用于利用线束照射样本的光学照射装置制造方法及图纸

一种用于利用线束照射样本的光学系统包括：光源(24)；光束定形器(30)，其用于将光源发射的光束转换成中间像散像；以及成像系统，其用于将该中间像散像转换成最终的像散像并且用于照射样本。光束定形器(30)在侧向平面内以及在横向平面内提供不同的非单位放大率，并且包括用于实现角放大和角缩小的环形入射表面和具有有限曲率半径的环形出射表面。本发明专利技术允许结合成像系统使用通常用来使光输出具有更圆的截面的现有光束定形装置，以便提供对样本的线束照射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于照射样本的光学系统和方法以及包括该照射系统的检测设备和包括该照射方法的检测方法。所述光学照射和检测系统可应用到用于分析目的的荧光检测 系统和方法中。
技术介绍
使用荧光检测的一个实例是在核酸测试(NAT)中。这是用于检测疾病的遗传倾向 的分子诊断中的核心元素，其用于确定RNA的表示水平或识别造成感染的病原体，比如细 菌禾口病毒。在许多情况下，特别是在病原体的识别中，合理样本体积内存在的靶DNA的量非 常低，并且这不允许直接的检测。扩增技术是必需的，以便获得靶材料的可检测的量。不 同的扩增技术被提出并且用在日常实践中。最广泛使用的技术基于所谓的聚合酶链反应 (PCR)。扩增涉及在升高的温度(典型地> 90摄氏度)下改变双链DNA的性质、在降低的 温度(近似65度)下将引物(primer)特异性结合到DNA样本并且复制从引物位置开始的 原始序列(在近似70度下)。这个过程重复并且在每个循环中加倍具有该特定序列的DNA 的量(当以100%的效率进行时)。扩增之后，通过例如在毛细管中的电泳分离之后或者在对施加到扩增产物在其上 流动的表面上的斑点中的所谓捕获探针进行杂化之后测量加标记的扩增的DNA的荧光强 度来检测靶DNA的存在性。本专利技术涉及用来提供照度给样本的装置和使用方法。用于荧光检测的标准技术是使用扫描共焦显微镜。典型地，小的(< 1 μ m)衍射 限制斑(diffraction limited spot)用来激发焦平面内的荧光。在系统的检测部分中，只 有由该单个激发点产生的光被检测到。先前已经提出，一定数量的斑点或者整条线的并行激发允许扫描速度的增大，而 对检测系统的共焦性没有重大影响。像素化检测器可以用来检测荧光发射。为了产生用于共焦线扫描的激发束，已经提出通过添加诸如圆柱透镜之类的增加 所谓的像散的光学元件来修改用于利用聚焦斑进行扫描的光学设备。如果光束的截面定义 为xy平面，那么光束中的每根射线由坐标(x，y)表征。如果坐标为(x，0)的χ轴上的射线 具有与坐标为(0，y)的y轴上的射线不同的焦点，那么光束是像散的。
技术实现思路
利用诸如圆柱透镜之类的额外部件产生像散给前面描述的解决方案增加了复杂 度和成本。本专利技术的目的是组合单个光学元件中的若干功能以提供改进的解决方案。本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。依照本专利技术的第一方面，提供了一种用于利用线束照射样本的光学系统。本专利技术允许结合照射样本的成像系统使用通常用来使光输出具有更圆的截面的 现有光束定形装置，以便提供对样本的线束检查或分析。所述光学系统优选地包括用于跨样本扫描线束的装置。因此，本专利技术允许实现具 有线照射的小得多且更为紧凑的扫描系统，其基于光学系统内标准光学存储部件的重复使用。该更为紧凑的光学系统允许实现基于共焦光学的完全小型化的光路以及用在CD 或DVD系统中的相对于标准DVD光路具有最少量的变化的光路。这允许实现可以容易地在 现有DVD生产线上制造的解决方案。优选地，最终的像散像的焦线之一的长度与光束定形器和对于其而言中间像的像 散距离为零的光束定形器位置之间的距离的比值由下式给出 其中η为样本介质的折射率，NA为成像系统的出口数值孔径，M为成像系统的放大 率，并且Mx和My为光束定形器对于中间像的两根焦线的第一和第二放大率。如上面所解释的，最终的像散像优选地包括线焦点。线的宽度可以是受衍射限制 的，从而提供共焦成像系统。例如，该系统可以包括基于吸收、反射发光(luminescence) 或者这些的组合的共焦显微镜。光源可以包括激光二极管，但是可以使用诸如发光二极管 (lightemitting diode)之类的任何其他光源而不脱离本专利技术。依照本专利技术的第二方面，提供了一种结合了依照本专利技术的照射系统和检测系统的 检测设备。在一个实施例中，该检测设备与照射系统分离。因此，检测系统可以位于样本/ 衬底与照射系统相对的侧面上，并且它们利用了单独的光学器件(optics)和部件。因此， 有利的是，衬底的两侧可以用来光学访问衬底内的样本。在另一实施例中，检测设备的收集装置和照射系统可以共享激发/收集透镜，并 且检测器可以包括聚焦到检测表面上的成像透镜。这提供了一种紧凑的检测设备，其尤其 受益于照射系统提供的优点。由于更少的部分以及较不复杂的构造的原因，其可以更为鲁 棒和廉价。依照本专利技术的第三方面，提供了一种利用线束照射样本的照射方法。该方法允许 如前面所描述的使用简单CD和DVD光学器件的线照射。依照本专利技术的第四方面，提供了一种使用本专利技术的照射方法的检测方法，该照射 方法与从样本发射并且由线束产生的光根据其被收集和检测的检测方法结合。因此，在该 检测方法中，线束用来照射样本，使得光束与样本相互作用。在通过该照射光作用之后，从 样本发出以及从样本发射的产生的光被收集和检测。措词“产生的光”在这里应当被理解 成包括在待分析的样本吸收或散射部分光束之后剩余的光束的光，即这里的相互作用是样 本吸收或散射光。要收集的该剩余的光可以使用本领域技术人员已知的透射或反射装置来 收集和检测。因此，在这种情况下，所述检测方法使用线照射测量例如吸收。此外，措词“产 生的光”应当被理解成包括通常已知覆盖荧光和磷光的发光。在后一种情况下，该检测方法 测量由线束激发样本而产生的光。所述方法可以包括扫描衬底或样本。附图说明现在将参照附图详细地描述本专利技术的实例，在附图中图1示出了已知的基于DVD光学系统的荧光扫描仪；图2更详细地示出了已知的⑶/DVD光学拾取装置；图3示出了使用本专利技术的光学扫描装置的共焦扫描仪的第一实例；图4示出了使用本专利技术的光学扫描装置的共焦扫描仪的第二实例；以及图5a_5c示出了本专利技术的光学扫描装置的另外的实例。具体实施例方式本专利技术涉及用于利用线束照射样本的光学系统。光束定形器将光源发射的光束转 换成中间像散像，并且成像系统将该中间像散像转换成最终的像散像且照射样本。光束定 形器在侧向(lateral)平面内以及在横向(transversal)平面内提供不同的非单位放大率 (non-unitymagnification)，并且包括环形(toroidal)入射表面和环形出射表面，每个表 面具有有限的曲率半径。通过利用经过物镜的光辐射激发设备中的荧光团并且收集例如在反射模式下经 过相同透镜的荧光来检测所述荧光团的方法和设备是已知的。在经过滤波器设备以便选择 适当的波长范围之后，荧光辐射被投影到传感器设备上。可以由不同的致动装置使透镜以 受控的方式在三个方向上运动，以便允许在感兴趣样本上扫描。典型地，使用共焦成像装置。图1示出了基于DVD光学系统的已知荧光扫描仪的基本部件。待研究的样本被限 制到衬底20内的给定体积中。诸如激光器之类的光源24产生的光用来激发荧光。该光由 准直器透镜Ll准直并且随后借助于激发透镜26聚焦到样本内。透镜26可以优选地在所有三个维度上相对于样本运动。该相对运动可以任意地 解耦，例如，样本可以运动到χ-y平面并且该透镜可以在ζ方向上运动。可替换地，样本可 以保持固定并且该透镜独自具有所有三个自由度(χ-y-z)。任何其他的设置也是可能的。激光由偏振分束器21 (即偏振相关反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于利用线束照射样本的光学系统，包括：光源（２４）；光束定形器（３０），其用于将光源发射的光束转换成中间像散像；以及成像系统（２６），其用于将该中间像散像转换成最终的像散像并且用于照射样本（２０），其中光束定形器（３０）在侧向平面内以及在横向平面内提供不同的非单位放大率，并且包括环形入射表面和环形出射表面，每个表面具有有限的曲率半径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.11.23 EP 07121415.9一种用于利用线束照射样本的光学系统，包括光源(24)；光束定形器(30)，其用于将光源发射的光束转换成中间像散像；以及成像系统(26)，其用于将该中间像散像转换成最终的像散像并且用于照射样本(20)，其中光束定形器(30)在侧向平面内以及在横向平面内提供不同的非单位放大率，并且包括环形入射表面和环形出射表面，每个表面具有有限的曲率半径。2.如权利要求1所述的光学系统，其中(a)最终的像散像的焦线之一的长度与(b)光 束定形器和对于其而言中间像的像散距离为零的光束定形器位置之间的距离的比值由下 式给出 其中n为样本介质的折射率，NA为成像系统的出口数值孔径，M为成像系统的放大率， 并且Mx和My为光束定形器对于中间像的两根焦线的第一和第二放大率。3.如前面任何一项权利要求所述的光学系统，其中最终的像散像包括线焦点。4.如权利要求3所述的光学系统，其中线的宽度是受衍射限制的。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·M·H·P·范迪克，S·斯塔林加，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL