機(jī)械變焦成像裝置的制造方法
【專利說明】機(jī)械變焦成像裝置
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001 ] 本美國(guó)專利申請(qǐng)要求2013年7月29日提交的名為“MECHANICAL ZOOM IMAGINGAPPARATUS(機(jī)械變焦成像裝置)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/859，646的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用結(jié)合于此。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總地涉及成像領(lǐng)域以及用于成像生物學(xué)與化學(xué)測(cè)試和測(cè)定結(jié)果的裝置。更具體地，許多實(shí)施例針對(duì)一種用于以特別增大的放大率與分辨率觀察電泳凝膠、核酸印跡、蛋白質(zhì)印跡或類似的生物化學(xué)測(cè)試和測(cè)定。
發(fā)明背景
[0003]用來觀察、記錄和分析生物學(xué)與化學(xué)測(cè)試和測(cè)定的結(jié)果的儀器和裝置系統(tǒng)通常需要特定的放大率以充分地成像目標(biāo)。示例性測(cè)試和分析包括在化學(xué)和生物化學(xué)工業(yè)中廣泛使用的電泳凝膠、核酸印跡、蛋白質(zhì)印跡、熒光測(cè)試以及其他化學(xué)發(fā)光測(cè)試。在這樣的儀器中，成像裝置的焦點(diǎn)和放大率有關(guān)于適當(dāng)?shù)刈x出和分析相關(guān)測(cè)試。
[0004]然而，在這樣的儀器中，成像裝置的光學(xué)路徑以及在儀器中使用的透鏡的焦距可導(dǎo)致裝置復(fù)雜且在尺寸上效率低。此外，由化學(xué)發(fā)光測(cè)試所發(fā)出的光的強(qiáng)度可能相對(duì)較低，從而使得具有變焦透鏡的典型CCD相機(jī)的傳感器尺寸、讀噪聲、暗電流噪聲和/或透鏡速率不利地影響成像裝置的讀數(shù)。此外，可能難以獲得具有適用于這種儀器的充足靈敏度、焦距和透鏡速率的變焦透鏡。
[0005]因此，仍然需要提供一種成像儀器，其保持期望的放大率、調(diào)焦和成像能力，同時(shí)保持相對(duì)緊湊和有效率以便在化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以下提供了本發(fā)明的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化概述以提供對(duì)本發(fā)明的基本理解。該概述不是本發(fā)明的廣泛概覽。其不意在確定本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性元素或描述本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化的形式將本發(fā)明的一些實(shí)施例表達(dá)為下文表達(dá)的更詳細(xì)說明的序言。
[0007]成像組件的實(shí)施例包括:具有目標(biāo)區(qū)域的平臺(tái)、安裝在該目標(biāo)區(qū)域上方的相機(jī)和透鏡模塊，在該目標(biāo)區(qū)域中具有光學(xué)路徑和焦平面，其中相機(jī)和透鏡模塊可在垂直于目標(biāo)區(qū)域的平面的方向上移動(dòng)，從而使得相機(jī)和透鏡模塊的運(yùn)動(dòng)改變焦平面中的視場(chǎng)，并且其中該透鏡是具有固定焦距的定焦透鏡或是調(diào)焦透鏡。
[0008]進(jìn)一步實(shí)施例針對(duì)一種成像組件，其包括:具有目標(biāo)區(qū)域的平臺(tái)；安裝在該目標(biāo)區(qū)域上方的反射鏡，可在垂直于目標(biāo)區(qū)域的平面的方向上移動(dòng);相機(jī)和透鏡模塊，安裝在與反射鏡共享的水平面上的平臺(tái)上面，其中該相機(jī)和透鏡模塊可在垂直于目標(biāo)區(qū)域的平面的方向上移動(dòng)且還可在沿著相機(jī)和透鏡模塊與反射鏡之間的光學(xué)路徑的方向上移動(dòng)，其中該相機(jī)和透鏡模塊定向于該反射鏡從而使得相機(jī)和透鏡模塊的光路在目標(biāo)區(qū)域中具有焦平面，其中該反射鏡與相機(jī)和透鏡模塊在垂直于目標(biāo)區(qū)域的平面的方向上可同步移動(dòng)從而使得反射鏡與相機(jī)和透鏡模塊的移動(dòng)改變焦平面中的視場(chǎng)，且其中該透鏡是具有固定焦距的定焦透鏡或者是調(diào)焦透鏡。在這樣的實(shí)施例中，可相對(duì)于相機(jī)和透鏡模塊以45°角且相對(duì)平臺(tái)的平面來放置反射鏡。在進(jìn)一步實(shí)施例中，相機(jī)和透鏡模塊可被安裝在對(duì)角線框架上從而使得相機(jī)和透鏡模塊可同時(shí)在相對(duì)于反射鏡的水平方向上以及在相對(duì)于平臺(tái)的水平面的垂直方向上移動(dòng)。
[0009]成像組件的進(jìn)一步實(shí)施例被配置為對(duì)電泳凝膠、核酸印跡或蛋白質(zhì)印跡進(jìn)行成像。成像組件的一些實(shí)施例包括具有大約f/2.0、大約f/1.2、大約f/0.95、大約f/0.84、大約f/0.60或更大的透鏡速率的透鏡。在又進(jìn)一步實(shí)施例中，成像組件可包括樣本抽屜，其中可在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)放置和移動(dòng)樣本。
[0010]成像組件的進(jìn)一步實(shí)施例包括安裝到相機(jī)和透鏡模塊的至少一個(gè)冷卻風(fēng)扇，其不在與光路連通的位置上。一些實(shí)施例被配置為具有至少一個(gè)可彎曲管道，其與至少一個(gè)冷卻風(fēng)扇連通并將由冷卻風(fēng)扇移動(dòng)的空氣導(dǎo)出成像組件。其他實(shí)施例被配置為具有至少一個(gè)可伸縮管道，其與至少一個(gè)冷卻風(fēng)扇連通并將由冷卻風(fēng)扇移動(dòng)的空氣導(dǎo)出成像組件。
[0011]成像組件的一些實(shí)施例具有大約17cm到大約50cm之間的長(zhǎng)度的光路。在實(shí)施例中，成像組件光路可變化多達(dá)大約31cm。在一些實(shí)施例中，相機(jī)和透鏡模塊的視場(chǎng)具有從大約9cm到大約21 cm的寬度。
【附圖說明】
[0012]以下參考附圖詳細(xì)描述了本公開的說明性方面。
[0013]圖1是根據(jù)許多實(shí)施例的具有可調(diào)的相機(jī)和透鏡模塊與直線光路的成像組件的示意性不圖。
[0014]圖2A和2B是根據(jù)許多實(shí)施例的具有可調(diào)的相機(jī)和透鏡模塊與折疊光路的成像組件的示意性示圖。
[0015]圖3是根據(jù)許多實(shí)施例的具有可調(diào)節(jié)相機(jī)和透鏡模塊與折疊光路的成像組件的示意性不圖。
[0016]圖4A和4B是根據(jù)許多實(shí)施例的與成像組件的可調(diào)的相機(jī)和透鏡模塊結(jié)合使用的管道的示意性示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在本說明書中，出于解釋的目的，闡述了眾多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本文所公開的許多實(shí)施例的全面理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些也可實(shí)踐許多實(shí)施例。在其他情況下，以圖表或示意圖的形式示出了公知結(jié)構(gòu)和設(shè)備以避免使描述的實(shí)施例的基礎(chǔ)原理不清楚。
[0018]如本文所使用的，除非另外指出，術(shù)語“機(jī)械變焦”指的是固定或定焦透鏡(即具有固定焦距的透鏡)的移動(dòng)使得固定透鏡的焦平面貫穿空間區(qū)域移動(dòng)，并且因此使得固定透鏡的視場(chǎng)增大或減小，實(shí)際上增大或減小放大率。如本文所使用的，術(shù)語“光學(xué)變焦”僅指明顯指示變焦透鏡(即具有可變焦距和固定成像距離的CCD的透鏡組件)的變焦行為。相比之下，如本文所使用的，術(shù)語“調(diào)焦透鏡”指的是具有可變焦距的透鏡組件，但與變焦透鏡相比，該透鏡組件通過改變成像距離在焦距上實(shí)現(xiàn)相對(duì)較小的可變性而在視場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)相對(duì)較大的可變性。此外，如本文所使用的，短語“直線光路”指的是沒有被透鏡與目標(biāo)區(qū)域之間的任何反射鏡或其他反射、折射或偏轉(zhuǎn)介質(zhì)彎曲或折疊的光路，該目標(biāo)區(qū)域被具有該透鏡的相機(jī)觀察或成像。
[0019]在用于成像化學(xué)發(fā)光印跡的光學(xué)系統(tǒng)中，其中經(jīng)發(fā)射的光可具有如每厘米幾皮瓦(Pff/cm2) 一樣暗的強(qiáng)度，靈敏度與傳感器尺寸、讀噪聲、暗電流噪聲和透鏡速率有關(guān)。此外，在可存在多于一個(gè)發(fā)光源的應(yīng)用中，在光波長(zhǎng)之間可能存在串?dāng)_，所以對(duì)于成像這種樣本，準(zhǔn)確度和精確度是重要的。為了改進(jìn)靈敏度、準(zhǔn)確度和精確度，可增大傳感器尺寸和/或增大透鏡速率。然而，已知使用光學(xué)變焦透鏡的CCD相機(jī)不能提供充足的透鏡速率用來應(yīng)用的同時(shí)還具有對(duì)于實(shí)驗(yàn)室儀器的合理尺寸。此外，對(duì)于改進(jìn)的變焦透鏡靈敏度，有時(shí)期望具有大的CCD，然而，可購(gòu)買到的變焦透鏡不能滿足大規(guī)格傳感器靈敏度的同時(shí)還具有足夠快的透鏡速率。此外，具有變焦透鏡的儀器需要有意義的內(nèi)部光學(xué)結(jié)構(gòu)和相互作用，這使該儀器比具有較少透鏡和較少相互作用部件的裝置更加復(fù)雜并且易于機(jī)械故障。
[0020]固定或定焦透鏡趨向于比變焦透鏡更加緊湊和重量輕，并且更加容易實(shí)現(xiàn)較大和/或較寬最大孔徑(即，如快鏡)?？赏ㄟ^利用較小的調(diào)焦調(diào)整來移動(dòng)固定透鏡但仍將透鏡的焦平面保持在目標(biāo)區(qū)域而實(shí)現(xiàn)特定視場(chǎng)內(nèi)的機(jī)械變焦。由于工作距離(也被稱為成像距離)隨著透鏡的焦距的變化，圖像的放大率在機(jī)械變焦期間變化，這允許較小或較大視場(chǎng)的觀察?？墒褂镁哂泄潭ㄍ哥R的裝置的成像技術(shù)的廣泛范圍包括但不限于下列成像:考馬斯染色(Coomassie-stained)凝膠、化學(xué)發(fā)光的ELISA測(cè)定、焚光多重印跡測(cè)定以及其他生物發(fā)光的和/或化學(xué)發(fā)光的測(cè)試和測(cè)定。
[0021 ]在成像組件的一些實(shí)施例中，通過折疊相機(jī)和透鏡組件與目標(biāo)區(qū)域之間的光路減小并最小化成像組件所占用的空間，尤其在垂直方向上。最小化成像組件產(chǎn)品所占據(jù)的工作臺(tái)空間是有利于允許在實(shí)驗(yàn)室中的緊湊空間中使用裝置。在實(shí)施例中，成像組件的光路通過使用位于目標(biāo)區(qū)域上的反射鏡來折疊從而使得成像組件的高度降低大約從反射鏡中心到相機(jī)和透鏡模塊的距離。
[0022]在成像組件的實(shí)施例中，固定透鏡或透鏡組件沿軸的移動(dòng)或平移實(shí)現(xiàn)機(jī)械變焦，其中透鏡與觀察對(duì)象之間的距離的變化導(dǎo)致放大率與成像的視場(chǎng)的變化。在這樣的實(shí)施例中，附加的調(diào)焦可能需要用來獲得清晰的圖像。如與成像裝置的機(jī)械變焦或者變焦透鏡的光學(xué)變焦相比，根據(jù)需要調(diào)整的距離的比例，這種調(diào)焦是相對(duì)較小的。在實(shí)施例中，可通過“外部”調(diào)焦來實(shí)現(xiàn)圖像的較小調(diào)焦或精選，其中相對(duì)于成像傳感器移動(dòng)透鏡，但透鏡與觀察對(duì)象之間的距離保持相同。在可選實(shí)施例中，可通過使用調(diào)焦透鏡的“內(nèi)部”調(diào)焦來實(shí)現(xiàn)圖像的較小調(diào)焦或精選，其中透鏡組件的光學(xué)元件相對(duì)于彼此移動(dòng)以在狹窄的距離范圍中改變透鏡組件的焦距。在實(shí)施例中，調(diào)焦透鏡可將其焦距從大約二十五毫米(25.0mm)變化到大約二十七點(diǎn)五毫米(27.5mm)或二十八毫米(28.0mm)。在進(jìn)一步實(shí)施例中，調(diào)焦透鏡可將其焦距從大約二十毫米(20.0mm)變化到大約三十毫米(30.0mm)。
[0023]盡管本文公開的很多實(shí)施例總地針對(duì)具有緊湊形式要素的有效成像裝置以用于成像化學(xué)發(fā)光的或生物發(fā)光的樣本，本文描述的成像裝置也可被用于高靈敏度和緊湊成像組件將適合的或有利的應(yīng)用。
[0024]圖1是根據(jù)許多實(shí)施例的具有可調(diào)相機(jī)和透鏡