專利名稱：共焦成像的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光學(xué)成像領(lǐng)域。確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于檢測(cè)微
陣列的成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)顯微鏡提供用于以亞微米級(jí)分辨率來(lái)研究樣本的一種有力的工 具。例如，在生物與醫(yī)學(xué)中，使用一些合適的分子標(biāo)簽如一些熒光標(biāo)簽以及一 些熒光免疫檢驗(yàn)標(biāo)簽來(lái)標(biāo)記單個(gè)的分子，并且用光學(xué)顯微鏡來(lái)檢測(cè)來(lái)自這些標(biāo) 簽的獨(dú)特信號(hào)以確定它們的存在。亞微米級(jí)分辨率的檢測(cè)不僅允許確定被標(biāo)記 分子的存在，還允許確定它們?cè)诩?xì)胞或者組織之中的或者在其周圍的位置。
光學(xué)顯微檢測(cè)系統(tǒng)的兩個(gè)相互矛盾的目標(biāo)涉及到提供高速的成像與高 分辨率的成像。典型地，光學(xué)顯微鏡的分辨率與成像速度成反比。因此，通常 實(shí)現(xiàn)更高的分辨率要以更低的檢測(cè)速率為代價(jià)。協(xié)調(diào)上述矛盾的一種技術(shù)是根 據(jù)觀測(cè)樣本的細(xì)節(jié)或者其他實(shí)驗(yàn)條件來(lái)選擇性地選定系統(tǒng)的分辨率。因此，人 們?cè)跇颖局兴阉魉信d趣的區(qū)域時(shí)可以使用較低的分辨率來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的速度 而隨后一旦找到所感興趣的位置，就能夠以較高的分辨率來(lái)成像，盡管是以增 加圖像采集時(shí)間為代價(jià)。顯微鏡在三個(gè)維度上研究樣本的能力已經(jīng)有了一些顯著的提高。共焦 顯微鏡的出現(xiàn)以及通過(guò)相關(guān)技術(shù)所獲得的一些改進(jìn)，允許以高分辨率來(lái)檢測(cè)三 維空間中的一個(gè)離散點(diǎn)，同時(shí)排除來(lái)自該點(diǎn)周圍空間的一些不需要的信號(hào)。可 以進(jìn)行掃描共焦顯微術(shù)來(lái)有效地從樣本中取出檢測(cè)點(diǎn)并且采集來(lái)自各個(gè)點(diǎn)的 信號(hào)以重建該樣本的精確三維圖像。為光學(xué)顯微鏡開(kāi)發(fā)的技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了其他的一些圖像檢測(cè)領(lǐng)域。例 如，該技術(shù)已經(jīng)用于獲取包含成千上萬(wàn)個(gè)附著在一個(gè)基片表面的分子探頭微陣 列的圖像。對(duì)所感興趣的生物樣本曝光之后對(duì)該微陣列的表面成像允許同時(shí)評(píng)
估成千上萬(wàn)個(gè)目標(biāo)分子，從而提供大量關(guān)于該樣本的信息。例如，微陣列可以 用來(lái)確定在一些特定條件下表達(dá)的基因的數(shù)量和類型，它可以進(jìn)而提供對(duì)該條 件的生物響應(yīng)的整體的看法。而且，可以使用微陣列來(lái)評(píng)估個(gè)體的基因組成之 間的相似性與差異性以便可以確定一些具體特征的遺傳基礎(chǔ)。關(guān)于個(gè)體的基因 表達(dá)反應(yīng)和基因組成的信息可以用于診斷和預(yù)測(cè)目的，例如，確定對(duì)某種特定 疾病的易感性或者對(duì)某種特定藥物的反映。盡管微陣列檢測(cè)已經(jīng)從光學(xué)顯微方法的進(jìn)展受益，但關(guān)于微陣列成像 有許多領(lǐng)域還沒(méi)有充分地涉足。特別是，旨在提高光學(xué)顯微方法的圖像分辨率 與采集效率的那些進(jìn)展已經(jīng)通過(guò)改進(jìn)三維共焦檢測(cè)與改變放大倍率級(jí)別而實(shí) 現(xiàn)。但是，陣列檢測(cè)典型地僅僅在二維上并且以一個(gè)固定的放大倍率水平來(lái)進(jìn) 行。另外，高分辨率光學(xué)顯微方法方面的許多進(jìn)展偏重分辨率的提高而不是掃 描速度。這些進(jìn)展對(duì)于一個(gè)或者幾個(gè)生物細(xì)胞級(jí)別的小樣本的成像是有利的， 但是，這些進(jìn)展未必有助于對(duì)實(shí)質(zhì)上更大樣本如微陣列的高分辨率掃描。
因此，對(duì)于允許以高分辨率與高速度來(lái)對(duì)微陣列以及其他二維的基片 進(jìn)行成像的掃描裝置與方法存在一種需要。本發(fā)明滿足了這一需要并且還提供 了其他優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)于微陣列成像與分析，本發(fā)明提供一種新穎的方法來(lái)滿足這些需求。 該技術(shù)可以廣范的微陣列技術(shù)一起使用，包括由微珠粒、照相平版術(shù)、印刷技 術(shù)、電化學(xué)技術(shù)等等制成的一些陣列。該技術(shù)依靠微陣列的共焦線掃描來(lái)對(duì)基 片上的一些單獨(dú)的點(diǎn)成像。掃描線可以包括一個(gè)以上光波長(zhǎng)，例如來(lái)自激光器 的組合波長(zhǎng)的激勵(lì)所產(chǎn)生的一個(gè)反向光束(retrobeam)中用于讀取不同顏色 的一對(duì)互補(bǔ)波長(zhǎng)，它們共焦地指向該微陣列上順續(xù)的位點(diǎn)線。共焦線掃描的使 用大大提高了微陣列的成像速度，同時(shí)顯著地降低了作為該陣列上相鄰位點(diǎn)的 不需要的激勵(lì)的結(jié)果而產(chǎn)生的串?dāng)_的潛在可能性。本發(fā)明提供一種成像裝置。該成像裝置可以包括(a) —個(gè)輻射源，該 輻射源被設(shè)置為將激發(fā)輻射發(fā)送到一個(gè)樣本區(qū)域的至少一個(gè)部分上；(b) —個(gè) 矩形探測(cè)器陣列；(c)成像光學(xué)部件，該成像光學(xué)部件被設(shè)置為將該部分的一
個(gè)矩形圖像定向到該矩形探測(cè)器陣列上；和(d) —個(gè)掃描裝置，該掃描裝置 被配置為在一個(gè)掃描軸線的方向上掃描該樣本區(qū)域，由此改變?cè)谠摼匦翁綔y(cè)器 陣列上形成一個(gè)矩形圖像的該樣本區(qū)域的部分，其中該矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)
矩形維度(dimension)中較短的一個(gè)以及該圖像的兩個(gè)矩形維度中較短的一 個(gè)是處在該掃描軸線的維度上，并且其中該矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中 較短的一個(gè)是足夠的短以便在該矩形探測(cè)器陣列的一根單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共 焦，其中該單一的軸線是對(duì)于該矩形探測(cè)器陣列而言兩個(gè)矩形維度中較短的一 個(gè)°本發(fā)明進(jìn)一步提供一種獲取樣本圖像的方法。該方法可以包括步驟 (a)用激發(fā)輻射來(lái)接觸一個(gè)樣本的至少一個(gè)第一部分，其條件是輻射是從該第 一部分發(fā)出；(b)定向從該第一部分發(fā)出的輻射以便在一個(gè)矩形探測(cè)器陣列上 形成該第一部分的一個(gè)矩形圖像；和(C)在一條掃描軸線的維度上掃描該樣本 區(qū)域，從而重復(fù)該步驟(a)和(b)以便在該矩形探測(cè)器陣列上形成該樣本的
一個(gè)第二部分的一個(gè)矩形圖像，其中對(duì)于該矩形探測(cè)器陣列而言的兩個(gè)矩形維 度中較短的一個(gè)以及對(duì)于該圖像而言的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)是處在該 掃描軸線的方向上，并且其中對(duì)于該矩形探測(cè)器陣列而言的兩個(gè)矩形維度中較 短的一個(gè)是足夠短以便在該矩形探測(cè)器陣列的一條單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，其 中該單一的軸線對(duì)于該矩形探測(cè)器陣列而言是兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)。本發(fā)明還提供了配置一個(gè)掃描儀以便在一條單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦的 一種方法。該方法可以包括步驟(a)提供一個(gè)裝置，它具有(i) 一個(gè)輻射 源，該輻射源被設(shè)置為將激發(fā)輻射發(fā)送到一個(gè)樣本區(qū)域的至少一個(gè)部分；(ii) 一個(gè)矩形探測(cè)器陣列；(iii)成像光學(xué)部件，該成像光學(xué)部件被設(shè)置為將該部 分的一個(gè)矩形圖像定向到該矩形探測(cè)器陣列上；和(iv) —個(gè)掃描裝置，該掃 描裝置被配置為在一個(gè)掃描軸線的方向上掃描該樣本區(qū)域，由此改變?cè)谠摼匦?探測(cè)器陣列上形成一個(gè)矩形圖像的該樣本區(qū)域的部分，其中對(duì)于該矩形探測(cè)器 陣列而言的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)以及該圖像的兩個(gè)矩形維度中較短的 一個(gè)是處在該掃描軸線的方向上；和(b)定位該矩形探測(cè)器陣列或者該成像 光學(xué)部件以便將該矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)限制得足夠
短以便在該矩形探測(cè)器陣列的一根單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，其中該單一的軸線 對(duì)于該矩形探測(cè)器陣列而言是兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)。本方法可以使用以下進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的裝置來(lái)實(shí)施。然而，應(yīng)理解以 下關(guān)于具體的裝置所示范的方法步驟還可以使用替代裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一些特定方面，用于對(duì)一個(gè)生物微陣列成像的一種方法 包括從多個(gè)對(duì)應(yīng)的激光器產(chǎn)生多個(gè)輻射束。然后這些輻射束被轉(zhuǎn)換成輻射線， 這些線的寬度大于高度。然后這些輻射線被組合到一根單一的輻射線中。然后 使用該單一的組合輻射線照射一個(gè)微陣列的一部分。由該部分的照射所產(chǎn)生的 來(lái)自該微陣列的輻射被共焦地返回到一個(gè)探測(cè)器，如一個(gè)探測(cè)器陣列。然后該 微陣列的該部分中的多個(gè)離散位點(diǎn)根據(jù)由該探測(cè)器所接收的輻射來(lái)成像。在一 個(gè)替代實(shí)施方案中，這兩條輻射線可以被組合為使兩條線幾乎在同一條線上并 且該微陣列的該部分用這些幾乎共線的輻射線來(lái)照射。這兩條線典型地以相當(dāng) 于各線寬度的一個(gè)距離分開(kāi)以便使得通道之間的串?dāng)_最小化。在一些具體的實(shí) 施方案中，該微陣列的部分中的這些離散位點(diǎn)可以根據(jù)由各用于這兩根幾乎共 線的輻射線之一的兩個(gè)探測(cè)器所接收的輻射來(lái)成像。本發(fā)明可以利用不同光學(xué)裝置來(lái)產(chǎn)生輻射線，并且用于共焦地照射該 微陣列，例如， 一個(gè)線形發(fā)生器光學(xué)元件可以用于將來(lái)自各個(gè)激光器的一個(gè)輻 射束轉(zhuǎn)換為一條線。示例性線形發(fā)生器光學(xué)部件包括，但不限于， 一個(gè)非球面 透鏡，如一個(gè)鮑威爾透鏡、 一個(gè)圓柱形透鏡或者一個(gè)衍射元件。然后可以提供 光學(xué)部件用于將線段聚焦在該微陣列的該部分上，并且將由該微陣列上的位點(diǎn)
的熒光所發(fā)生的輻射返回到該探測(cè)器。在一個(gè)替代實(shí)施方案中，來(lái)自多個(gè)單獨(dú)的激光器的輻射線可以首先被
組合，然后將組合束轉(zhuǎn)換成一條單個(gè)的輻射線。這一單個(gè)的輻射線，如以前，
然后可以共焦地對(duì)該微陣列的一個(gè)部分定向。如上所述，該組合束可以配置為 形成一條單個(gè)的輻射線或者可以配置為這兩條線幾乎共線并且該微陣列的一
個(gè)部分由這些幾乎共線的輻射線來(lái)照射。在不同的實(shí)施方案中，為了成像的目的該微陣列可以在所希望的方向 上緩慢地推進(jìn)來(lái)依次地照射該微陣列上的多個(gè)位點(diǎn)。這些線段自身可以是連續(xù)
的或者，在特定的實(shí)施方案中，是不連續(xù)，但沿著該微陣列的線段同時(shí)照射多 個(gè)位點(diǎn)。


參照附圖閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些以及其他的一些特征、方 面、以及優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，貫穿這些附圖中的相同的符號(hào)代表相同的部件，
其中圖1是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面用于對(duì)一個(gè)微陣列進(jìn)行共焦線掃描的 一個(gè)微陣列掃描系統(tǒng)的一個(gè)示意性的概貌；圖2是一個(gè)微陣列的一部分的示意性的透視圖，展示了一種示例性方 式，其中一條輻射線朝著該微陣列的多個(gè)區(qū)域(一些待成像的位點(diǎn)定位于其中) 定向；圖3是一個(gè)微陣列的一部分的更詳細(xì)的示意性圖示，它由一條共焦輻
射線來(lái)照亮以便根據(jù)本技術(shù)來(lái)對(duì)該微陣列上的這些位點(diǎn)成像；圖4是朝著一個(gè)微陣列的一個(gè)表面定向的一條組合輻射線的一個(gè)示
意性的透視圖，以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的多個(gè)方面來(lái)共焦地照射該陣列的這些位
點(diǎn)并且將輻射共焦地返回到一個(gè)探測(cè)器；圖5是展示用于根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)來(lái)類似地照射一個(gè)微陣列的多個(gè) 位點(diǎn)的沿著一條線分布的一連串共焦定向的輻射束的一個(gè)類似的示意性透視 圖；圖6是為了一個(gè)微陣列的共焦線掃描而將一個(gè)激光器的輸出轉(zhuǎn)換成 一條輻射線的一種技術(shù)的一個(gè)示意性側(cè)視圖；圖7是一個(gè)類似的頂視圖，用于在本共焦線掃描技術(shù)中從一個(gè)激光器 的輸出到一條輻射線的轉(zhuǎn)換；圖8是由圖6和7的安排所產(chǎn)生的一條輻射線的強(qiáng)度分布的一個(gè)圖 形表示；圖9是根據(jù)本發(fā)明為了共焦線掃描而將一個(gè)激光器的輸出轉(zhuǎn)換為一 條輻射線而使用的一個(gè)模塊化安排的一個(gè)第一示例性構(gòu)造的示意性圖示；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)激光器輸出到一條輻射線的轉(zhuǎn)換的一個(gè)替 代安排；圖11是根據(jù)本發(fā)明將激光器輸出轉(zhuǎn)換為一條輻射線的一個(gè)進(jìn)一步的 替代安排；圖12仍然是用于轉(zhuǎn)換激光器輸出來(lái)對(duì)齊一個(gè)輻射的再一個(gè)替代構(gòu) 造；圖13是適合于根據(jù)本發(fā)明使用的一個(gè)示例性線發(fā)生器模塊的一個(gè)剖 面圖；圖14是包括兩個(gè)激光束的一個(gè)掃描系統(tǒng)的一個(gè)示意性概要圖，其輸 出被組合用于一個(gè)微陣列的共焦線掃描；圖15是用于一個(gè)微陣列的多波長(zhǎng)共焦線掃描的一個(gè)替代安排的示意 性概要圖；圖16是對(duì)一個(gè)微陣列進(jìn)行多波長(zhǎng)共焦線掃描的一個(gè)當(dāng)前考慮的實(shí)施 方式的一個(gè)光學(xué)一機(jī)械的示意性表示；圖17是一個(gè)生物微陣列上的一系列單獨(dú)位點(diǎn)的示意圖，展示了本發(fā) 明的共焦線掃描如何通過(guò)降低潛在串?dāng)_來(lái)提高精確度，尤其是在該微陣列上相 對(duì)于圖像中使用的輻射線的這些位點(diǎn)特定類型的布局；圖18至21是可適合本發(fā)明使用的一些示例性輻射線發(fā)生器的示意 圖；圖22和23是可適合本發(fā)明使用一個(gè)熒光成像系統(tǒng)中的一些線發(fā)生 器的示意圖；圖24(a)-(c)是示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)特定方面的一個(gè)激光光斑在 一個(gè)線掃描攝相機(jī)的投射和裝倉(cāng)(binning)以及TDI實(shí)施方式的示圖；
圖25是一個(gè)圖像掃描系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)被配置為根據(jù)本發(fā)明的 多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行多譜熒光成像；圖26是與圖25所示的系統(tǒng)一起使用的一個(gè)示例性線掃描成像傳感 器的方框圖；圖27是一個(gè)進(jìn)一步的圖像掃描系統(tǒng)的一個(gè)示意圖，該系統(tǒng)被配置為 進(jìn)行多譜熒光成像；圖28是與圖27所示的系統(tǒng)一起使用的一個(gè)示例性線掃描成像傳感 器的方框圖；圖29是本發(fā)明使用的一個(gè)示例性線掃描成像探測(cè)器的方框圖；和
圖30(a)-(b)是本發(fā)明使用的其他一些示例性線掃描成像探測(cè)器的方 框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供在保持高的分辨率與圖像質(zhì)量的同時(shí)具有快速的掃描時(shí)間 的一種圖像掃描系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)。這些以及其他優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生于配置一個(gè)探測(cè)器陣列以 便通過(guò)限制該探測(cè)器陣列的掃描軸線維度來(lái)在掃描軸線上實(shí)現(xiàn)共焦。如以下進(jìn) 一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的一種裝置可以被配置為僅僅在在一個(gè)探測(cè)器陣列的 一個(gè)單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，這樣共焦僅發(fā)生該維度上。該探測(cè)器陣列可以具有多個(gè)矩形維度，這樣該探測(cè)器較短的維度處于 該掃描軸線維度上。成像光學(xué)裝置可以被放置為將一個(gè)樣本區(qū)域的矩形圖像定 向到該探測(cè)器陣列上，這樣該圖像較短的維度也處在該掃描軸線的維度上。以 這一方式，該探測(cè)器陣列形成一個(gè)虛擬狹縫。相比于放置在一個(gè)探測(cè)器前面的 一個(gè)典型狹縫的使用而言一個(gè)虛擬狹縫的配置提供了許多優(yōu)點(diǎn)。例如，與其中 探測(cè)器陣列具有標(biāo)準(zhǔn)維度并與一個(gè)狹縫一起使用的構(gòu)造相比，將一個(gè)探測(cè)器陣 列配置為一個(gè)虛擬狹縫降低了無(wú)用陣列元件的數(shù)量。無(wú)用元件數(shù)量的降低提高 了數(shù)據(jù)采集的效率并且減小了圖像處理時(shí)間。而且，使用一個(gè)虛擬狹縫允許該 探測(cè)器與狹縫都處在投射透鏡的焦平面上，消除了各位置上的聚焦折中或者對(duì) 狹縫與探測(cè)器之間一個(gè)中繼透鏡的需要。當(dāng)使用于將一條輻射線定向到一個(gè)樣本而進(jìn)一步配置的一個(gè)成像裝置 中時(shí)，被配置為具有一個(gè)虛擬狹縫的探測(cè)器陣列是特別有用的。該輻射線可以 具有多個(gè)矩形維度，其中較短的維度是足夠短以便在對(duì)應(yīng)于該探測(cè)器陣列的較 短維度的一條單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦。因此，可以為了激發(fā)、探測(cè)或者為了這 兩者實(shí)現(xiàn)共焦?？梢耘渲靡环N儀器來(lái)限制該共焦軸線上的激發(fā)誤差，這樣所有 的激發(fā)輻射主要地都包括在與該裝置的分辨率相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)光斑之中。包括形成一個(gè)虛擬狹縫的一個(gè)探測(cè)器陣列的一種裝置可以被配置為用
于以高分辨率(例如，幾個(gè)微米到亞微米的范圍之內(nèi))獲取該樣本的一個(gè)圖像。
在一些具體的實(shí)施方案中，能夠以0.2與10微米之間的瑞利分辨率來(lái)獲取一
個(gè)圖像。而且，該矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)與該成像光學(xué)
部件的瑞利分辨率和該成像光學(xué)部件的放大倍率的乘積的比率可以用來(lái)確定 為在一個(gè)單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦的該虛擬狹縫的大小與維度。如果希望的話，
可以選擇一條輻射線的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)與該成像光學(xué)部件的瑞利 分辨率的比率來(lái)在一條單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦。 相應(yīng)地，本發(fā)明的一個(gè)成像裝置可以配置為在垂直于該掃描軸線的 線段長(zhǎng)度上具有與系統(tǒng)的分辨率相匹配的分辨率。例如在一個(gè)CCD裝置中，沿 著一條長(zhǎng)度為2腿的輻射線(水平軸線)可以使用4000個(gè)CCD元素在一個(gè)樣 本上產(chǎn)生0.5陶的像素分辨率。在垂直于該輻射線(垂直軸線)的維度上CCD 元件個(gè)數(shù)"n"可以選定為基本上采集所有發(fā)射出的輻射而同時(shí)降低所采集 的不需要的背景輻射的量。 本發(fā)明的一種成像裝置可以進(jìn)一步配置為使該垂直軸線上的所有像 素元素都被收集到一個(gè)公共的"倉(cāng)(bin)"中并且作為一個(gè)單一的值來(lái)讀出。 與一種典型的時(shí)間延遲積分(TDI)的設(shè)計(jì)相比，該裝倉(cāng)(binning)法的優(yōu)點(diǎn) 在于讀出速率可以降低一個(gè)因數(shù)"n"、該系統(tǒng)在一條軸線上具有共焦、并且 可以減小讀出與y-工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的同步定時(shí)的公差。應(yīng)理解可以通過(guò)限制垂直維 度像素的個(gè)數(shù)來(lái)將一個(gè)TDI的設(shè)計(jì)配置為具有一個(gè)虛擬狹縫。相對(duì)于n二l的系 統(tǒng)設(shè)計(jì)而言的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于可以提高系統(tǒng)的采集效率以及可以降低對(duì)小的 光學(xué)對(duì)準(zhǔn)漂移的靈敏度。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，并且首先參照?qǐng)D1， 一個(gè)成像系統(tǒng)10被示意性地 展示為包括一個(gè)掃描儀12，其中為了成像的目的可插入一個(gè)樣本或者微陣列 14。如以下更全面的說(shuō)明，該微陣列14包括一個(gè)基片或者支持件，其上形成 了一個(gè)位點(diǎn)陣列。每個(gè)位點(diǎn)包括一個(gè)附著的分子片段，如一個(gè)基因或者基因片 段，其上可以已經(jīng)附著了來(lái)自一個(gè)特定樣本的一個(gè)分子，在DNA或者RNA探 頭的情況下可以是一個(gè)互補(bǔ)分子。在本實(shí)施事例中，可以在該微陣列上的多個(gè) 部分或者片斷中成行地或者以網(wǎng)格的樣式提供上千個(gè)這樣的位點(diǎn)。該微陣列本
身可以由各種技術(shù)來(lái)形成，包括，如在本實(shí)施方案中，微珠粒技術(shù)?？梢愿鶕?jù) 本技術(shù)來(lái)成像的其他微陣列可以包括由照相平版術(shù)、和己知的或本技術(shù)領(lǐng)域所 開(kāi)發(fā)的其他工藝所形成的微陣列。 掃描儀12將包括以下更加詳細(xì)說(shuō)明的用于該微陣列14上這些位 點(diǎn)的共焦線掃描的光學(xué)部件。在所示實(shí)施方案中，該掃描儀是一個(gè)桌面裝置， 具有該微陣列或者多個(gè)微陣列可以放置在其中的一個(gè)樣本托盤(pán)16?？梢耘渲?該托盤(pán)來(lái)將該微陣列14推進(jìn)到一個(gè)掃描位置之中，并且隨后緩慢地移動(dòng)該微 陣列以便，如以下所述，照射該微陣列上的多個(gè)連續(xù)的線段，并且返回由多個(gè) 單獨(dú)位點(diǎn)的熒光所產(chǎn)生的輻射或者反向光束。也如以下所述，為了成像和分析 這些位點(diǎn)，這些反向光束被聚焦到一個(gè)探測(cè)器之上。在一些具體的實(shí)施方案中， 多個(gè)反向光束可以聚焦到多個(gè)不同的探測(cè)器。例如，如以下的進(jìn)一步詳細(xì)闡述， 一個(gè)第一波長(zhǎng)的反向光束可以聚焦到一個(gè)第一探測(cè)器上而一個(gè)第二波長(zhǎng)的反 向光束可以聚焦到一個(gè)第二探測(cè)器上。 從一個(gè)控制器或者工作站18產(chǎn)生一些用于操作該掃描儀12的控 制信號(hào)。該工作站18還包括用于從該掃描儀12接收這些成像信號(hào)的軟件。 工作站18的該成像軟件通常將會(huì)在一個(gè)通用的或者專用的計(jì)算機(jī)中實(shí)施，它 還控制并且接收來(lái)自多個(gè)接口器件22的信號(hào)，它們典型地包括一個(gè)監(jiān)視器24 和多個(gè)輸入裝置26 ?？稍诠ぷ髡?8中運(yùn)行的成像軟件將優(yōu)選地提供用于裝 載并初始化該掃描儀的一個(gè)直觀的界面，用于在多個(gè)微陣列上進(jìn)行掃描，并且 用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在掃描過(guò)程中，該系統(tǒng)10為在此可以稱作紅色和綠色通道的 用于對(duì)該微陣列成像的輻射的不同波長(zhǎng)創(chuàng)建多個(gè)單獨(dú)的文件。它們可以在一個(gè) 統(tǒng)一的文件中提供。數(shù)據(jù)以及多個(gè)有關(guān)的圖像然后能夠以一個(gè)方便的格式來(lái)存 儲(chǔ)，如一個(gè)常規(guī)的TIFF格式，或者任何其他合適的圖像數(shù)據(jù)格式或者協(xié)議。 該工作站18可以連接到其他網(wǎng)絡(luò)部件上，包括下游處理和用于更高級(jí)別的專 用軟件以及數(shù)據(jù)分析，例如通過(guò)圖1中總體地由參考號(hào)28來(lái)指明的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
如上所述，該微陣列14將包括安排在一個(gè)基片的多個(gè)部分或者區(qū) 域中的多個(gè)位點(diǎn)，例如，如圖2中總體顯示的。如圖2所示，該微陣列14可 以包括一個(gè)支持件或者基片30,它可以是一個(gè)玻璃、 一個(gè)塑料、 一個(gè)半導(dǎo)體、 或者任何其他方便的支持件如本文中別處所說(shuō)明的那些器件。在這一支持件
30上，配備有一個(gè)或者多個(gè)樣本區(qū)32，在其中形成多個(gè)單獨(dú)的位點(diǎn)，典型地 各配備有一個(gè)對(duì)應(yīng)的探頭分子。在本發(fā)明中，為了成像的目的由一條輻射線(總 體地由圖2中的參考號(hào)34標(biāo)明)對(duì)該樣本區(qū)32進(jìn)行掃描。由共焦地沿著該 線段34指向的激發(fā)輻射來(lái)形成該輻射線以便同時(shí)照射多個(gè)位點(diǎn)，如總體上由 圖2中的多個(gè)箭頭36所標(biāo)明。已束縛了多個(gè)對(duì)象分子(例如基因片段)的 這些單獨(dú)的位點(diǎn)從而由于一個(gè)耙標(biāo)與該位點(diǎn)的一種相互作用的染色指示的存 在而導(dǎo)致發(fā)出熒光，返回圖2中的多個(gè)線段38所標(biāo)明的輻射。如以下所述， 這一返回的輻射，或者反向光束，將共焦地朝著一個(gè)成像探測(cè)器而定向，在此 將產(chǎn)生一個(gè)該線段的用于進(jìn)一步處理與分析的圖像。為了允許連續(xù)地對(duì)這些位 點(diǎn)成像，然后，該整個(gè)微陣列可以緩慢地位移，如總體由參考號(hào)40所標(biāo)明。 當(dāng)該微陣列被位移時(shí)，該線條34 (沿著它的這些位點(diǎn)被照射)將總體地沿著該 微陣列上的多個(gè)連續(xù)的平行位置而前進(jìn)。 根據(jù)這一共焦線掃描所成像的一個(gè)微陣列的一個(gè)示例性部分在圖3 中示出。再一次，參考號(hào)14指明該微陣列，而參考號(hào)32指明設(shè)置了多個(gè)單 獨(dú)位點(diǎn)多個(gè)樣本區(qū)域之一。在所示實(shí)施方案中，這些位點(diǎn)在一個(gè)總體的六角形 的圖案中提供。由線段34進(jìn)行的掃描向前推進(jìn)經(jīng)過(guò)多個(gè)位點(diǎn)42的多個(gè)順續(xù) 的行44。如以下更詳細(xì)的說(shuō)明，盡管本共焦線掃描法可以通過(guò)該微陣列上多 個(gè)位點(diǎn)的不同布局或者網(wǎng)格圖形來(lái)使用，就其提供一個(gè)降低的由于多個(gè)位點(diǎn)或 者多個(gè)位點(diǎn)邊緣之間的放置與間隔而造成的串?dāng)_的可能性而言一個(gè)六角形圖 案是特別有用的。由于這一串?dāng)_的降低，該六角形封裝，總體地由圖3中的 參考號(hào)46標(biāo)記，被認(rèn)為提供了一個(gè)優(yōu)化的精確度，而通過(guò)這些位點(diǎn)密度的一 種較好的封裝而得到平衡。 如以下所述，并且也如圖3所示，當(dāng)該微陣列14如參考號(hào)40所 示而推迸時(shí)，該共焦輻射線34照射沿著該線段定位的多個(gè)位點(diǎn)。該線段在圖 3所示的一個(gè)水平方向上的寬度大于其高度。因而，該線段可以照射一個(gè)位點(diǎn) 線或者位點(diǎn)行中多個(gè)相鄰位點(diǎn)而不照射相鄰行上的位點(diǎn)。然而，在本實(shí)施方案 中，該輻射線34足夠的細(xì)，在這些位點(diǎn)的水平上，或者具有圖3所示的安 排中的一個(gè)足夠的垂直高度以便允許其照亮小于這些位點(diǎn)所占據(jù)的整個(gè)面積 的(區(qū)域)。在一個(gè)當(dāng)前考慮的實(shí)施方案中，該輻射線34，例如，長(zhǎng)度為(水
23
平維度)2mm而高度(垂直維度)小于3mm。從而，以上提到的為了成像而提 供的軟件可以采用多種技術(shù)，如時(shí)間延遲成像，其中來(lái)自以下所述探測(cè)器的讀 數(shù)隨著該樣本的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)移以便提供每行或者每個(gè)線段中這些單獨(dú)位點(diǎn)的更 精確的表示。 為了說(shuō)明的目的，本發(fā)明的許多方面已經(jīng)關(guān)于移動(dòng)微陣列經(jīng)過(guò)一條 輻射線而進(jìn)行示范。將應(yīng)理解也可以使用在移動(dòng)該微陣列之余另外地或者替代 地移動(dòng)該輻射線的實(shí)施方案。因此，線掃描可以通過(guò)一條輻射線和/或微陣列 相對(duì)于彼此的相對(duì)位移來(lái)進(jìn)行。由該輻射線所激發(fā)的該樣本的一部分可以在該 探測(cè)器陣列(以下所述)上形成一個(gè)矩形的圖像。圖4是對(duì)該微陣列14成像的本共焦線掃描法的一個(gè)進(jìn)一步的示意性 表述。如上所述，隨著該支持件30如參考號(hào)40所指示緩慢地移動(dòng)，對(duì)該微 陣列沿著一個(gè)線段34進(jìn)行輻射。如圖4所示，該線段34由來(lái)自一個(gè)輻射 源48的輻射形成，它朝著定向光學(xué)元件50而定向并且從此指向聚焦光學(xué)元 件52。如以下更加全面的說(shuō)明，該輻射源48將會(huì)是具有線性橫截面的一個(gè) 光束或者是包括用于根據(jù)所使用的染料以來(lái)自樣本的對(duì)應(yīng)的不同波長(zhǎng)來(lái)產(chǎn)生 熒光的多個(gè)光波長(zhǎng)的一條輻射線。然后該聚焦光學(xué)元件52會(huì)共焦地將該輻射 線朝著該基片30而定向以便沿著線段34照射以上說(shuō)明的這些位點(diǎn)。應(yīng)該注 意的是這些位點(diǎn)可以提供在該基片30的表面上或者略低于該表面(例如，在 一個(gè)保護(hù)膜和保護(hù)層的下面)。該沿著線段34的共焦照射將會(huì)以在該微陣列 中找到這些位點(diǎn)的任意水平來(lái)將該輻射基本上朝著它們自身聚焦。
在本實(shí)施方案中，該激發(fā)路徑54與用于從該樣本返回的由染料的與 附著在這些單獨(dú)的微陣列位點(diǎn)處的探頭上的分子關(guān)聯(lián)的熒光所產(chǎn)生的輻射的 一個(gè)返回束路徑56共平面。該返回的輻射再次由聚焦光學(xué)元件58來(lái)聚焦以 便它入射到一個(gè)探測(cè)器60上來(lái)創(chuàng)建圖像信號(hào)，這些信號(hào)用于重建該微陣列的、 以及該微陣列上多個(gè)單獨(dú)位點(diǎn)的一幅圖像。在以下將更詳細(xì)地說(shuō)明用于創(chuàng)建該 輻射束、定向該光束到該微陣列、以及用于探測(cè)返回輻射的多個(gè)具體的實(shí)施方 案。應(yīng)該注意，總體上如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明，用于對(duì)這些位點(diǎn)同時(shí)成 像的該輻射線可以是一個(gè)連續(xù)的或者間斷的線段。圖5示意性地表示由多個(gè)共
焦定向的光束組成的一根間斷的線段，但它仍然沿著一個(gè)行34照射多個(gè)點(diǎn)。
在圖5所示的實(shí)施方案中，多個(gè)間斷地光束62是從多個(gè)分開(kāi)但是相鄰的輻 射源40產(chǎn)生。如之前，這些光束共焦地朝著該微陣列定向并且沿著該微陣列 在一根線段34上照射多個(gè)相鄰的點(diǎn)64。正如以上所說(shuō)明的用連續(xù)的共焦線 掃描，該微陣列典型地將會(huì)如箭頭40所示來(lái)緩慢地推進(jìn)以便沿著該微陣列照 射多個(gè)順續(xù)的線段，并且從而照射多個(gè)位點(diǎn)的行或線。典型地，本發(fā)明用于同時(shí)激發(fā)并檢測(cè)一根線段。在某些實(shí)施方案中， 可以使用線共焦的點(diǎn)掃描以便該光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)物鏡掃描該激發(fā)光束來(lái)透 過(guò)一個(gè)樣本指向一個(gè)激發(fā)點(diǎn)或者激發(fā)斑。檢測(cè)系統(tǒng)將來(lái)自該被激發(fā)的點(diǎn)的發(fā)射
物在該探測(cè)器上成像而無(wú)需對(duì)反向光束"解掃描(descanning)"。發(fā)生這一 點(diǎn)是因?yàn)樵摲祷厥晃镧R收集并且在返回經(jīng)過(guò)該掃描裝置之前從該激發(fā)光束 的光路分離出。因此取決于該物鏡上該初始激發(fā)斑的視場(chǎng)角，該返回束將在不 同的點(diǎn)上出現(xiàn)在該探測(cè)器上。在該探測(cè)器上，因?yàn)樵摷ぐl(fā)點(diǎn)是跨過(guò)該樣本而被 掃描的，該激發(fā)點(diǎn)的圖像將以一根線段的形狀出現(xiàn)。例如，倘若該掃描裝置因 為某種原因而不能接受來(lái)自樣本的返回束時(shí)，這一結(jié)構(gòu)是有用的。能以高速進(jìn) 行掃描但是能運(yùn)用衍射現(xiàn)象來(lái)造成掃描的全息和聲光掃描裝置就是這樣的例 子。因此這些掃描特性是波長(zhǎng)的一個(gè)函數(shù)。熒光中的返回束的波長(zhǎng)不同于該激 發(fā)束。圖6和7展示了根據(jù)當(dāng)前考慮的一個(gè)實(shí)施方案用于對(duì)一個(gè)微陣列進(jìn) 行共焦線掃描的一個(gè)輸入激光束的一種示例性的線性化。圖6所表示的可以 看作是該輸入光束的轉(zhuǎn)換或者線性化的一個(gè)正視圖，而圖7可以看作展示了 一個(gè)頂視圖，盡管可理解地這些維度是能夠互換的，取決于該線段與待掃描的 微陣列的朝方向，如以下所述。如圖6所示，來(lái)自一個(gè)激光器(未示出)的 一個(gè)輸入光束66典型地會(huì)采取一個(gè)圓形的高斯光束66的形式。 一個(gè)非球面 透鏡68，如一個(gè)鮑威爾透鏡將該輸入光束轉(zhuǎn)換為朝著一個(gè)物鏡72定向的一 條輻射線70。如圖7的頂視圖所示，該非球面透鏡68有效地產(chǎn)生了一個(gè)總 體上扁平的輻射線，它被該物鏡72進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為一個(gè)共焦的集中光束74。
如圖8所示，圖6和7所示的安排生成了一個(gè)線性輻射區(qū)域，它可 以用來(lái)同時(shí)照射該微陣列上的多個(gè)位點(diǎn)。圖8是沿著由參照?qǐng)D6和7所說(shuō)
明的一個(gè)非球面透鏡所產(chǎn)生的一條輻射線的模擬照度的圖形表示。該光束的相
對(duì)照度由垂直軸線76標(biāo)出，而毫米級(jí)的圖像坐標(biāo)由水平軸線78表示。在所 示實(shí)施方案中，在該非球面透鏡的一個(gè)邊沿附近該照明強(qiáng)度急劇升高，如參考 號(hào)80所示并且在一個(gè)相對(duì)的邊沿附近急劇的下降，由參考號(hào)82所示。在這 些邊沿之間的一個(gè)有用的輻射段84具有基本上恒定不變的相對(duì)照度水平。在 本實(shí)施方案中，該輻射線的有用寬度86被用來(lái)同時(shí)照射該微陣列上的位點(diǎn)的 多個(gè)線或者行。圖8的模擬，例如，提供約L 024毫米的一個(gè)有用掃描長(zhǎng)度86， 盡管許多因素，包括涉及到的光學(xué)部件可以提供其他的一些有用的輻射線長(zhǎng) 度。正如本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，為了以多個(gè)波長(zhǎng)來(lái)成像， 根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)共焦線掃描熒光成像系統(tǒng)將為多個(gè)多波長(zhǎng)的線段提供受限 衍射寬度以及沿著一個(gè)長(zhǎng)度的均勻分布以便照射多個(gè)樣本位點(diǎn)并且從而激發(fā) 多種熒光染料。圖6、 7和8所示的線段發(fā)生方法為這一輻射(多波長(zhǎng)的光) 的線性化提供了一個(gè)示例性機(jī)制。該輻射線中多波長(zhǎng)的提供將在以下更詳細(xì)地 說(shuō)明。圖6、 7和8有效地將一個(gè)準(zhǔn)直輸入光束成扇形地展開(kāi)在一個(gè)維度上 并且在一個(gè)垂直維度上保持該光束的準(zhǔn)直。然后該光束被該物鏡72聚焦為該 透鏡的焦平面上的一條受限衍射線?；谠摲乔蛎嫱哥R的馳度，優(yōu)選以一個(gè)具有限定的射束直徑的準(zhǔn)直的 純高斯輸入光束產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的線。 一項(xiàng)當(dāng)前考慮的用于獲取一個(gè)具有幾 乎純高斯分布的光束的技術(shù)是利用一根單模光纖或者光纜來(lái)為該非球面透鏡 提供輸入?？梢灶A(yù)見(jiàn)使用這一單模光纖或者光纜的多種安排。圖9示出一個(gè)第一 示例性實(shí)施方案，其中一個(gè)線性輻射源88包括耦合到一根單模尾光纖92并 通過(guò)它連接到一個(gè)線發(fā)生器模塊94的激光器90。圖9的示圖中省略了非球 面透鏡下游的物鏡。所產(chǎn)生的線段輪廓不僅對(duì)該輸入光束輪廓敏感，還對(duì)輸入 光束直徑、準(zhǔn)直特性以及該光束相對(duì)該非球面透鏡的對(duì)中心性敏感。也就是說(shuō)， 該非球面透鏡可以設(shè)計(jì)為用于一個(gè)限定的輸入光束直徑，并且將組件對(duì)齊，特 別是該線發(fā)生器模塊94的多個(gè)元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)性能。
26在所示實(shí)施方案中，該線發(fā)生器94包括多個(gè)光學(xué)元件，它們?cè)谝粋€(gè)
模塊化組件中被預(yù)先對(duì)齊以使之易于進(jìn)行質(zhì)量控制以及在該掃描儀中的封裝。
特別地，線發(fā)生器模塊94可以包括一個(gè)準(zhǔn)直器96，它將來(lái)自該單模光纖92
的輸入光束進(jìn)行準(zhǔn)直并且將該準(zhǔn)直光束定向到一個(gè)非球面透鏡100。還可以采
用一個(gè)激光線形濾光片98，特別是對(duì)于熒光成像的一些應(yīng)用，來(lái)降低背景噪
聲。圖92的圖示可以對(duì)該單模光纖92的兩個(gè)末端提供預(yù)先裝配或者端接，
也就是，在該激光器90—端和在該線發(fā)生器模塊94一端。作為替代，對(duì)該線性輻射源88可以提供如圖10所示的一對(duì)尾光纖
的對(duì)接(splicing)。在圖10的實(shí)施方案中，該尾光纖92被預(yù)先連接到激
光器90，而一根第二尾光纖102被預(yù)先連接到線發(fā)生器模塊94。然后這兩
根光纖可以總體地如參考號(hào)104所示在一個(gè)中間點(diǎn)連接或者對(duì)接。在圖11所示的一個(gè)進(jìn)一步替代的構(gòu)造中，可以在此使用一根單一的
尾光纖102，它可以與該線發(fā)生器模塊94預(yù)先裝配在一起。然而，在這一實(shí)
施方案中，該激光器90通過(guò)活性耦合將輸入提供到該尾光纖92，如參考號(hào)106所示。在總體上在圖12中說(shuō)明的一個(gè)進(jìn)一步替代的構(gòu)造中， 一根尾光纖 102可以與激光器90預(yù)先裝配在一起?？梢圆捎靡粋€(gè)可變擴(kuò)束器108，而不 是如以上所述在該線發(fā)生器模塊94之中提供一個(gè)準(zhǔn)直器，來(lái)為一個(gè)改進(jìn)的模 塊110提供輸入，該模塊包括如同以前的一個(gè)非球面透鏡。圖12的實(shí)施方 案可能要求該輸入光束直徑通過(guò)該可變擴(kuò)束器108來(lái)匹配所需的直徑。
—個(gè)示例性的線發(fā)生器模塊94總體地在圖13中示出。如上所述， 并且如圖13的實(shí)體實(shí)施方式所示，該模塊94可以通過(guò)一根單模光纖92來(lái) 接收接收總體上由參考號(hào)112表示的一個(gè)輸入光束。由該模塊發(fā)射一個(gè)輸出 輻射線114。在所示實(shí)施方案中， 一個(gè)光纖連接器116用來(lái)將該單模光纖92 連接到該模塊的輸入側(cè)。從這里，該光束傳輸經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器96、激光線形濾光 片98 (在此提供的)、和非球面透鏡100。再一次，就其便于進(jìn)行總系統(tǒng)的 裝配、光學(xué)器件的排列、以及以后(如果需要)對(duì)這些光學(xué)元件的維護(hù)和更換 而言，用于將該激光器的輸出轉(zhuǎn)換為一條輻射線的這些光學(xué)元件的模塊化得到 贊同。如上所述，在某些考慮到的實(shí)施方案中，該輻射源是一個(gè)激光器。其 他可用的輻射源可以包括，例如， 一盞燈如一盞弧光燈、石英鹵素?zé)粢约鞍l(fā)光 二極管。各種其他輻射源中的任意一個(gè)都可以根據(jù)希望而用于以一個(gè)特定的波 長(zhǎng)激發(fā)一個(gè)樣本。按照對(duì)一個(gè)具體應(yīng)用的需要，該輻射源能夠以各種波長(zhǎng)來(lái)產(chǎn) 生輻射，例如包括紫外、可見(jiàn)光譜以及紅外范圍內(nèi)的一個(gè)波長(zhǎng)。例如，本發(fā)明
的一種裝置可以包括在405 nm、 488 nra、 532 nm或者633 nm發(fā)光的一個(gè)激 光器。此外如以下所指出的，該系統(tǒng)可以包括一個(gè)以上的輻射源。該多個(gè)輻 射源可以是各自能夠以不同的波長(zhǎng)來(lái)產(chǎn)生輻射的激光器。對(duì)以不同的波長(zhǎng)產(chǎn)生 輻射的多個(gè)輻射源的使用在(例如)樣本包括一個(gè)或者多個(gè)當(dāng)以不同的波長(zhǎng)來(lái) 激發(fā)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)射信號(hào)的熒光團(tuán)的一些應(yīng)用中是有用的。 一些不同的發(fā) 射信號(hào)可以使用，例如，以下進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的多個(gè)檢測(cè)臂來(lái)同時(shí)采集。替代 地或者附加地，多個(gè)不同的發(fā)射信號(hào)可以隨著以不同的波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行的有序激發(fā) 來(lái)順序地采集。如上所述，本發(fā)明的一些特定的實(shí)施方案可以進(jìn)一步包括被設(shè)置用來(lái) 接收來(lái)自一個(gè)輻射源的激發(fā)輻射并發(fā)送一個(gè)被擴(kuò)大的輻射束到一個(gè)線發(fā)生器 的一個(gè)擴(kuò)束器。在一些具體的實(shí)施方案中，由該輻射源產(chǎn)生的該激發(fā)光束的直 徑為大約lnmi。 一個(gè)第一擴(kuò)束器能夠擴(kuò)大該光束的直徑。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施 方案，該擴(kuò)束器將該激發(fā)束擴(kuò)大到一個(gè)4imn的直徑。其他一些有用的擴(kuò)束器可 以將一個(gè)輻射束的直徑變?yōu)橹辽偌s0. 5 mm、 1 mm、 2 mm、 5 mm、 10 mm、 15 mm、 20 mm或者更大。也如以上所討論的，在本發(fā)明中有用的一個(gè)線發(fā)生器可以包括被配置 用來(lái)產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的一個(gè)受限衍射線的一個(gè)衍射元件。例如可以使用 圓柱面微透鏡陣列和一個(gè)聚光器。可以配置該圓柱面微透鏡陣列來(lái)將激發(fā)輻射 聚焦到該聚光器的前焦面上以便產(chǎn)生一條具有均勻強(qiáng)度分布的受限衍射線。一 個(gè)線發(fā)生器的進(jìn)一步的實(shí)例是具有角度均勻性和聚光器的一個(gè)一維漫射器，其 中該一維漫射器被放置在該聚光器的前焦面上以產(chǎn)生一條具有均勻強(qiáng)度分布 的受限衍射線。如果需要，該線發(fā)生器可以進(jìn)一步包括一個(gè)非球面的折射透鏡
以產(chǎn)生一條具有均勻強(qiáng)度分布的受限衍射線。 一個(gè)示例性的非球面折射透鏡是 一個(gè)鮑威爾透鏡。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，該線發(fā)生器可以配置為接收具有4mm的直 徑的一個(gè)輸入激發(fā)束以便獲取一個(gè)6度的扇形角。其他有用的構(gòu)造包括，但不 限于，那些接收具有至多約0. lmm到50rara的一個(gè)輸入激發(fā)束的構(gòu)造。 一個(gè)線 發(fā)生器可以獲取全寬為至少約0. 1°到至多約80°的一個(gè)扇形角?？梢赃x擇該 光束直徑與扇形角以便實(shí)現(xiàn)用于一條輻射線的一個(gè)所需形狀。 一般地，該輻射 線的寬度取決于光束直徑，這樣一個(gè)更大的直徑在垂直維度上提供一條更寬的 輻射線，而該輻射線的長(zhǎng)度取決于該扇形角，這樣一個(gè)更大的扇形角在水平維 度上提供一條更長(zhǎng)的輻射線。典型地，該線段應(yīng)該看起來(lái)起源于該物鏡的瞳孔， 但這并不是必須的。如上所述，能夠產(chǎn)生一條線段的各種光學(xué)元件的任意一個(gè)品種都可以 放置在一個(gè)輻射源與一個(gè)待照射的樣本之間的光路中。例如，被聚焦在一個(gè)狹 縫上并且隨后被準(zhǔn)直的一盞弧光燈可以用來(lái)產(chǎn)生一條線段。 一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)例 是具有變形(anamorphic)光束一個(gè)邊緣發(fā)射的激光二極管，它被聚焦時(shí)產(chǎn)生 一個(gè)線段。應(yīng)理解用于照射一個(gè)樣本區(qū)域的一個(gè)輻射源可以是其自身能夠產(chǎn)生 一個(gè)線段。因此，在本發(fā)明中有用的一個(gè)輻射源可以包括一個(gè)線發(fā)生器。
包括但不限于以上實(shí)例化的各種方法與裝置的任意一個(gè)品種都可以用 于將一條輻射線定向到一個(gè)樣本區(qū)域。該輻射線的多個(gè)維度可以選用于在一個(gè) 矩形探測(cè)器陣列的一根單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦。更具體地說(shuō)，該輻射線的垂直 維度維度可以是足夠地短以便在該探測(cè)器陣列的垂直維度上實(shí)現(xiàn)共焦。
本發(fā)明的一個(gè)線發(fā)生器典型地被配置為用來(lái)在樣本區(qū)域產(chǎn)生具有一個(gè) 矩形或者橢圓形狀的輻射線。示例性的形狀包括，但不局限于， 一個(gè)矩形的、 橢圓的、或者卵形的形狀。 一個(gè)線發(fā)生器可以被配置為用來(lái)產(chǎn)生具有以下所述 多個(gè)特性中的一個(gè)或者多個(gè)的一條輻射線。與一個(gè)樣本區(qū)域接觸的一條輻射線可以具有該輻射線垂直維度寬度的 1/e2與該矩形探測(cè)器陣列垂直維度維度除以在一個(gè)維度上產(chǎn)生共焦的該成像光 學(xué)部件的放大倍率的商之間的一個(gè)比率。例如，該比率可以是至少0.5、 1、 1.5、 2、 3或者更高。本發(fā)明的一種裝置可以配置為具有至多約2、 1.5、 1、
0.5或者更小的一個(gè)比率的上限。該比率可以根據(jù)需要而落在以上的范圍之外
或者包括在之內(nèi)，例如，在0.5到3的范圍內(nèi)。與一個(gè)樣本區(qū)域接觸的一條輻射線可以具有該輻射線的垂直維度與該 矩形探測(cè)器陣列垂直維度除以在一個(gè)維度上產(chǎn)生共焦的該成像光學(xué)部件的放 大倍率的商之間的一個(gè)比率。例如，該比率可以是至少約0.1、 0.5、 1、 5、 10或者更高。該比率的上限可以是至多約10、 5、 1、 0.5、 0.1或者更低。 該比率可以根據(jù)需要而落在以上的范圍之外或者包括在之內(nèi)，例如，在0. l到
10的范圍內(nèi)。而且，該輻射線垂直維度與該成像光學(xué)部件的瑞利分辨率之間的比率 可以是至少約0.1、 0.5、 1、 5、 IO或者更高。該比率的上限可以是至多約10、 5、 1、 0.5、 0.1或者更低。該比率可以根據(jù)需要而落在以上的范圍之外或者 包括在之內(nèi)，例如，在0.1到10的范圍內(nèi)。盡管本發(fā)明在此是關(guān)于用一條輻射線來(lái)接觸一個(gè)樣本區(qū)域的多個(gè)實(shí)施 方案而進(jìn)行示范，應(yīng)理解與一個(gè)樣本區(qū)域接觸的該輻射可以具有其他形狀包 括，例如， 一個(gè)正方形或者圓。如以下說(shuō)明，本發(fā)明的種裝置可以包括一個(gè)物鏡，它被設(shè)置為用來(lái)接 收經(jīng)由它而照亮一個(gè)樣本區(qū)域的輻射。該物鏡可以迸一步被設(shè)置為用來(lái)收集從 一個(gè)樣本區(qū)域發(fā)出的輻射并將其定向到一個(gè)探測(cè)器陣列。可任選地，該裝置可 以包括一個(gè)第二擴(kuò)束器，它被設(shè)置為用來(lái)接收來(lái)自該線發(fā)生器的激發(fā)輻射并且 將一個(gè)擴(kuò)大的輻射束發(fā)送到該物鏡。該第二擴(kuò)束器可以進(jìn)一步被配置用來(lái)降低 該輻射線的視場(chǎng)角。例如，該激發(fā)束經(jīng)過(guò)該線發(fā)生器和/或一個(gè)第二擴(kuò)束器之 后，它可以通過(guò)一個(gè)光束分離器被定向到一個(gè)物鏡上。在一些具體的實(shí)施方案 中，該物鏡具有一個(gè)外光瞳，它被設(shè)置為用來(lái)接收經(jīng)由它而照亮該樣本區(qū)域的 輻射線。優(yōu)選地，該光束分離器可以定位于該物鏡的入光瞳附近。該光束分離 器時(shí)可以被放置在相對(duì)于該物鏡的一個(gè)軸向或者橫向位置。如果需要， 一個(gè)物 鏡可以具有一個(gè)色度較正、高數(shù)值孔徑、遠(yuǎn)心性、后焦面遠(yuǎn)焦性的特性或者這 些特性的一個(gè)組合。光束分離器將輻射線定向到一個(gè)物鏡。該物鏡可以是一個(gè)顯微物鏡。 該物鏡可以具有一個(gè)20mm的焦距。相應(yīng)地，該物鏡可以具有一個(gè)O. 366的數(shù)
值孔徑。進(jìn)一步，該物鏡可以具有一個(gè)+/- 3度的視場(chǎng)角和一個(gè)16mm直徑的 入瞳。優(yōu)選地，該物鏡是遠(yuǎn)心的。在本發(fā)明中有用的示例性物方透鏡包括在通 過(guò)引用結(jié)合在此的US 5， 847， 400中所說(shuō)明的那些透鏡。圖14展示以上說(shuō)明的不同元器件在一個(gè)多波長(zhǎng)掃描儀118中的總體 光學(xué)布局。該掃描儀118可以包括多個(gè)激光光源，其中兩個(gè)這樣的光源在圖14 的實(shí)施方案中示出。它們包括一個(gè)第一激光器120和一個(gè)第二激光器122。 與所需應(yīng)用有關(guān)，該第一激光器120在當(dāng)前所考慮的一些實(shí)施方案中可以是 一個(gè)658nm的激光器、 一個(gè)750nm的激光器、或者一個(gè)635nm的激光器。該第 二激光器122可以是，例如， 一個(gè)488nm的激光器、 一個(gè)594nm的激光器或 者一個(gè)532nm的激光器。當(dāng)然，可以使用其他波長(zhǎng)的激光器。在本實(shí)施方案中， 當(dāng)該第二激光器122是一個(gè)488nm的激光器時(shí)該第一激光器120是一個(gè) 635nm的激光器，或者當(dāng)該第二激光器122是一個(gè)594mn的激光器時(shí)該第一 激光器120是一個(gè)750nro的激光器，或者當(dāng)該第二激光器122是一個(gè)532nm 的激光器時(shí)該第一激光器120是一個(gè)658nm的激光器。盡管和諧地用于任何 具體成像序列的這些激光器的波長(zhǎng)將會(huì)彼此不同以便允許區(qū)別該微陣列的各 位點(diǎn)上染料，各個(gè)激光器波長(zhǎng)的選擇當(dāng)然將會(huì)取決于該微陣列上所使用的染料 的熒光特性。激光器120和122各自連接到一根單模光纖124和126，如上所述。 而且，各光纖124和126饋入以上所述類型的一個(gè)線發(fā)生器模塊94。各模 塊94的下游，可以配備一個(gè)濾光輪。這些濾光輪根據(jù)所需功能用來(lái)阻斷、通 過(guò)或者衰減光。各激光器120和122的輸出將通過(guò)該對(duì)應(yīng)的單模光纖124和126轉(zhuǎn) 換為一個(gè)近似的純高斯分布，并且所產(chǎn)生的這些光束將通過(guò)這些線發(fā)生器模塊 94轉(zhuǎn)換為具有線性橫截面的光束，也稱作輻射線。在這些濾光輪128和130 的下游，這兩個(gè)輻射線將通過(guò)一個(gè)光束組合器132來(lái)組合。該組合的輻射線 134將因此在兩個(gè)波長(zhǎng)上包括用于照射該微陣列的光。該組合輻射線134然 后被定向到一個(gè)二向色的光束分離器136，它將該光束定向?yàn)槌劢构鈱W(xué)部 件138。該聚焦光學(xué)部件138構(gòu)成一個(gè)顯微物鏡，它共焦地將該輻射線沿著 該線段而定向并集中到如上所述的微陣列14。盡管本發(fā)明在此是相對(duì)于形成
一根單一輻射線的一種組合輻射線而示范的，但應(yīng)理解兩根輻射線的組合方式 可以是兩根線段基本共線。因而，由該組合輻射線所照射的該微陣列的一個(gè)部 分將由這些幾乎共線的輻射線來(lái)照射。這兩根線典型地以相當(dāng)于各線段寬度的 一個(gè)距離來(lái)分開(kāi)以便使通道之間的串?dāng)_最小化。概括地如圖14所示，該微陣列14支撐在允許該微陣列在成像之前
或者成像的過(guò)程中的適當(dāng)聚焦和運(yùn)動(dòng)的一個(gè)工作臺(tái)上。該工作臺(tái)可以配置為用 于移動(dòng)該樣本，從而改變?cè)摼匦螆D像與該矩形探測(cè)器陣列在該掃描軸線(垂直 的)維度上的相對(duì)位置。該平移工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)可以在一個(gè)和多個(gè)維度上，包括
例如與該輻射線的傳播方向正交的這些維度中的一個(gè)或者兩個(gè)并且被記作x和 y維度。在一些具體的實(shí)施方案中，該平移工作臺(tái)可以被配置為用來(lái)在垂直于 一個(gè)探測(cè)器陣列的掃描軸線的維度上運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明中有用的一種工作臺(tái)可以 進(jìn)一步被配置用于在沿著典型地記作Z維度的該輻射線的傳播維度上的運(yùn)動(dòng)。 Z維度上的運(yùn)動(dòng)對(duì)于使該裝置聚焦可以是有用的。在圖14的構(gòu)造中，該工作 臺(tái)部件包括多個(gè)傾斜執(zhí)行器140，典型地用于使該輻射線聚焦；用于將該微陣 列放置在一個(gè)用于掃描的位置中并且用于多次掃描之間該微陣列的粗略運(yùn)動(dòng) 的多個(gè)Y-方向執(zhí)行器和退出元件142;以及用于該微陣列在掃描過(guò)程中的精細(xì) 運(yùn)動(dòng)的多個(gè)X-方向執(zhí)行器144。該微陣列14上的多個(gè)位點(diǎn)能夠以對(duì)應(yīng)于該激發(fā)束波長(zhǎng)的多個(gè)波長(zhǎng)來(lái) 發(fā)熒光并返回用于成像的輻射。本技術(shù)領(lǐng)域的普通人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，激發(fā)該樣 本的染料的波長(zhǎng)與它們發(fā)射熒光的波長(zhǎng)取決于特定染料的吸收與發(fā)射譜。這一 返回的輻射將總體地如圖14所示的反向光束146傳播通過(guò)光束分離器136。 這一反向光束將總體地朝著用于成像目的的一個(gè)或者更多的探測(cè)器而定向。在 所示實(shí)施方案中，例如，該光束被朝著一個(gè)反射鏡148定向并且通過(guò)它定向 到第二個(gè)二向色光束分離器154。該光束的一個(gè)部分，如參考號(hào)154所示， 然后被多個(gè)反射鏡152定向到一個(gè)帶通濾光輪158，它對(duì)該光束進(jìn)行濾光以 獲得對(duì)應(yīng)于該微陣列中這些位點(diǎn)的這些熒光染料之一的所需輸出波長(zhǎng)。在一些 具體的實(shí)施方案中，被定向到不同反射鏡的光束的這些部分可以是形成兩個(gè)幾 乎共線的一個(gè)組合光束的對(duì)應(yīng)線段。 一個(gè)投射透鏡160然后將該濾波后的光 束定向到一個(gè)電荷耦合器件(CCD)傳感器164，它產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于該輻射在所接
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收的光束中的位置的多個(gè)輸出信號(hào)。類似地，來(lái)自光束分離器150的光束的 一個(gè)第二部分被通過(guò)一個(gè)不同的帶通濾光輪158和投射透鏡160被定向?qū)Я?一個(gè)反射鏡。該第二光束156也可以通過(guò)可機(jī)動(dòng)化的一個(gè)可任選的像差補(bǔ)償 裝置162來(lái)定向。該像差補(bǔ)償裝置162用來(lái)使兩個(gè)波長(zhǎng)通道共焦。最后，被 濾光輪158和透鏡160濾光并聚焦的光束156被定向到一個(gè)第二CCD傳感器 166上。來(lái)自這些傳感器154和166的信號(hào)的接收與處理可以由一個(gè)控制板 168來(lái)管理。本發(fā)明的一個(gè)矩形探測(cè)器陣列可以被配置為用來(lái)形成一個(gè)之前在此說(shuō) 明的虛擬狹縫。在一些具體的實(shí)施方案中，該虛擬狹縫的大小與維度可以由該 矩形探測(cè)器陣列垂直維度的維度與該成像光學(xué)部件的瑞利分辨率乘以該成像 光學(xué)部件的放大倍率的乘積之間的一個(gè)比率來(lái)確定。例如，該矩形探測(cè)器陣列 垂直維度與該成像光學(xué)部件的瑞利分辨率乘以該成像光學(xué)部件的放大倍率的 積之間的一個(gè)比率可以是在O. 1到10的范圍內(nèi)或者在0.5到3的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的一種裝置可以被配置為以一個(gè)需要的或者最優(yōu)的瑞利分辨率(包括， 例如，在0.2到10微米之間的一個(gè)瑞利分辨率)來(lái)獲取一個(gè)樣本的圖像。
在一些具體的實(shí)施方案中， 一個(gè)矩形探測(cè)器陣列在一個(gè)第一維上的檢 測(cè)元件的數(shù)量與該掃描軸線維度上檢測(cè)元件的數(shù)量的縱橫比可以大于2、 10、 50、 100、 1000或者更高。例如， 一個(gè)線掃描CCD攝相機(jī)可以被配置為用來(lái) 采集該第一維上的四千(4,000)個(gè)像素以及該掃描軸線(垂直的)維度上的n 個(gè)像素。該CCD線掃描攝相機(jī)可以設(shè)計(jì)為沿著該線段的長(zhǎng)度上的分辨率與系統(tǒng) 分辨率相匹配。在此情況下，該水平軸線包括沿著一根2mm的輻射線段長(zhǎng)度 的大約4000個(gè)CCD元件，在目標(biāo)上產(chǎn)生一個(gè)0.5Pm的像素分辨率。垂直于該 水平軸線，也稱作垂直軸線，維度上的CCD元件的數(shù)量"ri"可以選定為在減 小所采集的背景輻射量的同時(shí)采集基本上所有所發(fā)射的輻射。根據(jù)本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)施方案，該CCD具有4096個(gè)像素，大小各為12陶。需要一個(gè)25X的放大 倍率來(lái)將一根2ran的線段成像到這一維度的CCD。相應(yīng)地，n可以在六到八個(gè) 像素的范圍內(nèi)。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)限制了該共焦線上的激發(fā)誤差以便該激發(fā)輻射的 100%都絕對(duì)地包含在與系統(tǒng)的分辨率相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)斑點(diǎn)之內(nèi)。這一情況下，該 斑點(diǎn)的大小將是大約l.ORn。
盡管以上己經(jīng)將該裝置關(guān)于一個(gè)CCD線掃描攝相機(jī)而進(jìn)行示范，應(yīng)理 解任意各種其他的探測(cè)器品種都可以使用，包括但不限于一種為T(mén)DI操作而配 置的一個(gè)探測(cè)器陣列、 一個(gè)CMOS探測(cè)器、APD探測(cè)器、蓋革模式的光子計(jì)數(shù)器 或者本文中別處所說(shuō)明的其他探測(cè)器?？傮w上，圖14所示的各個(gè)元器件的工作可以由系統(tǒng)控制器170來(lái)協(xié) 調(diào)。在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)控制器將包括被設(shè)計(jì)用來(lái)控制這些激光器、該物鏡 138和微陣列支持件的運(yùn)動(dòng)與與聚焦、以及來(lái)自該傳感器164和166的信號(hào) 的采集與處理的硬件、固件以及軟件。該系統(tǒng)控制器因此可以存儲(chǔ)所處理的數(shù) 據(jù)，并且進(jìn)一步處理用于產(chǎn)生所照射的在該微陣列上發(fā)熒光的這些位點(diǎn)一幅重 建圖像的數(shù)據(jù)。圖15示出該多波長(zhǎng)掃描儀的一個(gè)替代安排，總體地由參考號(hào)172來(lái) 標(biāo)記。在這一替代安排中，來(lái)自多個(gè)單獨(dú)激光器的光束被組合并且該組合光束 的橫截面隨后被一個(gè)非球面透鏡轉(zhuǎn)換為一個(gè)線性的形狀。因此，根據(jù)之前參 照?qǐng)D14而概述的實(shí)施方案，輸入激光器120和122提供與用在一個(gè)微陣列 14上的各位點(diǎn)處的染料相對(duì)應(yīng)的多個(gè)光波長(zhǎng)。然而，在本實(shí)施方案中， 一個(gè) 第一激光器120將其光束輸出到一根單模光纖124，后面跟隨一個(gè)將這一輸 出進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直器174。該準(zhǔn)直的輸出然后可以被定向到一個(gè)濾光輪130， 而所產(chǎn)生的光束176被多個(gè)反射鏡152定向到一個(gè)以上參照?qǐng)D12所說(shuō)明 的類型的一個(gè)可變擴(kuò)束器180。類似地，該第二激光器122的輸出通過(guò)一個(gè)第二濾光輪130被定向 并且從而產(chǎn)生的光束178通過(guò)例如多個(gè)反射鏡152被定向到一個(gè)第二可變擴(kuò) 束器1S2。然后，這些可變擴(kuò)束器的輸出由一個(gè)光束組合器132來(lái)會(huì)合。將會(huì) 包括用于該微陣列的輻射的這些所需波長(zhǎng)的光的該組合光束182被一個(gè)非球 面透鏡100轉(zhuǎn)換為一根線段。如之前，然后，將會(huì)產(chǎn)生包括這些所需波長(zhǎng)的 光的一根組合輻射線134并且它由一個(gè)光束分離器136定向到該微陣列14。 系統(tǒng)中剩下的器件可以基本上與以上參照?qǐng)D14所說(shuō)明的那些器件相同。
圖16提供了根據(jù)一個(gè)當(dāng)前考慮的實(shí)施方案的多個(gè)方面的一種多波長(zhǎng) 掃描儀的一個(gè)略微更加詳細(xì)的光一機(jī)械的概要表示。該掃描儀184可以包括 一個(gè)第一激光器組件186，其自身包括多個(gè)激光器。在所示實(shí)施方案中，例如，
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激光器組件186包括一個(gè)第一激光器188，它可以是一個(gè)488mn的激光器； 和一個(gè)第二激光器190，它可以是一個(gè)658nm的激光器。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包 括一個(gè)第二激光器組件192，它可以包括，例如， 一個(gè)594nm的激光器194和 一個(gè)750mn的激光器196。正如本領(lǐng)域的普通人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，包括多個(gè)激 光器組件190和192可以允許用一臺(tái)單獨(dú)的掃描儀來(lái)進(jìn)行不同種類的掃描運(yùn) 作，諸如解碼功能、分析功能，等等。例如，激光器188和190為了一些特 定類型的解碼工作可以彼此結(jié)合使用，而激光器194和196為了其他一些類 型的解碼可以彼此結(jié)合使用。這些組件可以包括其他可以替代使用的一些激光
器，或者可以提供其他的一些組件，例如使用一個(gè)635mn的激光器和一個(gè) 532nra的激光器的一個(gè)組件，例如用于一些特定的分析工作。
這些激光器組件190和192被耦聯(lián)到一根單模光纖122和124上， 如上所述，它們將這些激光器的輸出轉(zhuǎn)換為一個(gè)近似的純高斯分布。經(jīng)過(guò)該光 纖122和124傳輸?shù)墓獗惠斎氲蕉鄠€(gè)線發(fā)生器模塊94以便產(chǎn)生輻射線。這 些輻射光束然后被定向到多個(gè)激發(fā)濾光片128，并且被組合器132組合以形 成一條組合輻射線134。 一個(gè)濾光輪130可以對(duì)這一組合輻射線進(jìn)行濾光， 以便例如根據(jù)需要阻斷、通過(guò)或者衰減該光束。正如以上所述的實(shí)施方案，該濾波的組合輻射線然后被定向到一個(gè)光 束分離器136并且從其定向到一個(gè)物鏡138。在圖16所示的實(shí)施方案中， 該物鏡被配以一個(gè)自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)198，它可以包括一個(gè)或者更多的執(zhí)行器，例 如一個(gè)聲音線圈、 一個(gè)線性機(jī)動(dòng)工作臺(tái)、 一個(gè)壓電機(jī)動(dòng)工作臺(tái)、或者一個(gè)壓電 柔性工作臺(tái)。多個(gè)傳感器200在該微陣列14上提供距離或者系統(tǒng)聚焦的感 測(cè)，并且用于為該共焦定向的輻射線在沿著該微陣列14的適當(dāng)?shù)纳疃壬系膭?dòng) 態(tài)聚焦提供反饋。圖16還提供了關(guān)于用于在掃描前和掃描過(guò)程中移動(dòng)該微陣列14的 一個(gè)當(dāng)前考慮的安排的某些更多的細(xì)節(jié)。例如，隨同一個(gè)樣本處理盤(pán)202 —起 提供了用于將該盤(pán)移入和移出一個(gè)成像位置的一個(gè)電動(dòng)機(jī)204。 一個(gè)適配板 206允許該微陣列在一個(gè)系泊部位208中的定位。多個(gè)執(zhí)行器210提供該微 陣列在該系泊部位中的適當(dāng)定位。由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)214所控制的一個(gè)粗調(diào)工 作臺(tái)212允許該微陣列關(guān)于共焦地朝著該微陣列而定向的組合輻射線的位置的粗略控制。該粗調(diào)工作臺(tái)212可以，例如，用于適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉撐㈥嚵?其 上定位了待成像的這些位點(diǎn))的一個(gè)部分。
一個(gè)精密工作臺(tái)216 (它可以包括
一個(gè)線性電機(jī)218和一個(gè)線性編碼器220)用于提供掃描之前與掃描過(guò)程中 該微陣列的精細(xì)定位與運(yùn)動(dòng)。正如之前，該微陣列上多個(gè)單獨(dú)位點(diǎn)所產(chǎn)生的輻射通過(guò)該光束分離器 136被返回到多個(gè)反射鏡或者用于定向該反向光束通過(guò)多個(gè)帶通濾光片158、 投射透鏡160并最終到達(dá)多個(gè)CCD傳感器164和166的其他光學(xué)器件。
前述的這些安排利用同時(shí)激發(fā)這些位點(diǎn)的一條輻射線為該微陣列上的 多個(gè)位點(diǎn)提供極其快速和準(zhǔn)確的成像。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的共焦線掃描技術(shù)在該 微陣列的多個(gè)位點(diǎn)彼此之間被間隔開(kāi)以便例如(結(jié)合以上所述的線性掃描)減 小來(lái)自這些單獨(dú)位點(diǎn)的返回輻射之間的串?dāng)_的潛在可能的一些應(yīng)用之中是特 別有用的。圖17示出一個(gè)當(dāng)前考慮的多個(gè)位點(diǎn)在一個(gè)六角形網(wǎng)格之中的安排 來(lái)利用本發(fā)明的共焦線掃描技術(shù)的這一方面。如圖17所示， 一個(gè)陣列片段222將會(huì)包括按照一個(gè)預(yù)先確定的圖案 所提供的多個(gè)位點(diǎn)42。 一個(gè)當(dāng)前考慮到實(shí)施方案如所示提供一個(gè)六角形的封 裝圖案。該圖案包括的內(nèi)容是圖17中由參考號(hào)224和226所標(biāo)記的、可以 稱之為多個(gè)位點(diǎn)的相鄰行或者線。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，這 些線的維度可以總體上參照由以上所述的共焦定向的輻射線所進(jìn)行的掃描維 度來(lái)考慮。隨著輻射沿著平行于這些位點(diǎn)線224和226的多條線而定向，然 后，這些位點(diǎn)線的一個(gè)部分將會(huì)被該輻射照亮，并且返回一個(gè)將會(huì)在那些發(fā)熒 光的區(qū)域內(nèi)明亮的反向光束。每個(gè)位點(diǎn)行或線中的相鄰位點(diǎn)228和230彼此 將被間隔開(kāi)，并且這些位點(diǎn)都會(huì)與最近的相鄰位點(diǎn)間隔開(kāi)，例如一個(gè)相鄰行或 者線226的位點(diǎn)236。順續(xù)的或者相鄰的位點(diǎn)線之間的(例如參照各條線中 這些位點(diǎn)的中心的)距離可以總體上由參考號(hào)234標(biāo)記。然而，應(yīng)注意到使 用圖17的六角形封裝圖案時(shí)，同一條線上相鄰位點(diǎn)的中心之間的距離是大于 相鄰位點(diǎn)線之間的距離。而且，在圖17的方向上，同一條線中相鄰位點(diǎn)的中 心之間的距離大于相鄰線上的位點(diǎn)之間最近的距離236。具體地說(shuō)，對(duì)于圖17 所示類型的一種六角形封裝圖案，距離234將會(huì)是距離236的大約0.866 (60 度的余弦值)倍。而且，如果考慮這些位點(diǎn)228、 230、和232具有邊沿238，那么這些 邊沿彼此之間將以大于這些位點(diǎn)布置在一個(gè)直線圖案中時(shí)所產(chǎn)生的距離而間 隔開(kāi)。也就是說(shuō)，位點(diǎn)228與232的邊沿238之間的距離沿著該掃描軸線的 投影可以由參考號(hào)240來(lái)標(biāo)記。然而，如參考號(hào)242所示，這些邊沿之間的 實(shí)際距離將會(huì)更大。再一次，對(duì)于圖17所示的六角形圖案，該距離242大 約將比該距離240大15%。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，因?yàn)槲㈥嚵猩衔稽c(diǎn)的密度被 增加，這些位點(diǎn)之間的間隔因此被減小，所以對(duì)將照射光束聚焦在這些為點(diǎn)上、 并且為了成像的目的而正確地聚焦反向光束的能力提出了越來(lái)越多的要求。本 技術(shù)在共焦地照射一條位點(diǎn)線的能力上提供了卓越的效果，其中共焦存在于平 行于該輻射線的寬度的軸線上而不是沿著該線段的長(zhǎng)度。然而，因?yàn)閺亩鄠€(gè)高 強(qiáng)度位點(diǎn)所產(chǎn)生的圖像在非共焦的軸線上溢出到一些臨近的位點(diǎn)，這些位點(diǎn)之 間的串?dāng)_可以被認(rèn)為對(duì)相對(duì)的無(wú)能力在這些位點(diǎn)之間進(jìn)行區(qū)分。例如，當(dāng)多個(gè) 高強(qiáng)度的位點(diǎn)緊鄰多個(gè)非常低強(qiáng)度的位點(diǎn)而定位時(shí)，這是成問(wèn)題的。由于串?dāng)_ 以及所成像的多個(gè)位點(diǎn)之間的混淆的減小，共焦線掃描與非直線封裝的位點(diǎn)的 組合(特別是與六角形封裝的位點(diǎn)的組合)被認(rèn)為提供了所照射和所成像的多 個(gè)位點(diǎn)之間的優(yōu)異的區(qū)分。 —種多個(gè)位點(diǎn)的六角形安排與以上所說(shuō)明的輻射線方向的組合是本發(fā) 明的實(shí)施方案的一個(gè)實(shí)例，其中由一條輻射線在一個(gè)第一掃描位置同時(shí)照射的 最接近的多個(gè)相鄰位點(diǎn)之間的距離大于由該掃描輻射線在不同時(shí)間所照射的 最接近的多個(gè)相鄰位點(diǎn)之間的距離。將應(yīng)理解也可以使用位點(diǎn)封裝與線段方向 的其他組合來(lái)實(shí)現(xiàn)相似的優(yōu)勢(shì)。例如，盡管一個(gè)直線網(wǎng)格中的多個(gè)圓形位點(diǎn)不 是像一個(gè)六角形網(wǎng)格中一樣緊密地封裝，但可以選擇一條輻射線的取向及其掃 描方向用于一個(gè)希望的串?dāng)_降低。更具體地說(shuō)，該輻射線可以關(guān)于位點(diǎn)在該直 紋網(wǎng)格中的多個(gè)行和列而對(duì)角地確定取向并且該輻射線可以在該對(duì)角線維度 上橫穿該網(wǎng)格而掃描以便實(shí)現(xiàn)這些位點(diǎn)之間比該輻射線關(guān)于位點(diǎn)在該直紋網(wǎng) 格中的這些行和列正交地確定取向并且在該正交維度上進(jìn)行掃描時(shí)更小的串 擾。 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于將該線段取向?yàn)槭瓜噜徫稽c(diǎn)之間最大的間隔發(fā)生在平行于該 輻射線的非共焦的軸線上。當(dāng)所使用的一條輻射線比接受照射的這些位點(diǎn)的寬度要窄得多時(shí)，上 述這些封裝安排是特別有用的。在一些具體的實(shí)施方案中，該輻射線的寬度(即 該線段較短的維度)將至多是接受照射的這些位點(diǎn)的寬度的75%、 66%、 50%、 30%、 25%或者10%?？傊哂幸环N規(guī)則形狀的一些位點(diǎn)是優(yōu)選的，例如， 具有反射對(duì)稱性或者旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的位點(diǎn)。然而，如果一個(gè)特殊應(yīng)用需要的話可 以使用一些不規(guī)則形狀的位點(diǎn)。無(wú)論一種位點(diǎn)形狀上是規(guī)則的還是不規(guī)則的該 位點(diǎn)的寬度典型地都在最寬的維度上度量，例如，寬度被度量為具有圓形橫截 面的一個(gè)位點(diǎn)的直徑。如圖18 — 23所示，可以使用多個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的一 條受限衍射線。在圖18所示的這樣一個(gè)實(shí)施方案中，該線發(fā)生器244可以 用一個(gè)圓柱面微透鏡陣列246和一個(gè)聚光器248來(lái)形成。 一個(gè)圓柱面微透鏡 陣列246用于在一維上將該激發(fā)束250聚焦到一個(gè)聚光器248的前焦面同 時(shí)保持一個(gè)第二維不受影響。 一條具有均勻強(qiáng)度分布受限衍射線252將在該 聚光器248的后焦面上產(chǎn)生。該線段的均勻性與覆蓋該聚光器248的入瞳的 柱面微透鏡246的數(shù)量有關(guān)。該柱面微透鏡陣列246的數(shù)量越大，該線段強(qiáng) 度分別就越均勻。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案并且如圖19所示，線發(fā)生器可以244可以用一 個(gè)一維漫射器256和一個(gè)聚光器248來(lái)形成。具有角度均勻性的一個(gè)漫射器 254放置在一個(gè)聚光器248的前焦面上。該漫射器254在一維上將該輸入準(zhǔn) 直光束250扇形展開(kāi)并保持另一維不受影響。 一條具有均勻強(qiáng)度分布受限衍 射線252將在該聚光器248的后焦面上產(chǎn)生。因?yàn)樵撀淦?54具有角度 均勻性，所產(chǎn)生的線段將是均勻的。在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中， 一個(gè)物鏡256被用作一個(gè)聚光器。優(yōu) 選地，該物鏡256是具有15.75mm的外光瞳大小的一個(gè)遠(yuǎn)心透鏡。優(yōu)選地， 這一大小被配置為與該準(zhǔn)直的輸入激發(fā)束250匹配。另外，該透鏡的輸入視 場(chǎng)角為+/- 3度，它與一個(gè)2ram的視場(chǎng)一致。圖20示出與上述物鏡256 —起使用的一個(gè)一維漫射器254。如圖20 所示， 一個(gè)一維漫射器254被放置在該物鏡256的瞳孔光闌(pupil st叩) 處。該物鏡256在一維上將該準(zhǔn)直輸入光束250展開(kāi)到一定范圍內(nèi)的不同角
度并保持另一維不受影響。該漫射器254具有角度均勻性，即，散射到不同 角度的光束的強(qiáng)度是相同的。該透鏡256將在各具體角度上的光束聚焦到該 線段的一個(gè)點(diǎn)上。該線段的均勻性由該漫射器254的角靈敏度確定。另外， 輻射線268的長(zhǎng)度由該漫射器254的扇形角確定。該扇形角越大，所產(chǎn)生的 輻射線268就越長(zhǎng)。倘若該漫射器254的扇形角為+/- 3° ，所產(chǎn)生的線段 長(zhǎng)度將為2mm。雖然該輻射線268的長(zhǎng)度可以大于2mni，但一個(gè)所需的均勻 性可以由長(zhǎng)度為2mm的一根線段來(lái)獲得。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，圖21示出與上述物鏡256 —起使用的一個(gè)圓 柱面微透鏡陣列246。每一柱面微透鏡246抽取該準(zhǔn)直輸入光束250的一個(gè) 部分，在一維上將其聚焦到該物鏡256的瞳孔光闌上，并且保持該第二維不 受影響。該柱面微透鏡陣列246在一維上將該光束250扇形展開(kāi)到一定范圍 內(nèi)的不同角度。該扇形角由該柱面微透鏡246的光圈數(shù)確定。該物鏡256將 各個(gè)角度上的光束250聚焦到線段的一個(gè)點(diǎn)上。因?yàn)樵摼劢咕€段上的各點(diǎn)得到 來(lái)自所有柱面微透鏡246的貢獻(xiàn)，所以該線段的均勻性與覆蓋該物鏡256的 入瞳的柱面微透鏡246的個(gè)數(shù)有關(guān)。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，158 個(gè)微透鏡被用來(lái)覆蓋該瞳孔光闌以便產(chǎn)生一個(gè)均勻的線激發(fā)268。
圖22和23示出為了熒光成像而構(gòu)造的多個(gè)中繼望遠(yuǎn)鏡的附加實(shí)施 方案。 一個(gè)中繼望遠(yuǎn)鏡258被放置在該一維漫射器254 (見(jiàn)圖22)或者柱面 微透鏡陣列246 (見(jiàn)圖23)與一個(gè)二向色光束分離器260之間。該二向色的 光束分離器260被配置為將熒光成像光路(反向光束)262與激發(fā)光路250 分開(kāi)。本發(fā)明中使用的一個(gè)CCD攝相機(jī)或者其他探測(cè)器陣列可以被配置為用 于裝倉(cāng)(binning)。裝倉(cāng)通過(guò)將來(lái)自該陣列中多個(gè)像素的電荷累加到一個(gè)像 素之中來(lái)提高該探測(cè)器陣列的靈敏度?？梢允褂玫难b倉(cāng)的多個(gè)示例性類型包括 水平裝倉(cāng)、垂直裝倉(cāng)、或者全裝倉(cāng)。對(duì)于水平裝倉(cāng)， 一個(gè)探測(cè)器陣列中各行上 成對(duì)的相鄰像素被累加。對(duì)于垂直裝倉(cāng)，來(lái)自該陣列中兩行的成對(duì)的相鄰像素 被累加。全裝倉(cāng)是一種水平與垂直裝倉(cāng)的組合，其中四個(gè)相鄰像素被累加。
在本發(fā)明中能夠以傳感器元件更大的集合來(lái)進(jìn)行裝倉(cāng)。如圖24 (a)所 示，該線掃描CCD攝相機(jī)以及對(duì)應(yīng)的控制電子裝置可以被配置為使垂直軸線
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上所有的像素元素被收集到一個(gè)公共倉(cāng)內(nèi)并作為一個(gè)單一的值讀出。因此，裝 倉(cāng)不必局限于陣列元件的相鄰的對(duì)或者相鄰的組。相應(yīng)地，兩個(gè)以上的傳感器
元件(如一個(gè)CCD攝相機(jī)的多個(gè)像素)的一個(gè)集合可以進(jìn)行裝倉(cāng)，即使該集 合包括多個(gè)不相鄰的傳感器元件。例如，多個(gè)不相鄰的傳感器元件發(fā)生在一個(gè) 線性安排中的3個(gè)傳感器元件，其中第一個(gè)與第三個(gè)元件被介入其中的第二個(gè) 傳感器元件彼此分開(kāi)。如圖24 (b)所示，在裝倉(cāng)中，在一個(gè)單一的積分時(shí)間之后一行上所 有的像素馬上被移出。當(dāng)用于本發(fā)明的一種裝置中時(shí)，這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于與 一個(gè)普通的TDI設(shè)計(jì)相比讀出速率對(duì)于抖動(dòng)更不敏感。而且，該裝置會(huì)在一 個(gè)軸線上具有共焦特性，并且與Y —工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的同步時(shí)序的公差將會(huì)減小。 圖24 (b)示出一個(gè)l陶的激光光斑在一個(gè)線掃描CCD攝相機(jī)上的投影。該 投影在X與Y—軸上都是對(duì)稱的。在垂直軸線上將CCD像素的個(gè)數(shù)限制到6 會(huì)在該軸線上產(chǎn)生一個(gè)虛擬狹縫。用一個(gè)TDI攝相機(jī)可以達(dá)到相同的效果， 主要的要求是垂直軸線上像素的個(gè)數(shù)被優(yōu)化為在同樣抑制背景噪聲的同時(shí)通 過(guò)一個(gè)信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)這一效果，要設(shè)定該激光光斑大小以便與該系統(tǒng)的分辨率 匹配，連同要限制垂直像素的個(gè)數(shù)。本發(fā)明的一個(gè)替代的實(shí)施方案使用一種TDI設(shè)計(jì)，它限制垂直像素的 個(gè)數(shù)以便仍然產(chǎn)生一個(gè)虛擬狹縫。如圖24 (c)所示，在TDI中，多個(gè)像素與 該y —工作臺(tái)的編碼器輸出被同步轉(zhuǎn)移。另外，相對(duì)于n=l的一些系統(tǒng)設(shè)計(jì) 其優(yōu)勢(shì)在于該系統(tǒng)的采集效率會(huì)提高并且對(duì)于小的光學(xué)對(duì)齊漂移的靈敏度會(huì) 降低?？梢杂糜诒景l(fā)明的一些示例性TDI設(shè)計(jì)和方法在通過(guò)引用結(jié)合在此的 US 5, 754， 291中說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，本掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被配置為使用多光譜 的熒光成像，使用了多個(gè)線掃描成像傳感器。如圖25所示，輻射線134用 于在一個(gè)全光譜的范圍內(nèi)激發(fā)一些熒光分子并且一個(gè)色散元件264用于順著 多個(gè)線掃描成像傳感器266來(lái)展幵該線形熒光圖像262。該系統(tǒng)可以使用側(cè) 向照明或者共線照明來(lái)實(shí)施。根據(jù)本發(fā)明的這一實(shí)施方案，使用了一個(gè)多譜段 濾光片組268來(lái)激發(fā)并且探測(cè)多個(gè)熒光分子。如圖26所示，該多個(gè)傳感器 266的每一個(gè)被映射到一個(gè)窄的譜段范圍。這些傳感器可以是多個(gè)成像傳感器，
例如一個(gè)線性的線掃描CCD或者一個(gè)TDI線掃描CCD。傳感器在此也稱作探 測(cè)器。如圖27所示，根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案，該掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以 被配置用來(lái)使用一種多線的照明技術(shù)。該系統(tǒng)可以使用側(cè)向照明或者共線照明 來(lái)實(shí)施。在此，每條線268在不同的波場(chǎng)上激發(fā)一個(gè)樣本區(qū)域，例如，用于 激發(fā)不同的熒光分子。所產(chǎn)生的多線熒光圖像由具有多個(gè)線掃描成像成像傳感 器266的一個(gè)探測(cè)器266來(lái)采集。各傳感器266產(chǎn)生該對(duì)應(yīng)的熒光圖像。 因?yàn)樵摼哂胁煌庾V范圍的熒光已經(jīng)在空間上分開(kāi)，所以不需要色散元件
264。 一個(gè)多凹痕的濾光片270用來(lái)有效地阻斷殘留的瑞利或者拉曼散射的輻 射。進(jìn)而，如果在圖27的系統(tǒng)中使用一個(gè)色散元件，就可以采集具有更 高光譜分辨率的一些圖像。如圖28所示，圖中各傳感器組266也可以工作 在TDI模式以便產(chǎn)生一個(gè)單一的積分圖像，它提供一些具有分級(jí)的光譜分辨 率(hierarchical spectral resolution)的圖像。該掃描系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)為在不同光譜范圍內(nèi)同時(shí)激發(fā)多種染料。 一些
示例性結(jié)構(gòu)包括用于圖25的系統(tǒng)之中的具有多個(gè)顏色的一條單一的線段或者
用于圖27的系統(tǒng)之中的具有多個(gè)顏色的被間隔開(kāi)的多條線段。該輻射源可以 是具有一個(gè)多波段激發(fā)濾光片的白光燈或者是多個(gè)激光器的一個(gè)組合。例如，
當(dāng)多個(gè)激光器的組合被用作該輻射源時(shí)，則不需要圖25的系統(tǒng)中的多波段濾 光片組268的激發(fā)濾光片。另外，該照明可以是圖24所示出的共線照明(照 明與采集共享同一個(gè)物鏡138)或者是圖28所示出的側(cè)向照明(暗視場(chǎng))。 一個(gè)多波段二向色光束分離器136 (在圖25中示出)可以用于該共線照明 而對(duì)于該側(cè)向照明的實(shí)施方案則可省略。同樣如圖25所示，該多波段濾光片 組82的一個(gè)多波段發(fā)射濾光片272可以用來(lái)選擇性地阻斷激發(fā)輻射而通過(guò) 熒光波段。對(duì)于利用多個(gè)激光器的照明， 一個(gè)多凹痕的濾光片270也可以用 來(lái)選擇性地阻斷激發(fā)輻射而通過(guò)熒光波段，它提供甚至更有效的熒光檢測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的一些具體的實(shí)施方案，多個(gè)發(fā)射濾光片272可以與該圖 像傳感器266 —體化。圖29示出了一個(gè)示例性的取向。 一種用于阻斷多波 段照明和多激光器照明的不同的取向分別在圖30 (a)和30 (b)中示出。
本發(fā)明的裝置或者方法對(duì)于獲取一個(gè)樣本的一個(gè)二維區(qū)域的圖像是特 別有用的。因此，如果需要，對(duì)于一個(gè)樣本可以充分地約束其檢測(cè)來(lái)獲取3個(gè) 可能的維度中的2維的一個(gè)圖像。相應(yīng)地，可以檢測(cè)或者成像所感興趣的一 個(gè)樣本的一個(gè)表面的圖像。 一種特別相關(guān)的樣本是一個(gè)微陣列。使用本發(fā)明可 以檢測(cè)或者成像一個(gè)微陣列的表面來(lái)測(cè)定該微陣列的一個(gè)或者多個(gè)特征?？梢?檢測(cè)的一個(gè)微陣列的一些示例性的特征包括，但不限于， 一個(gè)標(biāo)簽的存在或者 不存在， 一個(gè)標(biāo)簽在一個(gè)特定區(qū)域如駐留一個(gè)特定探頭的一個(gè)區(qū)域中的位置， 或者一個(gè)標(biāo)簽的具體特征例如一個(gè)特定波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射的發(fā)射。對(duì)于一個(gè)微陣列的這些特征的檢測(cè)可以用來(lái)測(cè)定一種目標(biāo)分子在與該 微陣列接觸的一個(gè)樣本中的存在或者不存在。例如，基一個(gè)被標(biāo)記的目標(biāo)分析 物與該微陣列的一個(gè)特定探頭的鍵合或由于一個(gè)特定探頭取決于目標(biāo)物的變 化而結(jié)合、消除或者改變?cè)谠撎筋^位置的一個(gè)標(biāo)簽，可對(duì)此進(jìn)行測(cè)定。幾種測(cè) 試中的任意一種可用于來(lái)鑒別或者表征使用一個(gè)微陣列的目標(biāo)物，例如，該微 陣列如美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2003/0108867 、 2003/0108900、 2003/0170684 、 2003/0207295、或者2005/0181394中所說(shuō)明，它們每一個(gè)都通過(guò)引用結(jié)合在 此。例如，當(dāng)存在于一個(gè)微陣列上時(shí)，可以根據(jù)本發(fā)明來(lái)檢測(cè)的示例性標(biāo) 簽包括，但不限于， 一種生色團(tuán)、發(fā)光團(tuán)、熒光團(tuán)、光學(xué)編碼的納米顆粒、用 一種衍射光柵編碼的顆粒、電化學(xué)發(fā)光的標(biāo)簽如Ru(bpy)268+、或者可以基于 一種光學(xué)特性來(lái)檢測(cè)的部分(moiety)。在本發(fā)明中有用的熒光團(tuán)包括，例如， 一些發(fā)熒光的鑭系絡(luò)合物，包括銪和鋱的絡(luò)合物、熒光黃素、羅丹明、四甲基 羅丹明、曙紅、四碘熒光素、香豆素、甲基香豆素、芘、Malacite綠、Cy3、 Cy5、芪、螢光黃、Cascade Blue 、德克薩斯紅、alexa染料、藻紅蛋白、bodipy、 以及本技術(shù)領(lǐng)域已知的其他熒光體例如在Haugland的《分子探頭手冊(cè)》 (Eugene, 0R)第六版、《Synthegen目錄》(Houston, TX. ) 、 Lakowicz的《熒 光光譜學(xué)原理》第二版，紐約Plenum出版社(1999)、或者W0 98/59066中 所說(shuō)明的熒光體，其每一個(gè)都通過(guò)引用結(jié)合在此。本技術(shù)領(lǐng)域已知微陣列的任何品種，包括，例如，本文其他位置所說(shuō) 明的那些，均可以在本發(fā)明中用作一個(gè)樣本。 一個(gè)典型的微陣列包含多個(gè)位點(diǎn)，
有時(shí)稱作特征，各自具有多個(gè)探頭的一個(gè)組群。各位點(diǎn)的探頭組群典型地是同 質(zhì)的，具有一個(gè)單一的探頭物種，但在某些實(shí)施方案中這些組群各自是異質(zhì)的。 一個(gè)陣列的多個(gè)位點(diǎn)或者特征典型地是離散的，彼此之間以間隔分開(kāi)。這些探 頭位點(diǎn)和/或這些位點(diǎn)之間的間隔的大小可以變化以便陣列可以是高密度、中
密度或者是低密度的。高密度陣列的特定為間隔小于大約15ym的多個(gè)位點(diǎn)。 中密度陣列具有間隔為15到30um的多個(gè)位點(diǎn)，低密度陣列具有間隔大于 30ym的多個(gè)位點(diǎn)。本發(fā)明中有用的陣列可以具有以小于100um、 50tim、 10ym、 5yra、 或者0. 5 y m而間隔開(kāi)多個(gè)位點(diǎn)。本發(fā)明的裝置或方法可
以用來(lái)以足夠的分辨率對(duì)一個(gè)陣列成像以便辨別以上密度或者密度范圍的多 個(gè)位點(diǎn)。盡管本發(fā)明已經(jīng)在上面關(guān)于使用一個(gè)微陣列作為樣本而進(jìn)行示范，應(yīng) 理解具有以上密度的多個(gè)特征或者位點(diǎn)的其他樣本能夠以上述分辨率來(lái)成像。
其他示例性的樣本包括，但不限于，生物標(biāo)本如細(xì)胞或組織、電子芯片如計(jì)算 機(jī)處理器中使用的芯片，或者類似的樣本。 一個(gè)微陣列或者其他樣本可以通過(guò) 放置在例如本文其他位置所述的一個(gè)樣本工作臺(tái)上而放置在本發(fā)明的一個(gè)裝 置的一個(gè)樣本區(qū)域中。本發(fā)明的一個(gè)裝置可以進(jìn)一步包括一個(gè)處理器，它可操作地連接到一 個(gè)矩形探測(cè)器陣列或者另外被設(shè)置為從該矩形探測(cè)器陣列獲取數(shù)據(jù)，其中該處 理器被配置為在該圖像上執(zhí)行多個(gè)功能。該處理器可以包括一個(gè)常規(guī)的或者通 用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它被編程有或者另外能夠進(jìn)入成像數(shù)據(jù)分析所涉及的一個(gè)或
者程序模塊。本發(fā)明中有用的一些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括，但不限于，個(gè)人計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)，例如那些基于Intel 、 IBM 、或者、Motorola 微處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)； 或者一些工作站例如一個(gè)SPARC 工作站或者麗IX⑧工作站。有用的系統(tǒng)包 括使用Microsoft Windows 、 UNIX或者LINUX 操作系統(tǒng)的那些系統(tǒng)。在 此所述的系統(tǒng)也可以被實(shí)施為在一些客戶一服務(wù)器系統(tǒng)或者廣域網(wǎng)絡(luò)例如互 聯(lián)網(wǎng)上運(yùn)行。該處理器可以被包括在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，被設(shè)置為一個(gè)客戶或者服 務(wù)器來(lái)工作。該處理器可以執(zhí)行包括在一個(gè)或者多個(gè)程序模塊中的多條指令。 來(lái)自一個(gè)或者多個(gè)程序模塊的結(jié)果如一個(gè)樣本或者樣本區(qū)域的圖像，或者該樣
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本或樣本區(qū)域的分析可以通過(guò)一個(gè)圖形化用戶界面來(lái)報(bào)告給用戶。例如， 一些 結(jié)果可以通過(guò)可操作地連接到該處理器的一個(gè)監(jiān)視器或者打印裝置來(lái)報(bào)告。從 而， 一個(gè)微陣列或者其他樣本的圖像可以通過(guò)一個(gè)圖形用戶界面來(lái)提供給用 戶。根據(jù)本發(fā)明的某些特定方面，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的系統(tǒng)掃描樣 本比其他技術(shù)快并且以低成本來(lái)提供改良的數(shù)據(jù)質(zhì)量。特別是，與傳統(tǒng)的TDI 系統(tǒng)相比本發(fā)明的讀出速率增加了 n倍?？梢栽谝粋€(gè)或者多個(gè)軸線上實(shí)現(xiàn)共 焦。此外，本發(fā)明對(duì)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)漂移更不敏感。進(jìn)一步，本發(fā)明兼有使用多波段濾光片同時(shí)激發(fā)/探測(cè)多個(gè)熒光分子以 及在同一個(gè)樣本上并行讀出多個(gè)線掃描成像傳感器的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可以快速同 時(shí)產(chǎn)生一些多譜熒光圖像。在一些特定的實(shí)施方案中，本發(fā)明的一個(gè)裝置或者 方法能夠以至少約0.01mm7秒的速率來(lái)掃描一個(gè)樣本。取決于本發(fā)明的具體 應(yīng)用，還可以使用的一些更快的掃描速率包括，例如，就所掃描的面積而言， 至少約0. 02mm7秒、0. 05 mm7秒、0. 1 mm7秒、1 mmV秒、1. 5 mm7秒、5 mm7 秒、10mm7秒、50mm7秒、或100 miri7秒或者更快的一個(gè)速率。例如，如果 需要，為了減小噪聲，掃描速率可以具有約0.05mmV秒、0. 1咖7秒、1 mm7 秒、1.5 mm7秒、5 mmV秒、10 mm7秒、50 mm7秒、或100 mm7秒的一個(gè)上 限。掃描速率也可以按照幅圖像與探測(cè)器在該掃描軸線維度(垂直的)上的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)速率來(lái)度量并且可以是，例如，至少約0.1 mm/秒、0.5 mm/秒、1 mm/ 秒、10mm/秒、或100inm/秒。同樣，為了減小噪聲，掃描速率可以具有約0.5 mm/秒、1 mm/秒、10 mm/秒、或100 mm/秒的一個(gè)上限?？偠灾?，本發(fā)明 可以用來(lái)構(gòu)造一些多光譜的熒光成像器，它比其他成像系統(tǒng)更有效率并且有成 本效益。以下是當(dāng)前說(shuō)明中所使用的一些術(shù)語(yǔ)，并且旨在具有以下所說(shuō)明的含 義。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"輻射源"旨在表示一個(gè)所傳播的電磁能量的 一種源頭或者發(fā)生器。該術(shù)語(yǔ)可以包括紫外(UV)范圍(約200到390nra)、 可見(jiàn)光(VIS)范圍(約390到770nm)、或者紅外光(IR)范圍(約O. 77到 25微米)、或者其他電磁譜范圍內(nèi)的一個(gè)照明光源。 一個(gè)輻射源可以包括，例
如， 一盞燈例如一盞弧光燈或者石英鹵素?zé)?，或者一個(gè)激光器例如一個(gè)固體激
光器或氣體激光器或者一個(gè)LED例如一個(gè)LED/單模光纖系統(tǒng)。
在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"激發(fā)輻射"旨在表示朝著一個(gè)樣本或者樣本 區(qū)域傳播的電磁能量。激發(fā)輻射能夠以一種形式來(lái)感應(yīng)來(lái)自一個(gè)樣本的多種響 應(yīng)的任意一個(gè)，包括但不限于能量吸收、反射、熒光發(fā)射或者發(fā)光。
在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"樣本區(qū)域"旨在表示一個(gè)待探測(cè)的位置。該 位置可以在，例如，被配置用來(lái)支托或者包含一個(gè)待探測(cè)對(duì)象的一個(gè)支托裝置 之中、之上或者附近。 一個(gè)樣本可以永久地或者臨時(shí)地占據(jù)一個(gè)區(qū)域以便能夠 從該區(qū)域取走該樣本。例如， 一個(gè)樣本區(qū)域可以是在一個(gè)平移工作臺(tái)之上或者 在其附近的一個(gè)位置，放在該平移工作臺(tái)之上時(shí)該位置由一個(gè)微陣列占據(jù)。
在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"探測(cè)器陣列"旨在表示將所接觸的光子能量 轉(zhuǎn)換為一種電氣響應(yīng)的具有多個(gè)元件的一個(gè)器件或者裝置。 一種示例性的探測(cè) 器陣列是一個(gè)電荷耦合器件(CCD)，其中這些元件是一些光敏性的電荷收集位 點(diǎn)，它響應(yīng)入射光子而累積電荷。探測(cè)器陣列的一些進(jìn)一步的實(shí)例包括，而不 限于， 一個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)探測(cè)器陣列，雪崩二極管(APD) 探測(cè)器陣列，或者一個(gè)蓋革模式的光子計(jì)數(shù)器探測(cè)器陣列。探測(cè)器陣列的這些 元件可以具有任意的多種安排。例如， 一個(gè)矩形探測(cè)器陣列在一種2維的、
正交的安排中具有多個(gè)元件，其中一個(gè)第一維度，稱作"水平"維度比稱作 "垂直"維度的一個(gè)第二維度要長(zhǎng)。 一個(gè)正方形探測(cè)器陣列在2維的、正交 的安排中具有多個(gè)元件，其中該安排的第一和第二維度長(zhǎng)度相同。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"矩形圖像"旨在表示一個(gè)樣本或者該樣本的 一個(gè)部分的一種光學(xué)形式的表現(xiàn)，它發(fā)生在一個(gè)2維的、正交區(qū)域之中，其 水平維度大于垂直維度的維度。該矩形圖像可以表示從一個(gè)樣本區(qū)域所發(fā)射出 來(lái)的一幅圖像的整體或者，替代地，可以是一幅較大圖像的一個(gè)矩形部分，該 較大的圖像具有多種形狀的任意一種。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"掃描裝置"旨在表示能夠連續(xù)地探測(cè)一個(gè)樣 本的不同部分的一種裝置。 一個(gè)掃描裝置通過(guò)改變一個(gè)探測(cè)裝置的一個(gè)或多個(gè) 部件的位置(包括，例如， 一個(gè)樣本、輻射源、將激發(fā)輻射定向到一個(gè)樣本的 光學(xué)裝置、對(duì)從一個(gè)樣本所發(fā)射出的輻射進(jìn)行定向的光學(xué)裝置、或者探測(cè)器陣
列)可以進(jìn)行操作。 一些示例性的掃描裝置包括，但不限于一個(gè)被配置為移動(dòng) 一個(gè)輻射線或束使之經(jīng)過(guò)一個(gè)樣本的一種電流計(jì)，或者被配置用來(lái)移動(dòng)一個(gè)樣 本使之經(jīng)過(guò)一個(gè)輻射線或束的一個(gè)平移工作臺(tái)。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"瑞利分辨率"是以下等式中的RR
RR = ((1.22)(入)(f))/D 其中A是波長(zhǎng)，f是焦距而D是兩個(gè)被檢測(cè)對(duì)象之間的距離。該術(shù)語(yǔ)旨在 與其在光學(xué)領(lǐng)域中的使用一致，例如，在Hecht的《光學(xué)》，第四版，Addison Wesley出版社，美國(guó)波士頓(2001)中所述，它通過(guò)引用結(jié)合在此。
在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"放大倍率"旨在表示一個(gè)物體的維度與該物 體的圖像維度之間的比率。例如，放大倍率可以根據(jù)樣本區(qū)域(即該物體)的 維度與該樣本區(qū)域在一個(gè)探測(cè)器陣列上的一幅圖像的維度的比率來(lái)確定。在一 些包括一個(gè)物鏡和投射透鏡的系統(tǒng)中，放大倍率可以根據(jù)該物鏡的焦距與該投 射透鏡的后焦距的比率來(lái)確定。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"輻射線"旨在表示在一個(gè)相同的維度上傳播 的電磁波或者粒子的一個(gè)集合，其中與該傳播維度垂直的2維橫截面是矩形 或者橢圓形的。 一個(gè)輻射線的示例性2維橫截面包括，但不限于， 一個(gè)矩形、 橢圓、或者卵形的形狀。 一條輻射線的橫截面寬度可以具有在，例如，大約 0.05 ix m到大約10 um的一個(gè)范圍內(nèi)的一個(gè)或者兩個(gè)維度。例如，該輻射 線的一個(gè)維度可以是至少約0.05 um、 0.1 um、 0.5 u m、 u m、 5 um或者 10 y m。而且， 一條輻射線的一個(gè)維度可以是，例如，至多約0. 1 ym、 0. 5 um、 ^m、 5 wra或者10 um。應(yīng)理解這些維度僅僅是示例性的并且如果需要可以 使用具有其他維度的一些輻射線。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"線發(fā)生器"旨在表示一個(gè)光學(xué)元件，它被配 置為在垂直于該傳播光軸的平面上產(chǎn)生一條受限衍射或者近場(chǎng)衍射的輻射線， 其中在沿著該線段的水平軸線上具有一個(gè)基本上均勻的強(qiáng)度分布。 一些示例性 的線發(fā)生器包括，但不限于，具有角度均勻性的一個(gè)一維漫射器、圓柱面微透 鏡陣列、衍射元件或者非球面折射透鏡如一個(gè)鮑威爾透鏡。具有角度均勻性的 該一維漫射器或者圓柱面微透鏡陣列可以被放置為將輻射定向到一個(gè)聚光器。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"光束分離器"旨在表示透過(guò)一個(gè)輻射束的一 個(gè)第一部分而反射該輻射束的一個(gè)第二部分的一個(gè)光學(xué)元件。例如一個(gè)光束分 離器可以被配置用來(lái)選擇性地透過(guò)一個(gè)第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射而反射一個(gè)第 二、不同的輻射范圍內(nèi)的輻射。用于熒光探測(cè)時(shí)該光束分離器將典型地反射較 短波長(zhǎng)的激發(fā)輻射而透過(guò)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的發(fā)射輻射。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"外部光瞳"參照一個(gè)物鏡而使用，其中該物
鏡的后孔徑入瞳在該激發(fā)束的路徑上處在該物鏡的物理維度之后。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"擴(kuò)束器"旨在表示被配置用來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)輻射
束的直徑與準(zhǔn)直性的一個(gè)或者多個(gè)光學(xué)元件。例如， 一個(gè)擴(kuò)束器被配置為將一
個(gè)輻射束的直徑增大為一個(gè)所需量，如至少2倍、5倍、10倍或者更多。一
些擴(kuò)束器的光學(xué)元件包括，例如， 一個(gè)或者多個(gè)反射鏡或者透鏡。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"投射透鏡"旨在表示被配置用來(lái)將一個(gè)物體
的圖像轉(zhuǎn)移到一個(gè)探測(cè)器的一個(gè)光學(xué)元件。例如，可以放置一個(gè)透鏡來(lái)將從一
個(gè)物方透鏡發(fā)射的一幅圖像轉(zhuǎn)移到一個(gè)探測(cè)器陣列。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"光學(xué)濾光片"旨在表示一種用來(lái)選擇性地以 一種與波長(zhǎng)、偏振或者頻率有關(guān)的方式來(lái)透過(guò)輻射或者拒絕輻射通過(guò)的器件。 該術(shù)語(yǔ)可以包括一個(gè)干涉濾光片，其中多層介質(zhì)材料根據(jù)來(lái)自各層的反射之間 的相長(zhǎng)或者相消干涉來(lái)透射或者反射輻射。干涉濾光片在本技術(shù)中也稱作二向 色的濾光片，或者介質(zhì)濾光片。該術(shù)語(yǔ)可以包括一個(gè)吸收性的濾光片，它通過(guò) 吸收而具有一個(gè)選擇性的波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)范圍地阻止輻射通過(guò)。吸收濾光片包 括，例如，有色玻璃或者液體。本發(fā)明所使用的一個(gè)濾光片可以具有一個(gè)或多個(gè)特定的濾波透射特性 包括，例如，帶通、短通和長(zhǎng)通。 一個(gè)帶通濾光片選擇性地通過(guò)由具有最大輻 射透射率(Tmax)的一個(gè)中心波長(zhǎng)所限定的一個(gè)波長(zhǎng)范圍和一個(gè)帶寬之內(nèi)的輻 射并且阻止這一范圍之外的輻射通過(guò)。Tmax定義為在該中心波長(zhǎng)所透過(guò)的輻 射的百分比。帶寬典型地被描述為全寬半高(FWHM)，它是該濾光片以Tniax的 一半的透射率所透射的波長(zhǎng)范圍。本發(fā)明中有用的一個(gè)帶通濾光片可以具有 10nm、 20 nm、 30 nm、 40 nm或者50 nm的一個(gè)FWHM。 一個(gè)長(zhǎng)通濾光片選擇 性地透過(guò)由一個(gè)Tmax和一個(gè)截止波長(zhǎng)所限定的較高波長(zhǎng)的輻射。該截止波長(zhǎng)
是輻射透射率為T(mén)max的一半時(shí)的波長(zhǎng)；波長(zhǎng)在該介質(zhì)波長(zhǎng)以上增大時(shí)，透射 率百分比增大而波長(zhǎng)在該截止波長(zhǎng)以下減小時(shí)透射率百分比減小。 一個(gè)短通濾 光片選擇性地透過(guò)由一個(gè)Tmax和一個(gè)截止波長(zhǎng)所限定的較低波長(zhǎng)的輻射。該 截止波長(zhǎng)是輻射透射率為T(mén)max的一半時(shí)的波長(zhǎng)；波長(zhǎng)在該介質(zhì)波長(zhǎng)以上增大 時(shí)透射率百分比降低而波長(zhǎng)在該截止波長(zhǎng)以下減小時(shí)透射率百分比增大。本發(fā) 明的一個(gè)濾光片可以具有50— 100%、 60 — 90%或者70 — 80%的一個(gè) 丁maxo在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"微陣列"是指附著于一個(gè)或多個(gè)基片之上的 一個(gè)不同探頭分子組群以便這些不同的探頭子可以根據(jù)其相對(duì)位置來(lái)彼此區(qū) 分。 一個(gè)陣列可以包括多個(gè)不同的探頭分子；或者這些探頭分子的多個(gè)組群， 它們各自定位在一個(gè)基片上的一個(gè)不同的可尋址的地點(diǎn)。替代地， 一個(gè)微陣列 可以包括各承載一種不同探頭分子，或者這些探頭分子的組群的多個(gè)單獨(dú)的基 片，它們可以根據(jù)這些基片在其所附著的一個(gè)表面上的位置或者根據(jù)這些基片 在一種液體中的位置來(lái)識(shí)別。多個(gè)單獨(dú)基片定位于一個(gè)表面之上的一些示例性 陣列包括，但不限于，可從Illumina , Inc. (San Diego， CA)購(gòu)得的一個(gè) Sentrix 陣列或者Sentrix BeadChip陣列，或者其他包括多個(gè)阱中珠(beads in wells)的陣列，例如在美國(guó)專利號(hào)6,266,459、 6,355,431、 6， 770， 441和 6,859,570以及專利公開(kāi)號(hào)WO 00/63437中所說(shuō)明的那些陣列，其每一個(gè)都 通過(guò)引用結(jié)合在此。其他的一些在一個(gè)表面上具有多個(gè)顆粒的陣列包括在US 2005/0227252;WO 05/033681;以及WO 04/024328中所說(shuō)明的陣列。
可在本發(fā)明中使用的可商購(gòu)的微陣列的一些進(jìn)一步的實(shí)例包括，例如， 一個(gè)Affymetrix GeneChip 微陣列或者根據(jù)有時(shí)稱之為VLSIPS (甚大 規(guī)模固定化聚合物合成)的一些技術(shù)所合成的其他微陣列，這在，例如，美國(guó) 專利號(hào)5， 324， 633、 5， 744， 305、 5， 451, 683、 5， 482， 867、 5， 491， 074、 5， 624, 711、 5,795,716、 5,831,070、 5,856,101、 5,858,659、 5,874,219、 5,968,740、 5,974,164、 5， 981， 185、 5， 981， 956、 6， 025， 601、 6， 033， 860、 6,090,555、 6， 136， 269、 6,022,963、 6,083,697、 6,291,183、 6,309,831 、 6,416,949、 6， 428， 752以及6， 482， 591中說(shuō)明，其每一個(gè)都通過(guò)引用而結(jié)合在此。一個(gè) 點(diǎn)狀樣微陣列(spotted raicroarray)也可以在本發(fā)明的一種方法中使用。一
個(gè)示例性的點(diǎn)狀微陣列是可以從Amersham Biosciences購(gòu)得的一個(gè) CodeLink 陣列。在本發(fā)明中有用的另一種微陣列是用噴墨打印方法例如可 從Agilent Technologies購(gòu)得的SurePrintTM 技術(shù)來(lái)制作的一個(gè)陣列?？?在本發(fā)明中使用的其他一些微陣列包括，但不限于，在Butte的《1twe WeWeM Z^z'scor》，1:951-60 (2002)或者美國(guó)專利號(hào)5,429,807、
5,436,327、 5， 561'071、 5,583,211 、 5， 658， 734、 5,837,858、 5,919,523、 6,287,768、 6,287,776、 6,288,220、 6,297,006、 6,291,193、以及6, 514， 751 以及WO 93/17126、 W0 95/35505之中所說(shuō)明的那些微陣列，其每一個(gè)都通過(guò) 引用結(jié)合在此。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"時(shí)間延遲積分"旨在表示通過(guò)一個(gè)探測(cè)器陣 列的不同元件子集來(lái)而針對(duì)一個(gè)樣本的不同部分的順序探測(cè)，其中這些元件子 集之間的電荷遷移以與被成像樣本的視在運(yùn)動(dòng)同步的一個(gè)速率并且在同一個(gè) 維度上進(jìn)行。例如，TDI可以通過(guò)掃描一個(gè)樣本來(lái)進(jìn)行的方式為， 一個(gè)幀轉(zhuǎn)移 裝置通過(guò)與該樣本的視在運(yùn)動(dòng)對(duì)齊并且同步的一堆線性陣列來(lái)產(chǎn)生該樣本的 一個(gè)連續(xù)視頻圖像，從而當(dāng)該圖像從一條線移向下一條時(shí)，所存儲(chǔ)的電荷隨之 移動(dòng)。電荷的累積可以在電荷行從該探測(cè)器的一個(gè)末端移到該串行寄存器所需 的整個(gè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行積分(或者到該裝置的存儲(chǔ)區(qū)域，在一個(gè)幀轉(zhuǎn)移CCD的情 況下)。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"采集臂"旨在表示為了將來(lái)自一個(gè)樣本區(qū)域 的輻射定向到一個(gè)探測(cè)器而設(shè)置的一個(gè)光學(xué)器件或者一組光學(xué)器件。
盡管只對(duì)本發(fā)明的某些特征在此進(jìn)行了闡述和說(shuō)明，對(duì)于本技術(shù)的普通人 員而言將會(huì)想到許多修改和變化。因此，應(yīng)理解所附的權(quán)利要求旨在覆蓋落在 本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神之內(nèi)的所有這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種成像裝置，包括(a)一個(gè)輻射源，該輻射源被設(shè)置為將激發(fā)輻射發(fā)送到一個(gè)樣本區(qū)域的至少一個(gè)部分上；(b)一個(gè)矩形探測(cè)器陣列；(c)成像光學(xué)部件，該成像光學(xué)部件被設(shè)置為將所述部分的一個(gè)矩形圖像定向到所述矩形探測(cè)器陣列上；以及(d)一個(gè)掃描裝置，該掃描裝置被配置為在一個(gè)掃描軸線維度上對(duì)所述樣本區(qū)域進(jìn)行掃描，從而改變?cè)谒鼍匦翁綔y(cè)器陣列上形成一個(gè)矩形圖像的所述樣本區(qū)域的部分，其中用于所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)以及所述圖像的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)處在所述掃描軸線維度上，并且其中用于所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中的所述較短的維度是足夠地短以便在所述探測(cè)器陣列的一個(gè)單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，其中所述單一的軸線是所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中所述的較短的一個(gè)。
2. 權(quán)利要求1的裝置，其中該矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中所述 較短的一個(gè)與該成像光學(xué)部件的瑞利分辨率與該成像光學(xué)部件的放大倍率的 乘積的比率是在0.1到10的范圍內(nèi)。
3. 權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)線發(fā)生器，該線發(fā)生器被設(shè)置 為從所述輻射源接收激發(fā)輻射并且將一個(gè)輻射線發(fā)送到所述樣本區(qū)域。
4. 權(quán)利要求3的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)物鏡，該物鏡被設(shè)置為接收用 于對(duì)所述樣本區(qū)域照明的所述輻射線。
5. 權(quán)利要求4的裝置，其中所述成像光學(xué)部件包括所述物鏡，其中所 述物鏡進(jìn)一步被設(shè)置為收集從所述樣本區(qū)域發(fā)射的輻射，其中從所述樣本區(qū)域 發(fā)射的所述輻射形成被定向到所述矩形探測(cè)器陣列的所述矩形圖像。
6. 權(quán)利要求5的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)光束分離器，該光束分離器被 設(shè)置為將從所述樣本區(qū)域發(fā)射的所述輻射的所述輻射線分開(kāi)并且將從所述樣 本區(qū)域發(fā)射的所述輻射定向到該矩形探測(cè)器陣列上。
7. 權(quán)利要求4的裝置，其中所述物鏡具有一個(gè)外部瞳孔，該外部瞳孔 被設(shè)置為接收從其中通過(guò)而用于照明所述樣本區(qū)域的所述輻射線。
8. 權(quán)利要求4的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)第一擴(kuò)束器，該第一擴(kuò)束器被 設(shè)置為從所述輻射源接收激發(fā)輻射并將所述輻射的一個(gè)擴(kuò)大的光束發(fā)送到所 述線發(fā)生器。
9. 權(quán)利要求8的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)第二擴(kuò)束器，該第二擴(kuò)束器被 設(shè)置為從所述線發(fā)生器接收所述激發(fā)輻射并且將所述輻射的一個(gè)擴(kuò)大的光束 發(fā)送到所述物鏡，其中所述第二擴(kuò)束器被進(jìn)一步配置為用來(lái)減小所述輻射線的 視場(chǎng)角。
10. 權(quán)利要求4的裝置，其中所述物鏡具有一個(gè)特性，該特性選自由色 彩校正、高數(shù)值孔徑、遠(yuǎn)心性、以及后焦面遠(yuǎn)焦性所構(gòu)成的一個(gè)組。
11. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述線發(fā)生器具有一個(gè)六度的全扇形束角 并且被配置為用來(lái)接收具有一個(gè)至多4mra直徑的一個(gè)輸入光束。
12. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述線發(fā)生器進(jìn)一步包括一個(gè)柱面微透鏡 陣列、具有一種角度均勻性的一維漫射器、非球面折射透鏡、衍射元件或者鮑 威爾透鏡。
13. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述線發(fā)生器進(jìn)一步包括一個(gè)衍射元件， 該衍射元件用來(lái)產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的一個(gè)受限衍射線。
14. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述輻射線的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)是足夠地短以便在所述矩形探測(cè)器陣列的一個(gè)單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，其中所 述單一的軸線是所述矩形探測(cè)器的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)。
15. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述輻射線兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)與 這兩個(gè)矩形維度的所述較短的一個(gè)除以該成像光學(xué)部件的放大倍率的商之間 的比率是在0.1到10的范圍內(nèi)。
16. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述輻射線的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè) 與該成像光學(xué)部件的瑞利分辨率之間的比率是在0.1到10的范圍內(nèi)。
17. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述輻射線的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè) 的寬度的1/e'2與所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中所述較短的一個(gè)除 以該成像部件的放大倍率的商之間的比率是在0.5到2的范圍之內(nèi)。
18. 權(quán)利要求l的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)投射透鏡，該投射透鏡被設(shè)置 為從收集所述樣本區(qū)域發(fā)射的輻射，其中從所述樣本區(qū)域發(fā)射的所述輻射形成 被定向到所述矩形探測(cè)器陣列的所述矩形圖像。
19. 權(quán)利要求l的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)帶通濾光片，該帶通濾光片被 設(shè)置為收集從所述樣本區(qū)域發(fā)射的輻射，其中從所述樣本區(qū)域發(fā)射的所述輻射 形成被定向到所述矩形探測(cè)器陣列的所述矩形圖像。
20. 權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)發(fā)射濾光片，該發(fā)射濾光片 被設(shè)置為收集從所述樣本區(qū)域發(fā)射的輻射，其中從所述樣本區(qū)域發(fā)射的所述輻 射形成被定向到所述矩形探測(cè)器陣列的所述矩形圖像。
21. 權(quán)利要求l的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)平移工作臺(tái)，該平移工作臺(tái)被 設(shè)置為將一個(gè)樣本提供到所述樣本區(qū)域D
22. 權(quán)利要求21的裝置，其中所述平移工作臺(tái)被配置為在所述掃描軸 線的維度中移動(dòng)所述樣本。
23. 權(quán)利要求21的裝置，進(jìn)一步包括由所述平移工作臺(tái)所支托的一個(gè) 微陣列，所述微陣列由此被提供到所述樣本區(qū)域。
24. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述矩形探測(cè)器陣列被配置為用于TDI (時(shí)延積分)操作。
25.權(quán)利要求1的裝置，其中所述矩形探測(cè)器陣列包括一個(gè)線掃描的 CCD攝相機(jī)、CMOS探測(cè)器陣列、雪崩光電二極管(APD)陣列、或者蓋革模 式的光子計(jì)數(shù)器陣列。
26. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述矩形探測(cè)器的縱橫比大于20。
27. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述輻射源包括至少一個(gè)激光器。
28. 權(quán)利要求l的裝置，包括多個(gè)采集臂，這些采集臂被設(shè)置為收集從 所述樣本區(qū)域發(fā)射的輻射，其中從所述樣本區(qū)域所發(fā)射的所述輻射形成被定向 到多個(gè)矩形探測(cè)器陣列的多個(gè)矩形圖像。
29. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述裝置被配置為用來(lái)獲取所述樣本的一 個(gè)圖像，該圖像包括0.2到10微米之間的一個(gè)瑞利分辨率。
30. —種獲取一個(gè)樣本的一個(gè)圖像的方法，包括(a) 用激發(fā)輻射來(lái)接觸一個(gè)樣本的至少一個(gè)第一部分，其條件是其中輻 射是從該第一部分發(fā)出；(b) 定向從所述第一部分發(fā)出的所述輻射以便在一個(gè)矩形探測(cè)器陣列上形成所述第一部分的一個(gè)矩形圖像；并且(c) 在一個(gè)掃描軸線的維度中掃描所述樣本區(qū)域，從而重復(fù)該步驟(a)和(b)以便在所述矩形探測(cè)器陣列上形成所述樣本的一個(gè)第二部分的一個(gè)矩形圖 像，其中用于所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度上較短的一個(gè)以及所述圖 像的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)是處在所述掃描軸線的維度上，并且其中用于所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中所述較短的一個(gè)是足夠 地短以便在所述矩形探測(cè)器陣列的一個(gè)單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，其中所述單一 的軸線是所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中的所述較短的一個(gè)。
31. 權(quán)利要求30的方法，其中所述矩形探測(cè)器的兩個(gè)矩形維度中所述 較短的一個(gè)與所述矩形圖像的瑞利分辨率乘以所述矩形圖像的放大倍率的乘 積之間的比率是在0.1到10的范圍內(nèi)。
32. 權(quán)利要求30的方法，其中接觸所述樣本的至少一個(gè)部分的所述激 發(fā)輻射包括一條輻射線。
33. 權(quán)利要求32的方法，其中所述輻射線的兩個(gè)矩形維度中較短的一 個(gè)是足夠地短以便在所述矩形探測(cè)器陣列的一個(gè)單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，其中 所述單一的軸線是所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中所述較短的一個(gè)。
34. 權(quán)利要求32的方法，其中所述輻射線兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè) 與所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度的所述較短的一個(gè)除以該放大倍率的 商之間的比率是在0.1到10的范圍內(nèi)。
35. 權(quán)利要求30的方法，其中所述輻射線的兩個(gè)矩形維度中較短的一 個(gè)的寬度的1/e'2與所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中所述較短的一個(gè) 除以該放大倍率的商之間的比率是在0.5到2的范圍之內(nèi)。
36. 權(quán)利要求30的方法，其中所述掃描所述樣本包括移動(dòng)所述樣本， 從而改變所述矩形圖像與所述矩形探測(cè)器陣列在所述掃描軸線維度上的相對(duì) 位置。
37. 權(quán)利要求30的方法，其中所述掃描包括TDI (時(shí)間延遲積分)。
38. 權(quán)利要求30的方法，其中所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中 較短的一個(gè)中的所有像素元素都被采集在一個(gè)共用倉(cāng)(common bin)中并且被 作為一個(gè)單一的值來(lái)讀出。
39. 權(quán)利要求30的方法，其中所述激發(fā)輻射包括選自下組的一個(gè)范圍 中的輻射，該組由UV (紫外)輻射、VIS (可見(jiàn)光譜)輻射和IR (紅外)輻射 構(gòu)成。
40. 權(quán)利要求30的方法，進(jìn)一步包括將所述樣本的所述圖像的一個(gè)數(shù) 據(jù)表達(dá)保存在一種計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)中。
41. 權(quán)利要求40的方法，進(jìn)一步包括將所述樣本的所述圖像的一個(gè)圖 形表達(dá)顯示在可操作地連接到所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)的一個(gè)監(jiān)視器上。
42. 權(quán)利要求30的方法，其中所述樣本包括具有多個(gè)單獨(dú)位點(diǎn)的一個(gè) 微陣列。
43. 權(quán)利要求42的方法，其中所述多個(gè)單獨(dú)位點(diǎn)被0.1到50微米的 范圍內(nèi)的一個(gè)距離分開(kāi)。
44. 權(quán)利要求43的方法，進(jìn)一步包括辨別所述多個(gè)單獨(dú)位點(diǎn)。
45. 權(quán)利要求30的方法，其中所述樣本的所述圖像包括0.2和10微 米之間的一個(gè)瑞利分辨率。
46. 配置一個(gè)掃描器以便在一個(gè)單一軸線上的實(shí)現(xiàn)共焦的一種方法，包括，(a)提供一個(gè)裝置，包括(i) 一個(gè)輻射源，該輻射源被設(shè)置為對(duì)一個(gè)樣本區(qū)域的至少一個(gè) 部分發(fā)送激發(fā)輻射；(ii) 一個(gè)矩形探測(cè)器陣列；(iii) 成像光學(xué)部件，該成像光學(xué)部件被設(shè)置為將所述部分的一 個(gè)矩形圖像定向到所述矩形探測(cè)器陣列上；和(iv) —個(gè)掃描裝置，該掃描裝置被配置為在一個(gè)掃描軸線的維度 上掃描所述樣本區(qū)域，由此改變?cè)谒鼍匦翁綔y(cè)器陣列上形成一個(gè)矩形 圖像的所述樣本區(qū)域的部分，其中所述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)以及所述圖像的 兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)是處在所述掃描軸線的維度上；并且(b)對(duì)所述矩形探測(cè)器陣列或者所述成像光學(xué)部件進(jìn)行定位以使用于所 述矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)限制為足夠短以便在所述矩 形探測(cè)器陣列的一根單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦，其中所述單一的軸線是用于所述 矩形探測(cè)器陣列的兩個(gè)矩形維度中所述較短的一個(gè)。
47. —種用于使一個(gè)微陣列成像的系統(tǒng)，包括-一個(gè)激光源；一個(gè)單模纖維光纜，該單模纖維光纜連接到該激光源以便以單模傳輸?shù)?形式來(lái)傳輸激光；一個(gè)線形照明器，該線形照明器用于將來(lái)自該光源的激光轉(zhuǎn)換為一條輻 射線，該線形照明器包括一個(gè)準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器被安排為接收來(lái)自該光源的激 光，以及一個(gè)非球面透鏡，該非球面透鏡用于將來(lái)自該準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為該輻射線；和一個(gè)聚焦裝置，該聚焦裝置用于將該輻射線定向到一個(gè)微陣列表面的一 個(gè)平面上。
48. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該線形照明器被配置將來(lái)自該光源的激 光轉(zhuǎn)換為在一個(gè)所希望線段長(zhǎng)度上具有基本上呈均勻強(qiáng)度分布的一條輻射線。
49. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該準(zhǔn)直器和非球面透鏡在一個(gè)模塊中被 預(yù)先對(duì)齊以便允許該模塊在該系統(tǒng)中的安裝而無(wú)需在安裝過(guò)程中進(jìn)一步對(duì)齊。
50. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該聚焦裝置被配置為產(chǎn)生一條均勻的輻 射線，該輻射是在該線的窄小維度上受限衍射的。
51. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在該準(zhǔn)直器與該非球面透鏡 的中間的該模塊中的一個(gè)激光線濾光片。
52. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該非球面透鏡是一個(gè)鮑威爾透鏡。
53. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該非球面透鏡是一個(gè)圓柱面透鏡。
54. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該微陣列上的多個(gè)單獨(dú)位點(diǎn)以大約0.1 到50微米的范圍內(nèi)的一個(gè)距離分開(kāi)。
55. 權(quán)利要求54的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)被配置為用來(lái)辨別這些單獨(dú)的位點(diǎn)。
56. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)被配置為用來(lái)以大約0.2和10 微米之間的一個(gè)瑞利分辨率來(lái)獲取該微陣列的一個(gè)圖像。
57. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該線形照明器包括一個(gè)整體的連接器， 并且該單模纖維光纜與一個(gè)匹配連接器端接用于耦聯(lián)到該線形照明器上。
58. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該單模纖維光纜的一端被一體化地耦聯(lián) 到該線形照明器上。
59. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該單模纖維光纜的一端可拆卸地耦聯(lián)到 該線形照明器上。
60. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，包括一個(gè)第二纖維光纜，該第二纖維光纜在 其一端耦聯(lián)到該激光器光源上并且在其相對(duì)的一端耦聯(lián)到該單模纖維光纜上。
61. 權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中該第二纖維光纜是一根單模纖維光纜。
62. 權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中這些纖維光纜是通過(guò)一個(gè)光連接器彼此耦聯(lián)。
63. 權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中這些纖維光纜相互對(duì)接(spliced)。
64. 權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中該單模纖維光纜被配置為用于以大約 405nm、 488nm、 532nm、或者633nm的一個(gè)波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行激光的單模傳輸。
65. —種用于對(duì)一個(gè)微陣列成像的系統(tǒng)，包括 一個(gè)激光源；一個(gè)耦聯(lián)到該激光源的纖維光纜；一個(gè)線形照明器，該線形照明器用于將來(lái)自該光源的激光轉(zhuǎn)換為一條輻 射線，該線形照明器包括一個(gè)準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器被安排為接收來(lái)自該光源的激 光，以及一個(gè)非球面透鏡，該非球面透鏡用于將來(lái)自該準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為 該輻射線；一個(gè)第二纖維光纜，該第二纖維光纜以其一端耦聯(lián)到該第一單模纖維光 纜上并且在其相對(duì)的一端耦聯(lián)到該線形照明器上，這些纖維光纜的至少一個(gè)是 單模的纖維光纜；和 一個(gè)聚焦裝置，該聚焦裝置用于將該輻射線定向到一個(gè)微陣列表面的一 個(gè)平面上。
66. —種用于對(duì)一個(gè)微陣列成像的系統(tǒng)，包括第一和第二激光源，每一光源被配置為以一個(gè)不同的預(yù)先確定的頻帶輸 出激光；第一和第二纖維光纜，這些纖維光纜分別耦聯(lián)到該第一和第二激光源上用于以單模傳輸?shù)男问絹?lái)傳輸激光；和第一和第二線形照明器，這些線形照明器分別耦聯(lián)到該第一和第二單模 纖維光纜上用于將來(lái)自對(duì)應(yīng)光源的激光轉(zhuǎn)換為輻射線，這些線形照明器各包括 一個(gè)準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器被安排為接收來(lái)自該光源的激光，以及一個(gè)非球面透鏡， 該非球面透鏡用于將來(lái)自該準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為該輻射線；和一個(gè)聚焦裝置，該聚焦裝置用于將該輻射線定向到一個(gè)微陣列表面的一 個(gè)平面上。
67. 權(quán)利要求66的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)組合器，該組合器用于組合來(lái)自該第一和第二照明器的輻射線； 用于以這些組合的輻射線來(lái)共焦地照射該微陣列并且用于返回來(lái)自該微陣列的輻射的裝置；和一個(gè)探測(cè)器，該探測(cè)器用于接收該返回輻射并且用于產(chǎn)生在該微陣列的分析中所使用的信號(hào)。
68. —種用于制造對(duì)一個(gè)微陣列成像的系統(tǒng)的方法，包括 以一種結(jié)構(gòu)來(lái)放置一個(gè)激光源、 一個(gè)線形照明器、 一個(gè)聚焦裝置、以及一個(gè)工作臺(tái)，其中該激光器通過(guò)一根單模纖維光纜被耦聯(lián)到該線形照明器，該纖維光纜被 配置為以單模傳輸形式來(lái)傳輸來(lái)自該光源的激光，并且線形照明器被配置為將 來(lái)自該光源的激光轉(zhuǎn)換為一條輻射線，該線形照明器包括一個(gè)準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器被安排為接收來(lái)自該光源的激 光，以及一個(gè)非球面透鏡，該非球面透鏡用于將來(lái)自該準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為 該輻射線；該聚焦裝置將該輻射線朝著一個(gè)平面而定向；并且該工作臺(tái)被配置用來(lái)將一個(gè)微陣列表面置于在該平面。
69. —種用于對(duì)一個(gè)微陣列成像的方法，包括 產(chǎn)生激光；通過(guò)一根單模纖維光纜將該激光傳輸?shù)揭粋€(gè)線形照明器；該纖維光纜被配置為以單模傳輸形式來(lái)傳輸來(lái)自光源的激光，并且該線形照明器被配置為將來(lái)自該光源的激光轉(zhuǎn)換為一條輻射線；該線形照明器包括一個(gè)準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直 器被安排為接收來(lái)自該光源的激光，以及一個(gè)非球面透鏡，該非球面透鏡用于 將來(lái)自該準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為該輻射線；并且用一個(gè)聚焦裝置定向該輻射線，其中該輻射線被定向到一個(gè)微陣列表面的一個(gè)平面上。
70. —種用于對(duì)一個(gè)微陣列成像的方法，包括 以第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)來(lái)產(chǎn)生激光；通過(guò)對(duì)應(yīng)的第一和第二單模纖維光纜將該第一和第二波長(zhǎng)的激光傳輸?shù)?對(duì)應(yīng)的線形照明器；各纖維光纜被配置為以單模傳輸形式來(lái)傳輸來(lái)自對(duì)應(yīng)光源 的激光，并且各線形照明器被配置為將來(lái)自對(duì)應(yīng)光源的激光轉(zhuǎn)換為一條輻射 線；各線形照明器包括一個(gè)準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器被安排為接收來(lái)自該光源的激光， 以及一個(gè)非球面透鏡，該非球面透鏡用于將來(lái)自該準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為該輻 射線；組合來(lái)自這些線形照明器的輻射線；用一個(gè)聚焦裝置定向這些組合的輻射線，其中該輻射線被定向到一個(gè)微 陣列表面的一個(gè)平面上，從而通過(guò)這些組合的輻射線來(lái)共焦地輻射該微陣列； 并且將從該微陣列返回的輻射定向到一個(gè)探測(cè)器上，該探測(cè)器被配置為產(chǎn)生 用于該微陣列分析的信號(hào)。
71. —種用于分析一個(gè)多位點(diǎn)陣列的方法，包括 同時(shí)探測(cè)該陣列的一個(gè)第一行中的一個(gè)第一多個(gè)位點(diǎn)；和 同時(shí)探測(cè)該陣列的一個(gè)第二行中的一個(gè)第二多個(gè)位點(diǎn)； 其中該第二行總體上平行于該第一行；其中當(dāng)經(jīng)過(guò)該第一和第二多個(gè)位點(diǎn)的最接近的邊緣時(shí)一個(gè)距離D將該第 一和第二行分開(kāi)，并且其中在每一該多個(gè)位點(diǎn)之中的相鄰位點(diǎn)的最接近的邊緣之間的距離大于D。
72. 權(quán)利要求71的方法，其中該陣列包括一個(gè)生物微陣列。
73. 權(quán)利要求71的方法，其中該陣列包括一個(gè)表面上的多個(gè)離散位點(diǎn)。
74. 權(quán)利要求71的方法，其中該第一多個(gè)位點(diǎn)是用一條輻射線來(lái)同時(shí)照射。
75. 權(quán)利要求74的方法，其中該輻射線被移動(dòng)經(jīng)過(guò)該陣列以便依次地 照射該第一多個(gè)位點(diǎn)和第二多個(gè)位點(diǎn)。
76. 權(quán)利要求74的方法，其中該第一多個(gè)位點(diǎn)被依次地用輻射來(lái)進(jìn)行 照射，并且其中來(lái)自這些位點(diǎn)的返回輻射在一個(gè)探測(cè)器上形成一條線。
77. 權(quán)利要求74的方法，其中該輻射線具有一個(gè)小于D的寬度。
78. 權(quán)利要求74的方法，其中該輻射線被沿著該第一和第二行被共焦 地定向到這些位點(diǎn)上。
79. 權(quán)利要求74的方法，其中該輻射線沿著在該多個(gè)位點(diǎn)上延展的一 個(gè)所希望的長(zhǎng)度上基本是連續(xù)的。
80. 權(quán)利要求71的方法，其中這些位點(diǎn)具有一個(gè)總體上對(duì)稱的形狀。
81. 權(quán)利要求71的方法，其中這些位點(diǎn)被安排在一個(gè)總體上的六角形 網(wǎng)格之中，并且其中該第一和第二行平行于該網(wǎng)格的行。
82. 權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括將來(lái)自這些位點(diǎn)的輻射返回到一 個(gè)探測(cè)器，該探測(cè)器產(chǎn)生用于位點(diǎn)分析的信號(hào)。
83. —種用于分析一個(gè)多離散位點(diǎn)的陣列的方法，包括 依次照射這些位點(diǎn)的一系列的行，每行以一條輻射線來(lái)照射； 其中在位點(diǎn)相鄰行的每一行中相鄰位點(diǎn)的最接近邊緣之間的距離大于穿過(guò)這些位點(diǎn)相鄰行中這些位點(diǎn)的最接近的邊緣的平行線之間的距離。
84. —種用于分析一個(gè)具有多離散位點(diǎn)的陣列的方法，包括(a) 用輻射來(lái)照射一個(gè)位點(diǎn)行；(b) 對(duì)于多個(gè)位點(diǎn)行重復(fù)步驟(a);并且 (C)將來(lái)自各位點(diǎn)行的輻射返回到一個(gè)探測(cè)器上，該探測(cè)器產(chǎn)生用于位點(diǎn)分析的信號(hào)；其中這些位點(diǎn)被布置在該陣列表面的一個(gè)非直邊網(wǎng)格中，從而使每一位 點(diǎn)行中的相鄰位點(diǎn)的最接近的邊緣之間的距離大于穿過(guò)該多個(gè)位點(diǎn)行的相鄰 行中的這些位點(diǎn)的最接近的邊緣的平行線之間的距離，并且其中由該探測(cè)器所探測(cè)的一幅圖像是在與沿著這些平行線的軸線正交的 軸線上是共焦的。85. —種用于分析一個(gè)多離散位點(diǎn)的陣列的系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為用來(lái) 同時(shí)探測(cè)該陣列的一個(gè)第一行中的一個(gè)第一多個(gè)位點(diǎn)；并且 同時(shí)探測(cè)該陣列的一個(gè)第二行中的一個(gè)第二多個(gè)位點(diǎn)； 其中該第二行總體上平行于該第一行；其中當(dāng)經(jīng)過(guò)該第一和第二多個(gè)位點(diǎn)的最接近的邊緣時(shí)一個(gè)距離D將該第 一和第二行分開(kāi)，并且其中每個(gè)該多個(gè)位點(diǎn)之中的相鄰位點(diǎn)的最接近的邊緣之間的距離是大于D。86. —種用于分析一個(gè)多離散位點(diǎn)陣列的系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為用來(lái) 依次照射這些位點(diǎn)的一系列的行，每行都以一條輻射線來(lái)照射； 其中這些位點(diǎn)的相鄰行的每行中的相鄰位點(diǎn)的最接近邊緣之間的距離是大于穿過(guò)這些相鄰位點(diǎn)行的這些位點(diǎn)的最接近的邊緣的平行線之間的距離。87. —種用于分析一個(gè)多離散位點(diǎn)陣列的系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為用來(lái)(a) 用一條輻射線來(lái)同時(shí)照射多個(gè)位點(diǎn)；(b) 對(duì)于多個(gè)位點(diǎn)行重復(fù)步驟(a);并且(c) 將來(lái)自每一個(gè)該多個(gè)位點(diǎn)的輻射返回到一個(gè)探測(cè)器上，該探測(cè)器產(chǎn)生用于分析這些位點(diǎn)的信號(hào)；其中這些位點(diǎn)被布置在該陣列表面的一個(gè)非直邊網(wǎng)格中， 其中在每一位點(diǎn)行中的相鄰位點(diǎn)的最接近的邊緣之間的距離是大于穿過(guò)該多個(gè)位點(diǎn)行的相鄰行中的這些位點(diǎn)的最接近的邊緣的平行線之間的距離，并且其中由該探測(cè)器所探測(cè)的一幅圖像在與沿著這些平行線的軸線正交的軸 線上是共焦的。88. —種用于分析一個(gè)多離散位點(diǎn)陣列的系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為用來(lái)(a) 用輻射來(lái)依次照射多個(gè)位點(diǎn)，其中所述位點(diǎn)被沿著一條線布置， 其中來(lái)自該多個(gè)位點(diǎn)的返回輻射在一個(gè)探測(cè)器上形成一條線；(b) 對(duì)于多個(gè)位點(diǎn)行重復(fù)步驟(a);并且(c) 將來(lái)自每一個(gè)該多個(gè)位點(diǎn)的輻射返回到一個(gè)探測(cè)器上，該探測(cè)器產(chǎn) 生用于分析這些位點(diǎn)的信號(hào)；其中這些位點(diǎn)被布置在該陣列表面的一個(gè)非直邊網(wǎng)格中， 其中在每個(gè)位點(diǎn)行中的相鄰位點(diǎn)的最接近的邊緣之間的距離是大于穿過(guò)該多個(gè)位點(diǎn)行的相鄰行中的這些位點(diǎn)的最接近的邊緣的平行線之間的距離，并且其中由該探測(cè)器所探測(cè)的一幅圖像在與沿著這些平行線的軸線正交的軸 線上是共焦的。
全文摘要
本發(fā)明提供用于以快速的掃描速率來(lái)獲取一個(gè)樣本的高分辨率圖像的成像方法和裝置。一個(gè)具有大于其垂直維度的一個(gè)水平維度的探測(cè)器陣列可以與被設(shè)置為將一個(gè)樣本的一個(gè)部分的一個(gè)矩形圖像定向在該矩形探測(cè)器陣列上的成像光學(xué)部件一起使用。一個(gè)掃描裝置可以被配置為用來(lái)在一個(gè)掃描軸線維度上掃描該樣本，其中用于該矩形探測(cè)器陣列的垂直維度與該圖像的兩個(gè)矩形維度中較短的一個(gè)是處在掃描軸線維度上，并且其中用于該矩形探測(cè)器陣列的垂直維度是足夠地短以便在一個(gè)單一的軸線上實(shí)現(xiàn)共焦。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101361015SQ200680051589
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
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