机械变焦成像装置的制造方法
【专利说明】机械变焦成像装置
相关申请的交叉引用
[0001 ] 本美国专利申请要求2013年7月29日提交的名为“MECHANICAL ZOOM IMAGINGAPPARATUS(机械变焦成像装置)”的美国临时专利申请N0.61/859，646的优先权，该申请通过引用结合于此。
发明领域
[0002]本发明总地涉及成像领域以及用于成像生物学与化学测试和测定结果的装置。更具体地，许多实施例针对一种用于以特别增大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。
发明背景
[0003]用来观察、记录和分析生物学与化学测试和测定的结果的仪器和装置系统通常需要特定的放大率以充分地成像目标。示例性测试和分析包括在化学和生物化学工业中广泛使用的电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、荧光测试以及其他化学发光测试。在这样的仪器中，成像装置的焦点和放大率有关于适当地读出和分析相关测试。
[0004]然而，在这样的仪器中，成像装置的光学路径以及在仪器中使用的透镜的焦距可导致装置复杂且在尺寸上效率低。此外，由化学发光测试所发出的光的强度可能相对较低，从而使得具有变焦透镜的典型CCD相机的传感器尺寸、读噪声、暗电流噪声和/或透镜速率不利地影响成像装置的读数。此外，可能难以获得具有适用于这种仪器的充足灵敏度、焦距和透镜速率的变焦透镜。
[0005]因此，仍然需要提供一种成像仪器，其保持期望的放大率、调焦和成像能力，同时保持相对紧凑和有效率以便在化学和生物实验室中使用。
【发明内容】
[0006]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。
[0007]成像组件的实施例包括:具有目标区域的平台、安装在该目标区域上方的相机和透镜模块，在该目标区域中具有光学路径和焦平面，其中相机和透镜模块可在垂直于目标区域的平面的方向上移动，从而使得相机和透镜模块的运动改变焦平面中的视场，并且其中该透镜是具有固定焦距的定焦透镜或是调焦透镜。
[0008]进一步实施例针对一种成像组件，其包括:具有目标区域的平台；安装在该目标区域上方的反射镜，可在垂直于目标区域的平面的方向上移动;相机和透镜模块，安装在与反射镜共享的水平面上的平台上面，其中该相机和透镜模块可在垂直于目标区域的平面的方向上移动且还可在沿着相机和透镜模块与反射镜之间的光学路径的方向上移动，其中该相机和透镜模块定向于该反射镜从而使得相机和透镜模块的光路在目标区域中具有焦平面，其中该反射镜与相机和透镜模块在垂直于目标区域的平面的方向上可同步移动从而使得反射镜与相机和透镜模块的移动改变焦平面中的视场，且其中该透镜是具有固定焦距的定焦透镜或者是调焦透镜。在这样的实施例中，可相对于相机和透镜模块以45°角且相对平台的平面来放置反射镜。在进一步实施例中，相机和透镜模块可被安装在对角线框架上从而使得相机和透镜模块可同时在相对于反射镜的水平方向上以及在相对于平台的水平面的垂直方向上移动。
[0009]成像组件的进一步实施例被配置为对电泳凝胶、核酸印迹或蛋白质印迹进行成像。成像组件的一些实施例包括具有大约f/2.0、大约f/1.2、大约f/0.95、大约f/0.84、大约f/0.60或更大的透镜速率的透镜。在又进一步实施例中，成像组件可包括样本抽屉，其中可在目标区域内放置和移动样本。
[0010]成像组件的进一步实施例包括安装到相机和透镜模块的至少一个冷却风扇，其不在与光路连通的位置上。一些实施例被配置为具有至少一个可弯曲管道，其与至少一个冷却风扇连通并将由冷却风扇移动的空气导出成像组件。其他实施例被配置为具有至少一个可伸缩管道，其与至少一个冷却风扇连通并将由冷却风扇移动的空气导出成像组件。
[0011]成像组件的一些实施例具有大约17cm到大约50cm之间的长度的光路。在实施例中，成像组件光路可变化多达大约31cm。在一些实施例中，相机和透镜模块的视场具有从大约9cm到大约21 cm的宽度。
【附图说明】
[0012]以下参考附图详细描述了本公开的说明性方面。
[0013]图1是根据许多实施例的具有可调的相机和透镜模块与直线光路的成像组件的示意性不图。
[0014]图2A和2B是根据许多实施例的具有可调的相机和透镜模块与折叠光路的成像组件的示意性示图。
[0015]图3是根据许多实施例的具有可调节相机和透镜模块与折叠光路的成像组件的示意性不图。
[0016]图4A和4B是根据许多实施例的与成像组件的可调的相机和透镜模块结合使用的管道的示意性示图。
【具体实施方式】
[0017]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。
[0018]如本文所使用的，除非另外指出，术语“机械变焦”指的是固定或定焦透镜(即具有固定焦距的透镜)的移动使得固定透镜的焦平面贯穿空间区域移动，并且因此使得固定透镜的视场增大或减小，实际上增大或减小放大率。如本文所使用的，术语“光学变焦”仅指明显指示变焦透镜(即具有可变焦距和固定成像距离的CCD的透镜组件)的变焦行为。相比之下，如本文所使用的，术语“调焦透镜”指的是具有可变焦距的透镜组件，但与变焦透镜相比，该透镜组件通过改变成像距离在焦距上实现相对较小的可变性而在视场上实现相对较大的可变性。此外，如本文所使用的，短语“直线光路”指的是没有被透镜与目标区域之间的任何反射镜或其他反射、折射或偏转介质弯曲或折叠的光路，该目标区域被具有该透镜的相机观察或成像。
[0019]在用于成像化学发光印迹的光学系统中，其中经发射的光可具有如每厘米几皮瓦(Pff/cm2) 一样暗的强度，灵敏度与传感器尺寸、读噪声、暗电流噪声和透镜速率有关。此外，在可存在多于一个发光源的应用中，在光波长之间可能存在串扰，所以对于成像这种样本，准确度和精确度是重要的。为了改进灵敏度、准确度和精确度，可增大传感器尺寸和/或增大透镜速率。然而，已知使用光学变焦透镜的CCD相机不能提供充足的透镜速率用来应用的同时还具有对于实验室仪器的合理尺寸。此外，对于改进的变焦透镜灵敏度，有时期望具有大的CCD，然而，可购买到的变焦透镜不能满足大规格传感器灵敏度的同时还具有足够快的透镜速率。此外，具有变焦透镜的仪器需要有意义的内部光学结构和相互作用，这使该仪器比具有较少透镜和较少相互作用部件的装置更加复杂并且易于机械故障。
[0020]固定或定焦透镜趋向于比变焦透镜更加紧凑和重量轻，并且更加容易实现较大和/或较宽最大孔径(即，如快镜)。可通过利用较小的调焦调整来移动固定透镜但仍将透镜的焦平面保持在目标区域而实现特定视场内的机械变焦。由于工作距离(也被称为成像距离)随着透镜的焦距的变化，图像的放大率在机械变焦期间变化，这允许较小或较大视场的观察。可使用具有固定透镜的装置的成像技术的广泛范围包括但不限于下列成像:考马斯染色(Coomassie-stained)凝胶、化学发光的ELISA测定、焚光多重印迹测定以及其他生物发光的和/或化学发光的测试和测定。
[0021 ]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减小并最小化成像组件所占用的空间，尤其在垂直方向上。最小化成像组件产品所占据的工作台空间是有利于允许在实验室中的紧凑空间中使用装置。在实施例中，成像组件的光路通过使用位于目标区域上的反射镜来折叠从而使得成像组件的高度降低大约从反射镜中心到相机和透镜模块的距离。
[0022]在成像组件的实施例中，固定透镜或透镜组件沿轴的移动或平移实现机械变焦，其中透镜与观察对象之间的距离的变化导致放大率与成像的视场的变化。在这样的实施例中，附加的调焦可能需要用来获得清晰的图像。如与成像装置的机械变焦或者变焦透镜的光学变焦相比，根据需要调整的距离的比例，这种调焦是相对较小的。在实施例中，可通过“外部”调焦来实现图像的较小调焦或精选，其中相对于成像传感器移动透镜，但透镜与观察对象之间的距离保持相同。在可选实施例中，可通过使用调焦透镜的“内部”调焦来实现图像的较小调焦或精选，其中透镜组件的光学元件相对于彼此移动以在狭窄的距离范围中改变透镜组件的焦距。在实施例中，调焦透镜可将其焦距从大约二十五毫米(25.0mm)变化到大约二十七点五毫米(27.5mm)或二十八毫米(28.0mm)。在进一步实施例中，调焦透镜可将其焦距从大约二十毫米(20.0mm)变化到大约三十毫米(30.0mm)。
[0023]尽管本文公开的很多实施例总地针对具有紧凑形式要素的有效成像装置以用于成像化学发光的或生物发光的样本，本文描述的成像装置也可被用于高灵敏度和紧凑成像组件将适合的或有利的应用。
[0024]图1是根据许多实施例的具有可调相机和透镜