双折叠光学器件的制作方法
双折叠光学器件的制作方法
【专利说明】双折叠光学器件
相关申请的交叉引用
[0001 ] 本专利申请要求2013年9月9日提交的美国临时专利申请N0.61/875，526的优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
[0002]本发明一般涉及成像领域以及用于对生物与化学测试和测定结果成像的装置。更具体地，许多实施例针对一种用于以特定增加的放大率与分辨率观察电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹或类似的生物化学测试和测定的紧凑且有效的成像装置。
【背景技术】
[0003]被用于观察、记录和分析生物和化学测试和测定的结果的仪器和装置系统通常需要能够提供特定的放大率以便对目标充分成像的仪器，但需要有限的尺寸以便在实验室中是有用的和可用的。对于这样的仪器，相对大的尺寸的样品和目标在将样品安装在仪器的视场内，同时还保持仪器具有合理的且经济的尺寸方面创造挑战。此外，在这样的仪器中，成像装置的光学路径以及仪器中所使用的透镜的透镜速率可导致复杂且无效率地设计尺寸的装置。然而，通过使用较小的变焦透镜对仪器的尺寸的减少可导致为了充分对样品成像的足够的灵敏度或视场的损失。
[0004]因此，仍然需要提供一种成像仪器，其保持期望的放大率、视场以及聚焦和成像能力，同时保持相对紧凑且有效以用于化学和生物实验室中。
【发明内容】
[0005]以下提供了本发明的一些实施例的简化概述以提供对本发明的基本理解。该概述不是本发明的广泛概览。其不意在确定本发明的关键或决定性元素或描述本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式将本发明的一些实施例表达为下文表达的更详细说明的序言。
[0006]成像组件的实施例包括:平台，该平台具有目标区域;相机和透镜模块;反光镜，沿着从相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及焦平面镜，沿着从反光镜入射的光路进行定位，其中该相机和透镜模块与该目标区域之间的光路是非正交的，并且该光路在该目标区域中具有焦平面。
[0007]进一步的实施例涉及成像组件，其中该组件被配置成对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光测定结果、和/或化学发光测定结果成像。在方面中，成像组件的透镜可具有约小于f/2.0的透镜速率，并且在进一步的方面，透镜可具有约f/1.4的透镜速率。
[0008]成像组件的一些实施例具有相对于相机和透镜模块以非正交取向定位的反光镜。在方面中，该反光镜相对于相机和透镜模块以约15°到约35°的偏转角进行取向。在进一步的方面，该反光镜相对于相机和透镜模块以约20°到约30°的偏转角进行取向。在成像组件的一些实施例中，焦平面镜相对于反光镜以正交取向进行定位。在方面中，焦平面镜相对于反光镜以非正交取向进行定位。在进一步的方面，焦平面镜相对于反光镜以约15°到约25°的俯仰角进行取向。在实施例中，成像组件的光路具有约50cm到70cm的成像距离长度，并且在其他方面，具有约60cm的成像距离长度。
[0009]进一步的实施例涉及成像系统组件，该成像系统组件包括:成像组件，该成像组件具有相机和透镜模块;控制单元，电子耦合到相机和透镜模块并被配置成从相机和透镜模块接收数据；以及用户界面，电子耦合到控制单元并被配置成显示、传输、和/或操纵(manipulate)从相机和透镜模块接收的数据。在一些方面，该成像组件可进一步具有:平台，该平台具有目标区域;反光镜，沿着从相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及焦平面镜，沿着从反光镜入射的光路进行定位。在其他方面，用户界面可被配置成操作控制单元，其中控制单元被进一步配置成向相机和透镜模块发送控制指令。在进一步的方面，成像系统组件可进一步包括机械耦合到相机和透镜模块的电机，其中控制单元可向该电机发送控制指令以改变相机和透镜模块的工作距离。在一些方面，成像系统组件可具有机械耦合到反光镜的电机，其中控制单元可向该电机发送控制指令以改变反光镜的取向角度。在其他方面，成像系统组件可具有机械耦合到焦平面镜的电机，其中控制单元可向该电机发送控制指令以改变焦平面镜的取向角度。
【附图说明】
[0010]以下参考附图详细描述了本公开的说明性方面。
[0011 ]图1是根据许多实施例的从相机和透镜模块沿两个镜被反射到样品区域中的光路范围的图示。
[0012]图2是根据许多实施例的从相机和透镜模块沿两个镜被反射和折射到样品区域中的光路的图示。
[0013]图3是根据实施例的定位在样品区域之上具有相机和透镜模块、反光镜以及焦平面镜的成像组件的图像。
【具体实施方式】
[0014]在本说明书中，出于解释的目的，阐述了众多特定细节以便提供对本文所公开的许多实施例的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节中的一些也可实践许多实施例。在其他情况下，以图表或示意图的形式示出了公知结构和设备以避免使描述的实施例的基础原理不清楚。
[0015]用于对来自各种生物、化学、和/或生物化学测试和测定的结果进行成像的成像系统和装置通常需要容纳各种尺寸的样品。诸如电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、免疫化学凝胶、以及其他这样的生物化学测试样品的测试和测定可产生样品、凝胶和其它这样的膜，沿着凝胶的宽度或长度尺寸，所述样品、凝胶和其它这样的膜在长度上可从约十厘米至约五十厘米(10cm-50cm)。这样的样品可进一步是化学发光的，生物发光的，和/或外部照明的。因此，实验室成像系统和装置的成像区域可被配置成具有能够涵盖整个样品或者样品的一部分的视场。这样的成像系统和装置的光学路径可被弯曲或折叠，尤其是以非正交的角度弯曲或折叠，以便允许足够长的焦距以在仪器系统或装置中实现期望的视场。
[0016]如此处所使用的，术语“非正交光路”指示参考光路与反射和/或折射表面相交，使得该光路的入射角关于反射角或折射角不处于直角(即，不是90° )。类似地，如此处所使用的，术语“非正交取向”指示与光路相交的参考反射和/或折射表面被定位和取向成使得光路不具有关于反射角或折射角的处于直角的入射角(即，该表面相对于入射光路不处于45°，并且因此在光路中不形成90°弯曲)。相反地，术语“正交光路”指示入射角和反射角形成直角(90°)，并且术语“正交取向”指示参考反射体被定位和取向成使入射光路以直角反射(即，反射体相对于入射光路处于45°角)。
[0017]如本文中所使用的，术语“偏转(yaw)角”指的是由于沿着垂直轴的平移或旋转(即，当从上方观察时，主体向左或右的旋转或转动)而导致的一个主体相对于另一个主体的取向或位置。具有零(0° )偏转角的主体是与从其观察主体的入射方向直接对齐(directly in line with)，或换句话说围绕其垂直轴没有向左或向右的旋转的主体。如本文中所使用的，术语“俯仰角(pitch angle)”指的是由于沿着水平轴的平移或旋转(S卩，当从上方观察时，主体向前或向后的旋转或倾斜)导致的一个主体相对于另一个主体的取向或位置。具有零(0°)俯仰角的主体是沿着其垂直轴是铅锤直的(plumb straight)，或者换句话说围绕其水平轴没有向前或向后的旋转的主体。关于俯仰角和偏转角两者，所给出的角度指的是光路与主体在入射光路的方向性轴与较靠近于光路从其入射的方向的主体的部分之间的交叉处的角度。
[0018]如本文中所使用的，术语“焦平面镜”指的是沿着最靠近于目标区域的光路定位的镜，在该目标区 域中，在该光路的视场内对物体(object)成像。如本文中所使用的，术语“反光(reflex)镜”指的是相比接近于由相机和透镜模块成像的目标区域的焦平面镜，沿着更靠近于相机和/或透镜组件或模块的光路定位的镜(该相机和/或透镜组件或模块从沿着该光路捕捉图像)。
[0019]在被用于对样品成像的光学系统的实施例中，成像系统和装置可具有尺寸为25厘米乘以20厘米(25cmX20cm)的成像区域。光学系统的一些实施例可具有沿成像区域的宽度和/或长度可从约9厘米(9cm)到约35厘米(35cm)的成像区域。此尺寸的成像区域可容纳由生物化学测试和测定造成的样品凝胶和膜，尤其是沿着样品的宽度或长度尺寸在长度上从约10厘米到约50厘米(10cm-50cm)的样品凝胶或膜。相应地，光学系统包括用于对视场中的物体进行成像和记录的相机和透镜模块(“CLM”)XLM可由CCD相机和机动化的变焦透镜构造。在实施例中，CCD相机可由专用的冷却系统冷却，或者而在其他实施例中，CCD相机可未进行冷却，即，并不连接到专用的冷却系统。
[0020]在实施例中，为了改善由CLM获得的图像，期望具有可变焦到(zoominto)样品的感兴趣的区域中以用于较高的像素采样的变焦透镜。用于这种实施例的变焦透镜需要约小于2(约<"2.0)的透镜速率(lens speed)(也被称为f数)。在进一步的实施例中，透镜可具有约f/1.4的透镜速率。在实施例中，CLM的焦距可处于约5毫米到约100毫米(5mm-100mm)的范围，该焦距可取决于成像系统所需的放大率以及相应的工作距离而变化。在一些实施例中，透镜具有约27厘米(27cm)的视场，这允许光学仪器具有足够宽/大的视场，以便覆盖25厘米乘以20厘米(25cmX 20cm)的成像区域。在各种实施例中，变焦透镜的视场可以是可变的并且处于从约5到35厘米(5cm-35cm)的范围。光学仪器的视场的改变可通过改变变焦透镜的焦距引起，这通过改变透镜元件或透镜元件组的光学设计和相对位置来完成。相机、相机外壳、或者透镜外壳内部的电机可被用于调节透镜元件之间的距离。在实施例中，变焦透镜的透镜元件距彼此可改变约4到5毫米(4mm-5mm)。
[0021]满足如上所述要求的透镜速率和视场的市售的变焦透镜通常是大的并且具有需要透镜和相关联的相机的工作距离为最少约30厘米(30cm)的最小工作距离，并且还可具有50厘米(50cm)或100厘米(100cm)的最小工作距离要求。如果利用直的光路实现，则所得的成像系统具有通常不服从实验室工作空间中可用的空间或对于实验室工作空间中可用的空间不可行的尺寸。因此，在实施例中，利用至少一个非正交角度将光路折叠至少两次允许使用具有期望的透镜速率和视场的透镜，同时在尺寸有效的框架内管理相应的工作距离。在这样的实施例中，透镜可具有约60厘米(60cm)的成像距离，但是相比利用具有相等或更短的成像距离的直的光路的实现，在构造上是更紧凑的。在进一步的实施例中，透镜可具有约50厘米到约70厘米(50cm-70cm)的成像距离，并且在进一步实施例中，透镜可具有约40厘米到100厘米(40cm-100cm)的成像距离。又进一步实施例可具有透镜，所述透镜具有在这些范围处或内的处于任意增量或梯度的成像距离。在这样的实施例中，虽然变焦透镜可改变由CLM观察到的视场，但光路的长度没有改变。
[0022]在成像组件的一些实施例中，通过折叠相机和透镜组件与目标区域之间的光路来减少和最小化由成像组件所占据的空间。最小化由成像组件产品所占据的工作台空间是有利的，以便允许在实验室中的紧凑空间中使用装置。在实施例中，通过使用位于目标区域之上的相对于有关的相机和透镜模块具有偏转角和俯仰角的至少两个镜(反光镜和焦平面镜)来折叠成像组件的光路，使得成像组件的高度和/或宽度被减少达大约从相机和透镜模块到反光镜的距离与从反光镜到焦平面镜的距离之和。具体地，该至少两个镜和CLM相对于彼此以至少一个非正交角度进行取向以有效地减少成像组件的高度和/或宽度。相应地，光路光束的折叠、弯曲、和/或倾斜可进一步增加路径长度，或者在期望的和/或受限的空间体积内减少成像组件的整体尺寸。
[0023]虽然本文中所公开的很多实施例一般针对一种具有紧凑形状因数的有效成像装置以用于对化学发光的或者生物发光的样品进行成像，但本文中所描述的成像装置可被用于其中具有相似的或类似的透镜速率和焦距要求的宽的视场和紧凑的成像组件将适合的或有利的任何应用。
[0024]图1是根据许多实施例的从相机和透镜模块沿两个镜被反射到样品区域100中的光路范围的图示。在实施例中，相机和透镜模块(“CLM”)102被连接至CLM接口(未示出)，该CLM接口进而电连接至非瞬态计算机可读介质，由CLM 102所捕捉的图像被传输至该非瞬态计算机可读介质。CLM 102的实施例可包括相机104、透镜外壳106、透镜组件108、以及透镜套(encasement) 110。透镜外壳106至少部分地包含并保护透镜组件108，虽然透镜组件108可从透镜外壳106延伸出来朝向相机104或者进入透镜套中。透镜套110可封围并保护透镜组件108从透镜外壳106前面延伸的部分，并且可跨越透镜组件108可在其上变焦的范围。可控的机动化组件可进一步驻留在透镜外壳106中并改变透镜组件108中的透镜分组之间的距离以通过透镜组件108改变视场内的区域。在特定实施例中，透镜组件108在长度上可以是约十五厘米(15cm)并且在直径上可以是约两英寸(2”)XLM 102被取向和定位成使得其光路112与至少一个反光镜114和焦平面镜116相交并覆盖从其收集样品的成像数据的目标区域118。(如图1中所示出的，焦平面镜116被表示为透明的以允许该图示的其他方面的可视化)。
[0025]光路112被视为起源于透镜。从CLM 102出发，光路112与反光镜114相交。在实施例中，反光镜114相对于CLM 102被定位在距CLM 102约25cm远处。在进一步实施例中，反光镜114可距CLM 102从约20cm至约30cm远。在更进一步实施例中，反光镜114可距CLM 102从约15cm至约35cm远。反光镜114具有0°的俯仰角以及约20°的偏转角；换句话说，反光镜114围绕水平轴没有在任何方向进行旋转(即，是铅锤直的且不是倾斜的)并且被旋转成使得在入射光路112的方向性轴与接近于CLM 102的反光镜114的水平面之间形成20°角。在实施例中，反光镜114可具有22.5°的俯仰角。在一些实施例中，反光镜114可具有约25°的偏转角或约30°的偏转角。在进一步实施例中，反光镜114可具有从约15°到约35°的偏转角.在更进一步实施例中，反光镜114可具有约1°到约44°的偏转角，或者约46°到约89°的偏转角。在一些实施例中，反光镜114可具有约1°到约44°的俯仰角或者约46°到约89°的俯仰角(S卩，向前倾斜)，其中如在入射光路112的方向性轴与接近于CLM 102的反光镜114的垂直面之间测量该俯仰角。在这样的实施例中，反光镜114处于非正交的取向。因此，离开反光镜114的从CLM102入射的反射是非正交的光路112。
[0026]在替代实施例中，反光镜114相对于CLM102以正交取向沿着其垂直轴定位(S卩，相对于从CLM 102入射的光路112处于45°的偏转角)，使得光路112以直角(90°)反射离开反光镜。在这样的实施例中，在反光镜114处于正交取向的情 况下，任何随后的反光镜或焦平面镜116可处于非正交或正交的取向。以正交取向提供反光镜114进一步允许其中随后的反光镜或焦平面镜116沿俯仰轴和偏转轴两者为非正交的光学仪器。在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，反光镜114不能被定位在导致CLM 102被捕捉在光路112的视场内的角度处。进一步，在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，反光镜114不应被定位在导致反光镜114收集大量的灰尘的角度处，这样的灰尘可不利地遮蔽从目标区域118捕捉的图像。
[0027]光路112从反光镜114反射到焦平面镜116。在实施例中，焦平面镜116相对于反光镜114被定位在距反光镜114约23cm远处。在进一步实施例中，焦平面镜116距反光镜可从约18cm到约28cm远。在进一步实施例中，焦平面镜116距反光镜可从约13cm到约33cm远。焦平面镜116具有45°的俯仰角和约0°的偏转角；换句话说，焦平面镜116围绕其水平轴向前旋转，使得在入射光路112的方向性轴和接近于反光镜114的焦平面镜116的平面之间形成45°角(即，向前倾斜)，并且相对于从反光镜114入射的光路112的方向性轴并未围绕其垂直轴进行旋转(即，是垂直的)。在这样的实施例中，关于偏转角，焦平面镜116相对于从反光镜114入射的光路112处于正交取向，光路112以90°角向下朝向目标区域反射离开焦平面镜。在一些实施例中，焦平面镜116可具有约1°到约44°的偏转角或者约46°到约89°的偏转角。在这样的实施例中，焦平面镜116关于俯仰角处于正交取向。然而，起源于CLM 102并反射离开反光镜114并且随后反射离开焦平面镜的整体光路112是非正交的光路112。
[0028]在替代实施例中，焦平面镜116相对于反光镜114以非正交取向进行定位，使得光路112不以直角(90°)反射离开焦平面镜。在这样的实施例中，焦平面镜116可具有约1°到约44°的俯仰角或者约46°到约89°的俯仰角，其中如在入射光路112的方向性轴与接近于反光镜114的反光镜的平面之间测量该俯仰角。在一些实施例中，焦平面镜116可具有约1°到约44°的俯仰角或者约46°到约89°的俯仰角。在又进一步实施例中，焦平面镜116可具有约15°到约25°的俯仰角。在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，焦平面镜116不能被定位在导致CLM 102被捕捉在光路112的视场内的角度处。进一步，在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，焦平面镜116不应被定位在导致焦平面镜116收集大量的灰尘的角度处，这样的灰尘可不利地遮蔽从目标区域118捕捉的图像。
[0029]在实施例中，反光镜114和/或焦平面镜116为平面镜，其可以是圆形镜、矩形镜、和/或不规则形状的镜。反光镜114和/或焦平面镜116可被成形或切割以适应成像系统的空间，或者以允许用户访问成像系统的内部空间。其中定位样品以用于成像的目标区域118被光路112的视场覆盖。在实施例中，被置于目标区域118中并被成像的样品可具有约20cm到约30cm的长度和约20cm到约30cm的宽度。在进一步实施例中，被置于目标区域118中并被成像的样品可具有约10cm到约50cm的长度和约10cm到约50cm的宽度。在一些实施例中，焦平面镜116在宽度和/或直径上可大于反光镜114。在特定实施例中，焦平面镜116可比反光镜114大从约2倍(2x)到3倍(3x)。在一些实施例中，成像装置包括支撑结构120，可从该支撑结构120安装CLM 102、反光镜114、和/或焦平面镜116。支撑结构120可被定位在光路112和目标区域118的一般区域(general area)之上并且被这样定位以便不中断光路112并且不被捕捉在收集图像数据的CLM 102的视场内。(如图1中所示出的，支撑结构120被表示为透明的以允许图示的其它方面的可视化。)
[0030]图2是从相机和透镜模块沿着两个镜被反射和折射到样品区域200中的光路的图示，具体地示出了覆盖目标区域的视场的周界(perimeter) XLM202可具有从CLM 202投射并与反光镜206相交并且被进一步朝向焦平面镜208重新定向的多个光路204。反光镜206可具有非正交取向，如在所示出的实施例中，该反光镜206相对于来自CLM 202光路204的轴可具有30°的偏转角。换句话说，反光镜206可围绕其垂直轴旋转，使得在光路204的入射方向与由反光镜206更靠近CLM 202的表面所限定的平面之间的相交点处形成30°。焦平面镜208可以一俯仰角相对于反光镜206进行取向，该俯仰角向下朝向样品区域210反射并引导从反光镜入射的光路204。换句话说，焦平面镜208可围绕其水平轴208a旋转，使得其上部向前(即，朝向反光镜206)倾斜。反射离开焦平面镜208(并且具体地沿着焦平面镜208的水平轴208a反射的)的光路204向下朝向样品区域210投射，并结束在光路终点204'处。终点204'指示在给定取向和变焦度下可由CLM 202观察的视场的周界。终点20V可与样品区域210的周界共终点(co-terminus)，可位于样品区域210内，或者位于样品区域外。在方面中，当终点2047位于样品区域210的周界内时，样品区域超过给定终点20V的部分不位于CLM 202的视场内，并且因.比这些部分不被成像。在方面中，当终点204'位于样品区域210的周界外时，在给定终点204'之前的样品视场的部分可不包含样品区域210内待成像的样品凝胶或膜。可通过修改反光镜206和/或焦平面镜208的俯仰角和/或偏转角来调节终点20V相对于样品区域210或位于样品区域210内的位置。进一步，可通过改变CLM 202内的透镜的变焦因子来调节终点204'相对于样品区域210或位于样品区域210内的位置。
[0031]图3是根据实施例的定位在样品区域300之上具有相机和透镜模块、反光镜、以及焦平面镜的成像组件设置的俯视图示图。起源于CLM 302的光路与反光镜304相交，该反光镜304相对于CLM 302具有约30°的偏转角。该光路被反射并前进至焦平面镜306，该焦平面镜306以约20°的俯仰角(S卩，向前倾斜)相对于反光镜304进行定位。样品区域308位于CLM302的视场内，光路被焦平面镜306重新定向(在此设置中，向下)以对样品区域308成像。图片(pictured)成像装置可进一步被包含在包围CLM 302、反光镜304、焦平面镜306、样品区域308以及它们相应的支撑部件的外壳内。
[0032]在进一步的实施例中，可利用两个以上的镜折叠或弯曲成像组件的光路。在这样的实施例中，从CLM投射的光路与第一反光镜相交并反射离开该第一反光镜，随后与第二反光镜相交并反射离开该第二反光镜，进一步与焦平面镜相交并反射离开焦平面镜，并且因此在目标区域之上投射视场。在这样的实施例中，第一反光镜、第二反光镜以及焦平面镜可各自单独地和替代地具有约1°到约89°的偏转角。类似地，在这样的实施例中，第一反光镜、第二反光镜以及焦平面镜可各自单独地和替代地具有约1°到约89°的俯仰角。在一些实施例中，第一反光镜、第二反光镜或焦平面镜的偏转角或俯仰角中的至少一个可具有非正交取向，从而导致成像系统具有非正交的光路。进一步的替代实施例可采用任意数量的反光镜结合CLM和焦平面镜，只要成像组件的配置满足整体仪器和装置的尺寸和形状因数要求。
[0033]在一些实施例中，反光镜可沿其偏转角和俯仰角两者进行调 节，而在其他实施例中，反光镜仅可沿其偏转角进行调节。在一些实施例中，焦平面镜可沿其偏转角和俯仰角两者进行调节，而在其他实施例中，焦平面镜仅可沿其俯仰角进行调节。选择反光镜和焦平面镜的角度以安装在任何给定的外壳内或者以符合需要的形状因数。例如，需要具有相对长的长度和最小化的深度和宽度的成像装置和系统可具有具有尤为尖锐的(particularlyacute)偏转角的反光镜。相反地，需要具有相对高的形状因数的成像装置和系统可具有具有尤为钝的(particularly obtuse)俯仰角的焦平面镜。基于本文中所公开的反光镜和焦平面镜的俯仰角和偏转角，对其的变型和扩展可允许进一步替代配置的构造。
[0034]在一些实施例中，可通过由控制单元控制的电机在成像组件内部移动CLM，其中电机可被机械地耦合到CLM，并通过改变CLM的位置来改变工作距离。在其他实施例中，可通过由控制单元控制的一个或多个电机在成像组件内移动反光镜和焦平面镜中的任一者或两者的角度，其中该一个或多个电机可被机械地耦合到反光镜和焦平面镜中的任一者或两者并改变反光镜和焦平面镜中的任一者或两者取向在的角度，或者通过改变反光镜和焦平面镜中的任一者或两者的位置来改变工作距离。在其它实施例中，CLM、反光镜和焦平面镜中的任一个或全部可使它们的工作距离和或取向角度由操作员手动改变。
[0035]如本文中所提供的，用于捕捉位于目标区域中的样品的图像的CLM与CLM接口和/或非瞬态计算机可读介质(诸如微处理器)电子耦合。CLM和/或CLM接口可通过有线或无线的方式电耦合至微处理器(或等同物)并藉此将成像数据信号发送到微处理器。用于从CLM和/或CLM接口收集成像数据的经耦合的微处理器可进一步将所收集的信息中继至其他非瞬态计算机可读介质，和/或对所收集的数据运行计算并将所计算的结果中继至用户可操作的和/或用户可读的显示器。由CLM和/或CLM接口所捕捉的成像数据可由微处理器过滤(通过硬件或者软件)以分析或者将计算基于由样品凝胶或膜发出的光的特定波长，和/或用于照射样品凝胶或膜的光的特定波长。在这样的实施例中，成像系统可包括CLM、可从CLM接收数据并且向CLM发送控制指令的电子親合到CLM的控制单元、以及电子親合到控制单元并且被配置成显示、传输和/或操纵这种数据的用户界面，其中用户界面可进一步操作控制单元以向CLM发送控制指令，在一些方面，所述控制指令可以是用于经由电机改变CLM的工作距离的指令。在进一步的实施例中，成像系统控制单元可向反光镜和焦平面镜中的任一者或两者发送控制指令，在一些方面，所述控制指令可以是用于经由一个或多个电机改变反光镜和焦平面镜中的任一者或两者的取向角度的指令。
[0036]以上描述是说明性的而不是限制性的，并且在审阅本公开后，对于本领域技术人员将变得显而易见的是本发明可以以其他特定形式来实施而不脱离其基本特性。例如，上述方面中的任何一个可被结合到一个或若干不同的配置中，每个配置具有各方面的子集。此外，在全部前述说明中，出于说明的目的，阐述了众多具体细节以便提供对本发明的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节中的一些也可实践这些实施例。这些其他的实施例意在被包括在本发明的精神和范围内。因此，本发明的范围不是参考上面的描述确定的，而是应该参考下列待审批的权利要求以及它们的法律等效物的完整范围来确定。
【主权项】
1.一种成像组件，包括: 具有目标区域的平台； 相机和透镜模块； 反光镜，沿着从所述相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及 焦平面镜，沿着从所述反光镜入射的光路进行定位， 所述相机和透镜模块与所述目标区域之间的光路为非正交的并且在所述目标区域中具有焦平面。2.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述组件被配置成对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光测定结果、和/或化学发光测定结果成像。3.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述透镜具有约小于f/2.0的透镜速率。4.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述透镜具有约f/1.4的透镜速率。5.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述反光镜相对于所述相机和透镜模块以非正交取向进行定位。6.根据权利要求5所述的成像组件，其特征在于，所述反光镜相对于所述相机和透镜模块以约15°到约35°的偏转角进行取向。7.根据权利要求6所述的成像组件，其特征在于，所述反光镜相对于所述相机和透镜模块以约20°到约30°的偏转角进行取向。8.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述焦平面镜相对于所述反光镜以正交取向进行定位。9.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述焦平面镜相对于所述反光镜以非正交取向进行定位。10.根据权利要求9所述的成像组件，其特征在于，所述焦平面镜相对于所述反光镜以约15°到约25°的俯仰角进行取向。11.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述光路具有约50cm到约70cm的成像距离长度。12.根据权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述光路具有约60cm的成像距离长度。13.—种成像系统组件，包括: 成像组件，所述成像组件包括相机和透镜模块； 控制单元，电子耦合到所述相机和透镜模块并被配置成从所述相机和透镜模块接收数据；以及 用户界面，电子耦合到所述控制单元并被配置成显示、传输、和/或操纵从所述相机和透镜模块接收的数据。14.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，所述成像组件进一步包括: 具有目标区域的平台； 反光镜，沿着从所述相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及 焦平面镜，沿着从所述反光镜入射的光路进行定位。15.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，所述用户界面被进一步配置成操作所述控制单元，并且所述控制单元被进一步配置成向所述相机和透镜模块发送控制指令。16.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，进一步包括机械耦合到所述相机和透镜模块的电机，所述控制单元被进一步配置成向所述电机发送控制指令以改变所述相机和透镜模块的工作距离。17.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，进一步包括机械耦合到所述反光镜的电机，所述控制单元被进一步配置成向所述电机发送控制指令以改变所述反光镜的取向角度。18.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，进一步包括机械耦合到所述焦平面镜的电机，所述控制单元被进一步配置成向所述电机发送控制指令以改变所述焦平面镜的取向角度。
【专利摘要】一种用于对凝胶或其他衬底中的生物、化学、和/或生物化学样品进行观察、成像、和分析的成像组件，其中可调节的相机和透镜模块、反光镜、以及焦平面镜被配置成弯曲或折叠光路以便对目标区域成像，并且其中可沿着非正交角度反射光路。该成像组件被配置成减小成像装置的整体尺寸，这是由于镜与相机和透镜组件相对于彼此被定位在的角度，所述角度允许对目标区域中相对较大的样品成像。
【IPC分类】G02B5/18, G02B5/08, G02B7/182
【公开号】CN105492934
【申请号】CN201480030990
【发明人】E·思拉什, E·佩雷兹, S·史沃特
【申请人】生物辐射实验室股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月4日
【公告号】EP2987006A1, US9310600, US20150070483, WO2015035001A1
【专利说明】双折叠光学器件
相关申请的交叉引用
[0001 ] 本专利申请要求2013年9月9日提交的美国临时专利申请N0.61/875，526的优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
[0002]本发明一般涉及成像领域以及用于对生物与化学测试和测定结果成像的装置。更具体地，许多实施例针对一种用于以特定增加的放大率与分辨率观察电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹或类似的生物化学测试和测定的紧凑且有效的成像装置。
【背景技术】
[0003]被用于观察、记录和分析生物和化学测试和测定的结果的仪器和装置系统通常需要能够提供特定的放大率以便对目标充分成像的仪器，但需要有限的尺寸以便在实验室中是有用的和可用的。对于这样的仪器，相对大的尺寸的样品和目标在将样品安装在仪器的视场内，同时还保持仪器具有合理的且经济的尺寸方面创造挑战。此外，在这样的仪器中，成像装置的光学路径以及仪器中所使用的透镜的透镜速率可导致复杂且无效率地设计尺寸的装置。然而，通过使用较小的变焦透镜对仪器的尺寸的减少可导致为了充分对样品成像的足够的灵敏度或视场的损失。
[0004]因此，仍然需要提供一种成像仪器，其保持期望的放大率、视场以及聚焦和成像能力，同时保持相对紧凑且有效以用于化学和生物实验室中。
【发明内容】
[0005]以下提供了本发明的一些实施例的简化概述以提供对本发明的基本理解。该概述不是本发明的广泛概览。其不意在确定本发明的关键或决定性元素或描述本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式将本发明的一些实施例表达为下文表达的更详细说明的序言。
[0006]成像组件的实施例包括:平台，该平台具有目标区域;相机和透镜模块;反光镜，沿着从相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及焦平面镜，沿着从反光镜入射的光路进行定位，其中该相机和透镜模块与该目标区域之间的光路是非正交的，并且该光路在该目标区域中具有焦平面。
[0007]进一步的实施例涉及成像组件，其中该组件被配置成对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光测定结果、和/或化学发光测定结果成像。在方面中，成像组件的透镜可具有约小于f/2.0的透镜速率，并且在进一步的方面，透镜可具有约f/1.4的透镜速率。
[0008]成像组件的一些实施例具有相对于相机和透镜模块以非正交取向定位的反光镜。在方面中，该反光镜相对于相机和透镜模块以约15°到约35°的偏转角进行取向。在进一步的方面，该反光镜相对于相机和透镜模块以约20°到约30°的偏转角进行取向。在成像组件的一些实施例中，焦平面镜相对于反光镜以正交取向进行定位。在方面中，焦平面镜相对于反光镜以非正交取向进行定位。在进一步的方面，焦平面镜相对于反光镜以约15°到约25°的俯仰角进行取向。在实施例中，成像组件的光路具有约50cm到70cm的成像距离长度，并且在其他方面，具有约60cm的成像距离长度。
[0009]进一步的实施例涉及成像系统组件，该成像系统组件包括:成像组件，该成像组件具有相机和透镜模块;控制单元，电子耦合到相机和透镜模块并被配置成从相机和透镜模块接收数据；以及用户界面，电子耦合到控制单元并被配置成显示、传输、和/或操纵(manipulate)从相机和透镜模块接收的数据。在一些方面，该成像组件可进一步具有:平台，该平台具有目标区域;反光镜，沿着从相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及焦平面镜，沿着从反光镜入射的光路进行定位。在其他方面，用户界面可被配置成操作控制单元，其中控制单元被进一步配置成向相机和透镜模块发送控制指令。在进一步的方面，成像系统组件可进一步包括机械耦合到相机和透镜模块的电机，其中控制单元可向该电机发送控制指令以改变相机和透镜模块的工作距离。在一些方面，成像系统组件可具有机械耦合到反光镜的电机，其中控制单元可向该电机发送控制指令以改变反光镜的取向角度。在其他方面，成像系统组件可具有机械耦合到焦平面镜的电机，其中控制单元可向该电机发送控制指令以改变焦平面镜的取向角度。
【附图说明】
[0010]以下参考附图详细描述了本公开的说明性方面。
[0011 ]图1是根据许多实施例的从相机和透镜模块沿两个镜被反射到样品区域中的光路范围的图示。
[0012]图2是根据许多实施例的从相机和透镜模块沿两个镜被反射和折射到样品区域中的光路的图示。
[0013]图3是根据实施例的定位在样品区域之上具有相机和透镜模块、反光镜以及焦平面镜的成像组件的图像。
【具体实施方式】
[0014]在本说明书中，出于解释的目的，阐述了众多特定细节以便提供对本文所公开的许多实施例的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节中的一些也可实践许多实施例。在其他情况下，以图表或示意图的形式示出了公知结构和设备以避免使描述的实施例的基础原理不清楚。
[0015]用于对来自各种生物、化学、和/或生物化学测试和测定的结果进行成像的成像系统和装置通常需要容纳各种尺寸的样品。诸如电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、免疫化学凝胶、以及其他这样的生物化学测试样品的测试和测定可产生样品、凝胶和其它这样的膜，沿着凝胶的宽度或长度尺寸，所述样品、凝胶和其它这样的膜在长度上可从约十厘米至约五十厘米(10cm-50cm)。这样的样品可进一步是化学发光的，生物发光的，和/或外部照明的。因此，实验室成像系统和装置的成像区域可被配置成具有能够涵盖整个样品或者样品的一部分的视场。这样的成像系统和装置的光学路径可被弯曲或折叠，尤其是以非正交的角度弯曲或折叠，以便允许足够长的焦距以在仪器系统或装置中实现期望的视场。
[0016]如此处所使用的，术语“非正交光路”指示参考光路与反射和/或折射表面相交，使得该光路的入射角关于反射角或折射角不处于直角(即，不是90° )。类似地，如此处所使用的，术语“非正交取向”指示与光路相交的参考反射和/或折射表面被定位和取向成使得光路不具有关于反射角或折射角的处于直角的入射角(即，该表面相对于入射光路不处于45°，并且因此在光路中不形成90°弯曲)。相反地，术语“正交光路”指示入射角和反射角形成直角(90°)，并且术语“正交取向”指示参考反射体被定位和取向成使入射光路以直角反射(即，反射体相对于入射光路处于45°角)。
[0017]如本文中所使用的，术语“偏转(yaw)角”指的是由于沿着垂直轴的平移或旋转(即，当从上方观察时，主体向左或右的旋转或转动)而导致的一个主体相对于另一个主体的取向或位置。具有零(0° )偏转角的主体是与从其观察主体的入射方向直接对齐(directly in line with)，或换句话说围绕其垂直轴没有向左或向右的旋转的主体。如本文中所使用的，术语“俯仰角(pitch angle)”指的是由于沿着水平轴的平移或旋转(S卩，当从上方观察时，主体向前或向后的旋转或倾斜)导致的一个主体相对于另一个主体的取向或位置。具有零(0°)俯仰角的主体是沿着其垂直轴是铅锤直的(plumb straight)，或者换句话说围绕其水平轴没有向前或向后的旋转的主体。关于俯仰角和偏转角两者，所给出的角度指的是光路与主体在入射光路的方向性轴与较靠近于光路从其入射的方向的主体的部分之间的交叉处的角度。
[0018]如本文中所使用的，术语“焦平面镜”指的是沿着最靠近于目标区域的光路定位的镜，在该目标区 域中，在该光路的视场内对物体(object)成像。如本文中所使用的，术语“反光(reflex)镜”指的是相比接近于由相机和透镜模块成像的目标区域的焦平面镜，沿着更靠近于相机和/或透镜组件或模块的光路定位的镜(该相机和/或透镜组件或模块从沿着该光路捕捉图像)。
[0019]在被用于对样品成像的光学系统的实施例中，成像系统和装置可具有尺寸为25厘米乘以20厘米(25cmX20cm)的成像区域。光学系统的一些实施例可具有沿成像区域的宽度和/或长度可从约9厘米(9cm)到约35厘米(35cm)的成像区域。此尺寸的成像区域可容纳由生物化学测试和测定造成的样品凝胶和膜，尤其是沿着样品的宽度或长度尺寸在长度上从约10厘米到约50厘米(10cm-50cm)的样品凝胶或膜。相应地，光学系统包括用于对视场中的物体进行成像和记录的相机和透镜模块(“CLM”)XLM可由CCD相机和机动化的变焦透镜构造。在实施例中，CCD相机可由专用的冷却系统冷却，或者而在其他实施例中，CCD相机可未进行冷却，即，并不连接到专用的冷却系统。
[0020]在实施例中，为了改善由CLM获得的图像，期望具有可变焦到(zoominto)样品的感兴趣的区域中以用于较高的像素采样的变焦透镜。用于这种实施例的变焦透镜需要约小于2(约<"2.0)的透镜速率(lens speed)(也被称为f数)。在进一步的实施例中，透镜可具有约f/1.4的透镜速率。在实施例中，CLM的焦距可处于约5毫米到约100毫米(5mm-100mm)的范围，该焦距可取决于成像系统所需的放大率以及相应的工作距离而变化。在一些实施例中，透镜具有约27厘米(27cm)的视场，这允许光学仪器具有足够宽/大的视场，以便覆盖25厘米乘以20厘米(25cmX 20cm)的成像区域。在各种实施例中，变焦透镜的视场可以是可变的并且处于从约5到35厘米(5cm-35cm)的范围。光学仪器的视场的改变可通过改变变焦透镜的焦距引起，这通过改变透镜元件或透镜元件组的光学设计和相对位置来完成。相机、相机外壳、或者透镜外壳内部的电机可被用于调节透镜元件之间的距离。在实施例中，变焦透镜的透镜元件距彼此可改变约4到5毫米(4mm-5mm)。
[0021]满足如上所述要求的透镜速率和视场的市售的变焦透镜通常是大的并且具有需要透镜和相关联的相机的工作距离为最少约30厘米(30cm)的最小工作距离，并且还可具有50厘米(50cm)或100厘米(100cm)的最小工作距离要求。如果利用直的光路实现，则所得的成像系统具有通常不服从实验室工作空间中可用的空间或对于实验室工作空间中可用的空间不可行的尺寸。因此，在实施例中，利用至少一个非正交角度将光路折叠至少两次允许使用具有期望的透镜速率和视场的透镜，同时在尺寸有效的框架内管理相应的工作距离。在这样的实施例中，透镜可具有约60厘米(60cm)的成像距离，但是相比利用具有相等或更短的成像距离的直的光路的实现，在构造上是更紧凑的。在进一步的实施例中，透镜可具有约50厘米到约70厘米(50cm-70cm)的成像距离，并且在进一步实施例中，透镜可具有约40厘米到100厘米(40cm-100cm)的成像距离。又进一步实施例可具有透镜，所述透镜具有在这些范围处或内的处于任意增量或梯度的成像距离。在这样的实施例中，虽然变焦透镜可改变由CLM观察到的视场，但光路的长度没有改变。
[0022]在成像组件的一些实施例中，通过折叠相机和透镜组件与目标区域之间的光路来减少和最小化由成像组件所占据的空间。最小化由成像组件产品所占据的工作台空间是有利的，以便允许在实验室中的紧凑空间中使用装置。在实施例中，通过使用位于目标区域之上的相对于有关的相机和透镜模块具有偏转角和俯仰角的至少两个镜(反光镜和焦平面镜)来折叠成像组件的光路，使得成像组件的高度和/或宽度被减少达大约从相机和透镜模块到反光镜的距离与从反光镜到焦平面镜的距离之和。具体地，该至少两个镜和CLM相对于彼此以至少一个非正交角度进行取向以有效地减少成像组件的高度和/或宽度。相应地，光路光束的折叠、弯曲、和/或倾斜可进一步增加路径长度，或者在期望的和/或受限的空间体积内减少成像组件的整体尺寸。
[0023]虽然本文中所公开的很多实施例一般针对一种具有紧凑形状因数的有效成像装置以用于对化学发光的或者生物发光的样品进行成像，但本文中所描述的成像装置可被用于其中具有相似的或类似的透镜速率和焦距要求的宽的视场和紧凑的成像组件将适合的或有利的任何应用。
[0024]图1是根据许多实施例的从相机和透镜模块沿两个镜被反射到样品区域100中的光路范围的图示。在实施例中，相机和透镜模块(“CLM”)102被连接至CLM接口(未示出)，该CLM接口进而电连接至非瞬态计算机可读介质，由CLM 102所捕捉的图像被传输至该非瞬态计算机可读介质。CLM 102的实施例可包括相机104、透镜外壳106、透镜组件108、以及透镜套(encasement) 110。透镜外壳106至少部分地包含并保护透镜组件108，虽然透镜组件108可从透镜外壳106延伸出来朝向相机104或者进入透镜套中。透镜套110可封围并保护透镜组件108从透镜外壳106前面延伸的部分，并且可跨越透镜组件108可在其上变焦的范围。可控的机动化组件可进一步驻留在透镜外壳106中并改变透镜组件108中的透镜分组之间的距离以通过透镜组件108改变视场内的区域。在特定实施例中，透镜组件108在长度上可以是约十五厘米(15cm)并且在直径上可以是约两英寸(2”)XLM 102被取向和定位成使得其光路112与至少一个反光镜114和焦平面镜116相交并覆盖从其收集样品的成像数据的目标区域118。(如图1中所示出的，焦平面镜116被表示为透明的以允许该图示的其他方面的可视化)。
[0025]光路112被视为起源于透镜。从CLM 102出发，光路112与反光镜114相交。在实施例中，反光镜114相对于CLM 102被定位在距CLM 102约25cm远处。在进一步实施例中，反光镜114可距CLM 102从约20cm至约30cm远。在更进一步实施例中，反光镜114可距CLM 102从约15cm至约35cm远。反光镜114具有0°的俯仰角以及约20°的偏转角；换句话说，反光镜114围绕水平轴没有在任何方向进行旋转(即，是铅锤直的且不是倾斜的)并且被旋转成使得在入射光路112的方向性轴与接近于CLM 102的反光镜114的水平面之间形成20°角。在实施例中，反光镜114可具有22.5°的俯仰角。在一些实施例中，反光镜114可具有约25°的偏转角或约30°的偏转角。在进一步实施例中，反光镜114可具有从约15°到约35°的偏转角.在更进一步实施例中，反光镜114可具有约1°到约44°的偏转角，或者约46°到约89°的偏转角。在一些实施例中，反光镜114可具有约1°到约44°的俯仰角或者约46°到约89°的俯仰角(S卩，向前倾斜)，其中如在入射光路112的方向性轴与接近于CLM 102的反光镜114的垂直面之间测量该俯仰角。在这样的实施例中，反光镜114处于非正交的取向。因此，离开反光镜114的从CLM102入射的反射是非正交的光路112。
[0026]在替代实施例中，反光镜114相对于CLM102以正交取向沿着其垂直轴定位(S卩，相对于从CLM 102入射的光路112处于45°的偏转角)，使得光路112以直角(90°)反射离开反光镜。在这样的实施例中，在反光镜114处于正交取向的情 况下，任何随后的反光镜或焦平面镜116可处于非正交或正交的取向。以正交取向提供反光镜114进一步允许其中随后的反光镜或焦平面镜116沿俯仰轴和偏转轴两者为非正交的光学仪器。在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，反光镜114不能被定位在导致CLM 102被捕捉在光路112的视场内的角度处。进一步，在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，反光镜114不应被定位在导致反光镜114收集大量的灰尘的角度处，这样的灰尘可不利地遮蔽从目标区域118捕捉的图像。
[0027]光路112从反光镜114反射到焦平面镜116。在实施例中，焦平面镜116相对于反光镜114被定位在距反光镜114约23cm远处。在进一步实施例中，焦平面镜116距反光镜可从约18cm到约28cm远。在进一步实施例中，焦平面镜116距反光镜可从约13cm到约33cm远。焦平面镜116具有45°的俯仰角和约0°的偏转角；换句话说，焦平面镜116围绕其水平轴向前旋转，使得在入射光路112的方向性轴和接近于反光镜114的焦平面镜116的平面之间形成45°角(即，向前倾斜)，并且相对于从反光镜114入射的光路112的方向性轴并未围绕其垂直轴进行旋转(即，是垂直的)。在这样的实施例中，关于偏转角，焦平面镜116相对于从反光镜114入射的光路112处于正交取向，光路112以90°角向下朝向目标区域反射离开焦平面镜。在一些实施例中，焦平面镜116可具有约1°到约44°的偏转角或者约46°到约89°的偏转角。在这样的实施例中，焦平面镜116关于俯仰角处于正交取向。然而，起源于CLM 102并反射离开反光镜114并且随后反射离开焦平面镜的整体光路112是非正交的光路112。
[0028]在替代实施例中，焦平面镜116相对于反光镜114以非正交取向进行定位，使得光路112不以直角(90°)反射离开焦平面镜。在这样的实施例中，焦平面镜116可具有约1°到约44°的俯仰角或者约46°到约89°的俯仰角，其中如在入射光路112的方向性轴与接近于反光镜114的反光镜的平面之间测量该俯仰角。在一些实施例中，焦平面镜116可具有约1°到约44°的俯仰角或者约46°到约89°的俯仰角。在又进一步实施例中，焦平面镜116可具有约15°到约25°的俯仰角。在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，焦平面镜116不能被定位在导致CLM 102被捕捉在光路112的视场内的角度处。进一步，在正交或非正交的取向中，对于俯仰角和偏转角两者，焦平面镜116不应被定位在导致焦平面镜116收集大量的灰尘的角度处，这样的灰尘可不利地遮蔽从目标区域118捕捉的图像。
[0029]在实施例中，反光镜114和/或焦平面镜116为平面镜，其可以是圆形镜、矩形镜、和/或不规则形状的镜。反光镜114和/或焦平面镜116可被成形或切割以适应成像系统的空间，或者以允许用户访问成像系统的内部空间。其中定位样品以用于成像的目标区域118被光路112的视场覆盖。在实施例中，被置于目标区域118中并被成像的样品可具有约20cm到约30cm的长度和约20cm到约30cm的宽度。在进一步实施例中，被置于目标区域118中并被成像的样品可具有约10cm到约50cm的长度和约10cm到约50cm的宽度。在一些实施例中，焦平面镜116在宽度和/或直径上可大于反光镜114。在特定实施例中，焦平面镜116可比反光镜114大从约2倍(2x)到3倍(3x)。在一些实施例中，成像装置包括支撑结构120，可从该支撑结构120安装CLM 102、反光镜114、和/或焦平面镜116。支撑结构120可被定位在光路112和目标区域118的一般区域(general area)之上并且被这样定位以便不中断光路112并且不被捕捉在收集图像数据的CLM 102的视场内。(如图1中所示出的，支撑结构120被表示为透明的以允许图示的其它方面的可视化。)
[0030]图2是从相机和透镜模块沿着两个镜被反射和折射到样品区域200中的光路的图示，具体地示出了覆盖目标区域的视场的周界(perimeter) XLM202可具有从CLM 202投射并与反光镜206相交并且被进一步朝向焦平面镜208重新定向的多个光路204。反光镜206可具有非正交取向，如在所示出的实施例中，该反光镜206相对于来自CLM 202光路204的轴可具有30°的偏转角。换句话说，反光镜206可围绕其垂直轴旋转，使得在光路204的入射方向与由反光镜206更靠近CLM 202的表面所限定的平面之间的相交点处形成30°。焦平面镜208可以一俯仰角相对于反光镜206进行取向，该俯仰角向下朝向样品区域210反射并引导从反光镜入射的光路204。换句话说，焦平面镜208可围绕其水平轴208a旋转，使得其上部向前(即，朝向反光镜206)倾斜。反射离开焦平面镜208(并且具体地沿着焦平面镜208的水平轴208a反射的)的光路204向下朝向样品区域210投射，并结束在光路终点204'处。终点204'指示在给定取向和变焦度下可由CLM 202观察的视场的周界。终点20V可与样品区域210的周界共终点(co-terminus)，可位于样品区域210内，或者位于样品区域外。在方面中，当终点2047位于样品区域210的周界内时，样品区域超过给定终点20V的部分不位于CLM 202的视场内，并且因.比这些部分不被成像。在方面中，当终点204'位于样品区域210的周界外时，在给定终点204'之前的样品视场的部分可不包含样品区域210内待成像的样品凝胶或膜。可通过修改反光镜206和/或焦平面镜208的俯仰角和/或偏转角来调节终点20V相对于样品区域210或位于样品区域210内的位置。进一步，可通过改变CLM 202内的透镜的变焦因子来调节终点204'相对于样品区域210或位于样品区域210内的位置。
[0031]图3是根据实施例的定位在样品区域300之上具有相机和透镜模块、反光镜、以及焦平面镜的成像组件设置的俯视图示图。起源于CLM 302的光路与反光镜304相交，该反光镜304相对于CLM 302具有约30°的偏转角。该光路被反射并前进至焦平面镜306，该焦平面镜306以约20°的俯仰角(S卩，向前倾斜)相对于反光镜304进行定位。样品区域308位于CLM302的视场内，光路被焦平面镜306重新定向(在此设置中，向下)以对样品区域308成像。图片(pictured)成像装置可进一步被包含在包围CLM 302、反光镜304、焦平面镜306、样品区域308以及它们相应的支撑部件的外壳内。
[0032]在进一步的实施例中，可利用两个以上的镜折叠或弯曲成像组件的光路。在这样的实施例中，从CLM投射的光路与第一反光镜相交并反射离开该第一反光镜，随后与第二反光镜相交并反射离开该第二反光镜，进一步与焦平面镜相交并反射离开焦平面镜，并且因此在目标区域之上投射视场。在这样的实施例中，第一反光镜、第二反光镜以及焦平面镜可各自单独地和替代地具有约1°到约89°的偏转角。类似地，在这样的实施例中，第一反光镜、第二反光镜以及焦平面镜可各自单独地和替代地具有约1°到约89°的俯仰角。在一些实施例中，第一反光镜、第二反光镜或焦平面镜的偏转角或俯仰角中的至少一个可具有非正交取向，从而导致成像系统具有非正交的光路。进一步的替代实施例可采用任意数量的反光镜结合CLM和焦平面镜，只要成像组件的配置满足整体仪器和装置的尺寸和形状因数要求。
[0033]在一些实施例中，反光镜可沿其偏转角和俯仰角两者进行调 节，而在其他实施例中，反光镜仅可沿其偏转角进行调节。在一些实施例中，焦平面镜可沿其偏转角和俯仰角两者进行调节，而在其他实施例中，焦平面镜仅可沿其俯仰角进行调节。选择反光镜和焦平面镜的角度以安装在任何给定的外壳内或者以符合需要的形状因数。例如，需要具有相对长的长度和最小化的深度和宽度的成像装置和系统可具有具有尤为尖锐的(particularlyacute)偏转角的反光镜。相反地，需要具有相对高的形状因数的成像装置和系统可具有具有尤为钝的(particularly obtuse)俯仰角的焦平面镜。基于本文中所公开的反光镜和焦平面镜的俯仰角和偏转角，对其的变型和扩展可允许进一步替代配置的构造。
[0034]在一些实施例中，可通过由控制单元控制的电机在成像组件内部移动CLM，其中电机可被机械地耦合到CLM，并通过改变CLM的位置来改变工作距离。在其他实施例中，可通过由控制单元控制的一个或多个电机在成像组件内移动反光镜和焦平面镜中的任一者或两者的角度，其中该一个或多个电机可被机械地耦合到反光镜和焦平面镜中的任一者或两者并改变反光镜和焦平面镜中的任一者或两者取向在的角度，或者通过改变反光镜和焦平面镜中的任一者或两者的位置来改变工作距离。在其它实施例中，CLM、反光镜和焦平面镜中的任一个或全部可使它们的工作距离和或取向角度由操作员手动改变。
[0035]如本文中所提供的，用于捕捉位于目标区域中的样品的图像的CLM与CLM接口和/或非瞬态计算机可读介质(诸如微处理器)电子耦合。CLM和/或CLM接口可通过有线或无线的方式电耦合至微处理器(或等同物)并藉此将成像数据信号发送到微处理器。用于从CLM和/或CLM接口收集成像数据的经耦合的微处理器可进一步将所收集的信息中继至其他非瞬态计算机可读介质，和/或对所收集的数据运行计算并将所计算的结果中继至用户可操作的和/或用户可读的显示器。由CLM和/或CLM接口所捕捉的成像数据可由微处理器过滤(通过硬件或者软件)以分析或者将计算基于由样品凝胶或膜发出的光的特定波长，和/或用于照射样品凝胶或膜的光的特定波长。在这样的实施例中，成像系统可包括CLM、可从CLM接收数据并且向CLM发送控制指令的电子親合到CLM的控制单元、以及电子親合到控制单元并且被配置成显示、传输和/或操纵这种数据的用户界面，其中用户界面可进一步操作控制单元以向CLM发送控制指令，在一些方面，所述控制指令可以是用于经由电机改变CLM的工作距离的指令。在进一步的实施例中，成像系统控制单元可向反光镜和焦平面镜中的任一者或两者发送控制指令，在一些方面，所述控制指令可以是用于经由一个或多个电机改变反光镜和焦平面镜中的任一者或两者的取向角度的指令。
[0036]以上描述是说明性的而不是限制性的，并且在审阅本公开后，对于本领域技术人员将变得显而易见的是本发明可以以其他特定形式来实施而不脱离其基本特性。例如，上述方面中的任何一个可被结合到一个或若干不同的配置中，每个配置具有各方面的子集。此外，在全部前述说明中，出于说明的目的，阐述了众多具体细节以便提供对本发明的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节中的一些也可实践这些实施例。这些其他的实施例意在被包括在本发明的精神和范围内。因此，本发明的范围不是参考上面的描述确定的，而是应该参考下列待审批的权利要求以及它们的法律等效物的完整范围来确定。
【主权项】
1.一种成像组件，包括: 具有目标区域的平台； 相机和透镜模块； 反光镜，沿着从所述相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及 焦平面镜，沿着从所述反光镜入射的光路进行定位， 所述相机和透镜模块与所述目标区域之间的光路为非正交的并且在所述目标区域中具有焦平面。2.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述组件被配置成对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光测定结果、和/或化学发光测定结果成像。3.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述透镜具有约小于f/2.0的透镜速率。4.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述透镜具有约f/1.4的透镜速率。5.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述反光镜相对于所述相机和透镜模块以非正交取向进行定位。6.根据权利要求5所述的成像组件，其特征在于，所述反光镜相对于所述相机和透镜模块以约15°到约35°的偏转角进行取向。7.根据权利要求6所述的成像组件，其特征在于，所述反光镜相对于所述相机和透镜模块以约20°到约30°的偏转角进行取向。8.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述焦平面镜相对于所述反光镜以正交取向进行定位。9.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述焦平面镜相对于所述反光镜以非正交取向进行定位。10.根据权利要求9所述的成像组件，其特征在于，所述焦平面镜相对于所述反光镜以约15°到约25°的俯仰角进行取向。11.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述光路具有约50cm到约70cm的成像距离长度。12.根据权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述光路具有约60cm的成像距离长度。13.—种成像系统组件，包括: 成像组件，所述成像组件包括相机和透镜模块； 控制单元，电子耦合到所述相机和透镜模块并被配置成从所述相机和透镜模块接收数据；以及 用户界面，电子耦合到所述控制单元并被配置成显示、传输、和/或操纵从所述相机和透镜模块接收的数据。14.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，所述成像组件进一步包括: 具有目标区域的平台； 反光镜，沿着从所述相机和透镜模块入射的光路进行定位；以及 焦平面镜，沿着从所述反光镜入射的光路进行定位。15.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，所述用户界面被进一步配置成操作所述控制单元，并且所述控制单元被进一步配置成向所述相机和透镜模块发送控制指令。16.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，进一步包括机械耦合到所述相机和透镜模块的电机，所述控制单元被进一步配置成向所述电机发送控制指令以改变所述相机和透镜模块的工作距离。17.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，进一步包括机械耦合到所述反光镜的电机，所述控制单元被进一步配置成向所述电机发送控制指令以改变所述反光镜的取向角度。18.根据权利要求13所述的成像系统组件，其特征在于，进一步包括机械耦合到所述焦平面镜的电机，所述控制单元被进一步配置成向所述电机发送控制指令以改变所述焦平面镜的取向角度。
【专利摘要】一种用于对凝胶或其他衬底中的生物、化学、和/或生物化学样品进行观察、成像、和分析的成像组件，其中可调节的相机和透镜模块、反光镜、以及焦平面镜被配置成弯曲或折叠光路以便对目标区域成像，并且其中可沿着非正交角度反射光路。该成像组件被配置成减小成像装置的整体尺寸，这是由于镜与相机和透镜组件相对于彼此被定位在的角度，所述角度允许对目标区域中相对较大的样品成像。
【IPC分类】G02B5/18, G02B5/08, G02B7/182
【公开号】CN105492934
【申请号】CN201480030990
【发明人】E·思拉什, E·佩雷兹, S·史沃特
【申请人】生物辐射实验室股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月4日
【公告号】EP2987006A1, US9310600, US20150070483, WO2015035001A1
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