述的技術(shù)的任何一個(gè)步驟。

本發(fā)明的成像方法可以在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的指令中實(shí)施，這些指令在由計(jì)算機(jī)或計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，可以使計(jì)算機(jī)或計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行用于本發(fā)明的校準(zhǔn)和/或錯(cuò)誤檢測(cè)的方法的步驟。

此外，在一個(gè)以上實(shí)施例或示例中，具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的布置和/或子布置方式進(jìn)行組合。

在前面的詳細(xì)描述中，已經(jīng)討論了本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置和方法的多個(gè)示例。然而，本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量裝置和方法也可以按照在下面闡述的那樣進(jìn)行構(gòu)造成：

1.一種光學(xué)測(cè)量裝置，包括：

限定樣本平面的樣本保持器，其中，所述樣本保持器被構(gòu)造成布置樣本載體，所述樣本載體包括在所述樣本平面中的測(cè)量位置陣列；

照明單元，其被構(gòu)造成照亮所述樣本平面；

檢測(cè)器；

光學(xué)成像系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將包括所述測(cè)量位置陣列的樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，

其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括兩個(gè)以上曲面反射元件，所述兩個(gè)以上曲面反射元件適于以在2:1和1:2之間的放大率將所述樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，以及

其中，所述檢測(cè)器被構(gòu)造成一次獲取所述測(cè)量位置陣列中所有測(cè)量位置的圖像。

2.根據(jù)方面1所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述兩個(gè)以上曲面反射元件包括兩個(gè)以上曲面反射鏡元件。

3.根據(jù)方面2所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述兩個(gè)以上曲面反射元件包括正好兩個(gè)曲面反射鏡元件。

4.根據(jù)方面1至3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述兩個(gè)以上曲面反射元件中的兩個(gè)具有共同的曲率中心。

5.根據(jù)方面1至4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述兩個(gè)以上反射元件按照奧夫納型構(gòu)造進(jìn)行布置。

6.根據(jù)方面1至5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)的放大率在1.2:1和1：1.2之間，優(yōu)選的是，其中，所述放大率基本為1。

7.根據(jù)方面1至6中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元被構(gòu)造成落射照明單元。

8.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元被構(gòu)造成在臨界照明條件下照亮所述樣本平面。

9.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元包括適于增加所述樣本平面中的照明均勻性的均化器。

10.根據(jù)方面9所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述均化器包括光導(dǎo)，優(yōu)選為桿狀光導(dǎo)。

11.根據(jù)方面9或10所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元包括初級(jí)光源，所述初級(jí)光源的光通過所述均化器均化，其中，由所述均化器輸出的光用作次級(jí)光源，所述次級(jí)光源的輸出被成像到所述樣本平面上。

12.根據(jù)方面11所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述次級(jí)光照亮傾斜的場(chǎng)光闌。

13.根據(jù)方面11或12所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述次級(jí)光的輸出通過中繼透鏡成像到所述樣本平面上。

14.根據(jù)方面11至13中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元被布置成減小梯形失真。

15.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元被布置為沙伊姆弗勒型照明器。

16.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元包括擋板，以擋掉相對(duì)于所述照明單元的主光軸線在預(yù)定角度范圍內(nèi)傳播的照明光的光線。

17.根據(jù)方面16所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述擋板被布置成擋掉相對(duì)于所述照明單元的主光軸線以低于閾值的角度傳播的光線。

18.根據(jù)方面1至6、8至11、13、16和17中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元被構(gòu)造成透射照明單元。

19.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元被構(gòu)造成使得所述照明單元的輸出數(shù)值孔徑大于所述成像系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。

20.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元包括一個(gè)以上發(fā)光二極管。

21.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，由所述照明單元產(chǎn)生的光線的至少一部分的路徑，與通過所述光學(xué)成像系統(tǒng)成像到所述檢測(cè)器上的光線的一部分的路徑至少部分地重疊。

22.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，還包括一個(gè)以上平面反射鏡，用以折疊成像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)或兩者的光路。

23.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，包括被布置成耦合在由所述照明單元產(chǎn)生的光中的二向色鏡。

24.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，包括二向色鏡，所述二向色鏡被布置成將由包含在所述樣本載體中并且由所述成像系統(tǒng)成像的樣本發(fā)射的光偏轉(zhuǎn)到所述檢測(cè)器上。

25.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述照明單元和所述成像系統(tǒng)不共享光學(xué)元件。

26.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，由所述照明單元產(chǎn)生的照明光的光線的光路，與由所述成像系統(tǒng)成像的光的光路是完全分開的。

27.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，由所述照明單元產(chǎn)生的照明光的光線的光路，與由所述成像系統(tǒng)成像的光的光路至少部分地重疊。

28.根據(jù)前述方面之一的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述樣本載體是微孔板。

29.根據(jù)前述方面之一所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)的視場(chǎng)基本匹配所述檢測(cè)器的檢測(cè)區(qū)域的尺寸。

30.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述樣本載體包括用于接收流體樣本的孔陣列，每個(gè)孔限定一個(gè)測(cè)量位置。

31.根據(jù)方面30所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述陣列的間隔低于2mm，優(yōu)選低于1mm，更優(yōu)選低于250μm。

32.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述檢測(cè)器包括多個(gè)像素，所述像素的像素尺寸小于測(cè)量位置的面積。

33.根據(jù)方面32所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，測(cè)量位置的面積對(duì)應(yīng)于微孔板的表面積。

34.根據(jù)方面32或33所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，像素的尺寸小于20μm，優(yōu)選小于10μm。

35.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述成像系統(tǒng)包括校正元件，所述校正元件適于至少部分地校正由二向色鏡引起的像差。

36.根據(jù)方面35所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，由二向色鏡引起的像差包括像散像差。

37.根據(jù)方面35或36所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述光學(xué)測(cè)量裝置包括在所述成像系統(tǒng)的光路中的二向色鏡，并且其中，所述校正元件圍繞與所述二向色鏡的傾斜軸線正交的軸線傾斜。

38.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述光學(xué)測(cè)量裝置被構(gòu)造成用于對(duì)包含在所述樣本載體中的樣本產(chǎn)生的熒光進(jìn)行成像。

39.根據(jù)方面36所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述成像系統(tǒng)的光路包括光學(xué)濾光器，所述光學(xué)濾光器用于阻擋照明光成像到所述檢測(cè)器上。

40.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，在將所述測(cè)量位置陣列成像在所述樣本平面中的期間，所述樣本保持器相對(duì)于所述成像系統(tǒng)是不動(dòng)的。

41.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量裝置，其中，所述光學(xué)測(cè)量裝置是pcr系統(tǒng)的一部分。

42.一種用于進(jìn)行熒光檢測(cè)的光學(xué)測(cè)量裝置，包括：

限定樣本平面的樣本保持器，其中，所述樣本保持器被構(gòu)造成布置樣本載體，所述樣本載體包括所述樣本平面中的測(cè)量位置陣列；

照明單元，其被構(gòu)造成以透射照明設(shè)置照亮所述樣本平面；

檢測(cè)器；

光學(xué)成像系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將包括所述測(cè)量位置陣列的樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，

其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括兩個(gè)以上曲面反射元件，所述兩個(gè)以上曲面反射元件適于以基本為1的放大率將所述樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，

其中，所述照明系統(tǒng)的輸出數(shù)值孔徑大于所述成像系統(tǒng)的輸入數(shù)值孔徑；和

其中，所述檢測(cè)器被構(gòu)造成一次獲取所述測(cè)量位置陣列中所有測(cè)量位置的圖像。

43.一種用于進(jìn)行熒光檢測(cè)的光學(xué)測(cè)量裝置，包括：

限定樣本平面的樣本保持器，其中，所述樣本保持器被構(gòu)造成布置樣本載體，所述樣本載體包括所述樣本平面中的測(cè)量位置陣列；

照明單元，其被構(gòu)造成以透射照明設(shè)置照亮所述樣本平面；

檢測(cè)器；

光學(xué)成像系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將包括二維測(cè)量位置陣列的樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，

其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括兩個(gè)以上反射成像元件，所述兩個(gè)以上反射成像元件適于將所述樣本平面成像到所述檢測(cè)器上，

其中，所述照明系統(tǒng)的輸出數(shù)值孔徑大于所述成像系統(tǒng)的輸入數(shù)值孔徑。

44.一種用于對(duì)樣本載體進(jìn)行成像的方法，所述樣本載體具有包含樣本的測(cè)量位置陣列，所述方法包括：

照亮所述測(cè)量位置陣列；

一次性收集從所述測(cè)量位置陣列中的所有測(cè)量位置發(fā)射的光；

通過使用兩個(gè)以上曲面反射元件將收集的光成像到檢測(cè)器上，所述曲面反射元件適于以在2:1和1:2之間的放大率將所述樣本平面成像到所述檢測(cè)器上。

45.根據(jù)方面44的方法，其中，所述放大倍數(shù)在1.2:1和1：1.2之間，優(yōu)選的是，其中，所述放大倍數(shù)基本為1。

46.根據(jù)方面44或45的方法，其中，所述樣本載體是孔板，優(yōu)選的是微孔板，并且其中，每個(gè)測(cè)量位置對(duì)應(yīng)于所述孔板的一個(gè)孔。

47.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的方法，還包括使用檢測(cè)器，所述檢測(cè)器包括多個(gè)像素，所述像素的尺寸小于測(cè)量位置的測(cè)量面積。

48.根據(jù)方面47的方法，其中，測(cè)量位置的測(cè)量面積對(duì)應(yīng)于微孔板的孔的表面積。

49.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的方法，其中，從所有測(cè)量位置發(fā)射的光是熒光。

50.根據(jù)前述方面中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述樣本是生物樣本。

51.根據(jù)方面50的方法，其中，所述樣本包括核苷酸。

52.根據(jù)方面50或方面51的方法，其中，所述樣本是pcr樣本。