CN101080627A

CN101080627A - 多点检查装置

Info

Publication number: CN101080627A
Application number: CNA2005800433172A
Authority: CN
Inventors: D·J·W·克隆德; M·范赫佩恩; M·巴利斯特雷里; M·普林斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: EP1831672B1; CN101080627B; ATE412170T1; WO2006064465A3; WO2006064465A2; DE602005010611D1; EP1831672A2; JP2008524578A; US20100051788A1

Abstract

本发明涉及一种用于对存储在存储单元(300)的样本舱(303)中的样本材料进行检查的方法和装置。多点生成器MSG(100)和传输部分(200)在样本舱内产生样本光点(501)阵列。将在前向方向上离开存储单元(300)的输入光(504)映射到CCD阵列(401)上，并且对其进行测量以作为参考。此外，通过垂直于输入光(504)光路安置的第二个CCD阵列对样本舱(303)中激发的荧光(500)进行测量。

Description

多点检查装置

技术领域

本发明涉及用光点阵列对样本材料进行检查的方法和装置。

技术背景

从WO 02/097406已知一种用于检查生物样本材料的装置，其中用衍射器件将激光束分为多个激励束。将这些激励束导向存储有样本材料的平台，在该平台上用样本光点阵列激发荧光。为获得关于样本材料的样貌和/或数量的信息，用CCD阵列空间分辨地测量所述荧光。

发明内容

基于这种情况，本发明的目标是提供一种用光更精确检查样本材料的装置。

通过根据权利要求1的装置以及根据权利要求12的方法来达到该目标。在从属权利要求中公开了多个优选实施例。

根据本发明的第一个方面，本发明包括一种用光处理样本材料的装置。由于这种处理是专门用于检查样本材料的，所以后面也把该装置称为“检查装置”，这并不限制本发明的范围。此外，要从很一般的意义上来理解术语“样本材料”，其包括例如化学元素、化合物、生物材料(例如，细胞)和/或以上的混合物。该装置包括如下组件：

a)至少在一个方向上允许光通过的存储单元。这样，通过一个表面区域进入存储单元的“输入光”至少能够部分地通过另一个表面区域离开该单元，其中该输入光在该存储单元内潜在地会被折射和/或反射。该存储单元还包括样本舱，可以在该样本舱中提供在使用该装置期间进行处理的样本材料。该样本舱可以具有任意形状，包括例如分为多个隔间。通常它是空腔，可以用诸如生物分子水溶液的样本材料进行填充。在某些实施例中，样本层还可以包括探点(probe)，即可以固定样本材料的多个位置(分子)。

b)照明系统，用于产生所谓的“输入光”，并且用该输入光在存储单元的样本舱内产生“样本光点”阵列，特别是在样本舱的一个不同薄厚的薄“样本层”内产生样本光点阵列，该“样本层”例如与该样本舱的一个表面相邻。

c)“参考检测器”，用于测量超出样本光点传播的输入光，即通过存储单元的输入光。

d)“信号检测器”，用于测量在样本舱内产生的所定义的“信号光”。通常由样本材料产生所述信号光，其特别是由输入光激发的荧光。

前面所提到类型的检查装置具有两个主要优点：第一，在多个(样本)光点处同时检查该样本舱内的样本材料，其中分别在每个点上进行这些处理过程。这种并行性加速了整个处理过程，允许同时测量多个分析物，并且以更好的信噪比改善了精度。第二个优点是既测量了通过样本光点的输入光又测量了来自样本舱的信号光；这样可以将这两个测量值所包含的信息结合起来，找到相关性。例如，在荧光情况下，(荧光)信号光的数量取决于激励输入光的数量以及荧光团的数量。通过参考测量值已知了特定样本光点处的输入光数量，因此能更精确地确定荧光团的数量(通常这是检查者感兴趣的)。

根据一个优选实施例，存储单元包括包围了样本舱的透明载板和透明盖板。这两个板通常由玻璃或透明聚合物构成。

可以通过多种不同方式实现在样本舱中产生样本光点的照明系统。在优选实施例中，该照明系统首先包括一个用于产生“输入光”的多点发生器(后面缩写为MSG)。在MSG的输出侧以光点阵列的形式提供所述输入光，下面将其称为“源光点”，以便将它们与其它类型的光点区分开。该阵列可以是具有规则排列的源光点，例如，以矩形矩阵排列。此外，这些源光点可以特别地都具有(近似)相同的形状和强度。其次，该照明系统包括用于将输入光从MSG的源光点传输到存储单元、最终传输到样本光点的传输部分。下面结合本发明的优选实施例讨论MSG以及传输部分的几种实现。

将用于测量来自样本舱的信号光的信号检测器优选地安置在输入光的光路径以外。因为在这种情况下输入光不会直接到达信号检测器，所以可以不受干扰地对信号光进行测量，并改善信噪比。如果将该信号检测器垂直于输入光传播方向安置，则可以获得对输入光的最大屏蔽。

正如上所述，可以将上述装置应用于通过光点对样本材料进行的任何类型的处理。例如，可以将其用于引起样本光点中样本材料的化学反应。另外，很重要的一类应用的目标是检测、监控和/或测量来自样本层的信号，特别是测量由样本光点激发的荧光。对于这些应用来说，该装置至少包括一个例如由光电倍增管实现的信号检测器。优选地，该信号检测器和/或参考检测器至少包括一个诸如CCD阵列的检测单元阵列以及用于将样本光点映射到所述阵列上的光学系统。这样，把来自样本光点的信号光导向不同的检测单元，以便对这些样本光点进行空间分辨测量。可以用这种方式并行进行多个不同测量和/或多个相同类型的重复测量。

在很多情况下，例如在观测荧光时，样本舱内产生的信号光向四面八方传播。这样，可以在“前向方向”上对其进行检测，即在输入光从MSG传播到样本光点并超出后的相同方向上。相反情况，可以在“相反方向”，即与输入光传播方向相反的方向上，检测来自样本层的信号光。在相反方向上进行测量的优点是，大部分来自样本舱表面上样本层的信号光不必通过可能会增加噪声的样本舱。此外，因为在样本背后无光学器件或检测器，可以易于将样本与系统相连，而无需防止样本背面沾上例如灰尘，所以就样本处理而言，更优选相反方向上的测量。此外，可以在“垂直方向”，即垂直于输入光传播方向的方向上，对来自样本层的信号光进行检测。此外，上述设置的组合也是可能的，其包括了在“对角”方向(即，具有前向/反向和垂直方向上的分量)上的测量。

为了能在相反方向上测量信号光，该传输部分优选地包括一个(二色)分束镜，其将来自MSG的输入光导向存储单元，并将来自样本舱的信号光导向信号检测器。该分束镜可以特别包括对不同光波长有不同光学性能表现的二色组件，例如，传输第一波长的输入光同时反射其它波长的荧光的棱镜，反之亦然。

上述检查装置能通过多个样本光点对在样本舱的样本层中的一个区域进行检查。在某些情况下，所述检查区域不会覆盖整个样本层而只覆盖其中的一部分。为了在这些情况下能检查整个样本层，优选地使该装置相对于样本舱平移样本光点阵列。例如，可以通过扫描单元有选择地引导从MSG发出的光或通过移动MSG(或移动其组件，例如，光罩阵列)来达到这种平移。

根据上述允许样本光点移动的实施例的进一步发展，使该装置相对于样本层确定并重新定位样本光点的位置。这就使在样本层中某些位置处进行至少一次的重复测量成为可能，这样就获得了有关所述位置处随时间发展的额外信息。

当对样本舱的样本光点所发出信号光的传播进行更详细的分析时，可以发现因为某一部分信号光在存储单元的外侧发生全内反射(TIR)从而不会离开该存储单元，所以将会损失该部分光，使其不被检测到。文献中将这种光称为“SC-模式”的光(详情见WO02/059583 A1，将其作为参考合并于本说明书中)。根据本发明的优选实施例，在存储单元外侧提供有多个衍射结构，其中所述结构适于引出SC-模式的信号光，即在普通(平滑)外侧会发生全内反射的、来自存储单元内的光。由于充分利用了SC-模式，所以可以显著提高信号增益。

有几种方式可以实现适合于该检查装置的多点发生器MSG。该MSG可以优选地包括振幅光罩、相位光罩、全息光罩、衍射结构、(微)透镜阵列、垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列和/或用于在MSG输出测产生源光点阵列的多模式干涉仪(MMI)。

在本发明的优选实施例中，MSG包括用于产生主光束的(单一)光源以及用于在MSG输出侧将主光束分为源光点阵列的光学倍增单元。例如，可以通过下面更详细说明的MMI来实现该倍增单元。分割主光束的优点是只需一个光源(或少数几个光源)，并且所产生的源光点自动具有相同的特征(波长、形状、强度等)。

在本发明另一优选实施例中，用MSG产生相干光的源光点阵列，其中所述光进一步传播时产生了Talbot图案。由于Talbot效应的自成像特点，在特定距离处周期性地再生源光点，这使得可以在样本舱内生成它们的图像。这种应用Talbot效应的优点是传输部件只需最少的光学器件(透镜)。对于相干源光点的生成来说，MSG可以具体包括一个相干光源。

本发明还包括用光处理样本材料的方法，包括如下步骤：

a)通过“输入光”产生多个样本光点的阵列，其中所述样本光点位于包含有要处理的样本材料的样本舱中。

b)测量超出样本光点进行传播的输入光，其中该测量值可以作为参考值。

c)测量样本舱中产生的信号光，其中所述检测的结果可以只是一个二进制值(检测到/未检测到)或所测量光量的连续值。所述信号光可以具体是由输入光激发的、来自样本材料的荧光。此外，为了确保不受输入光的干扰，优选在输入光的光学路径之外测量该信号光。

总体上，本方法包括能够用上述类型的检查装置执行的步骤。因此，可以参考先前的说明得到有关该方法的细节、优点和改进的更多信息。

根据本方法的优选实施例，通过Talbot效应产生相干光的源光点阵列，光传播自该阵列。由于Talbot效应的自成像特点，如果在Talbot距离或其倍数处安置样本舱，那么可以用最少的光学器件在样本舱中产生源光点阵列的图像。

具体可以通过相应光束的阵列来产生样本光点，其中优选通过分裂主光束来生成所述光束。通过这种方式，可以很容易产生多个相同的、具有所需特征的光束。

为了提高信号增益，将由于TIR不能离开存储单元的、样本舱中样本材料发出的光(即，所谓SC模式的光)通过衍射引出存储单元。

该方法的进一步发展是用样本光点阵列扫描样本舱为特点，其中该阵列的相同位置至少再生一次。这样，在样本舱的不同位置可以进行任意次重复处理。在具体应用中，这可以用于检测样本舱中所占用的结合位点(binding sites)，优选地用于检测样本舱中绑定到探点的荧光标记元素。这种情况下，该方法包括以样本光点阵列扫描样本舱并用信号检测器检测例如荧光的目标特定响应。如果选取的样本光点尺寸足够小，扫描速度足够快，并且结合位点的浓度低，那么在同一时刻只会照射到一个占用的结合位点。如果在重复扫描所述位置时观察到了目标特定响应，则将样本舱中的该位置归为一个占用的结合位点。这种重复扫描尤其可以区分特定的和非特定的结合。

附图说明

下面借助所附各图以示例的方式说明本发明，附图如下：

图1示出了根据本发明的检查装置的侧视图；

图2示出了沿II-II线截取图1装置的样本舱的垂直截面图；

图3示出了通过Talbot效应产生和传播多个光点；

图4示出了具有分束镜和用于捕获SC-模式荧光的装置的检查装置；

图5示出了将通过样本的多光点阵列进行扫描的扫描单元的设置。

具体实施方式

应注意到，各图并不是按照比例绘制的，可以将不同的图和实施例中所公开的特征任意组合在根据本发明的检查装置中。

例如，在(生物)化学化验中，将分子/样本的荧光用于测量分子在溶液中的浓度或用于检测结合事件(例如，分子在层上的黏连)。理想情况下，人们会趋向于使用感应阵列，因为根据结合层(bondinglayer)和激励光的属性，感应阵列能测量多种情况、分子的种类以及分子的位置。本发明提出了这种需求，尝试同时在三方面有所改进：分析性能(灵敏性、种别性以及速度)，便于使用(鲁棒性、集成度)以及成本。

图1示出了根据本发明的检查装置的一种示例性设置。所述检查装置基本上包括四个组件或子系统：

-用于在其输出侧生成多个源光点510阵列的多点发生器100(以下缩写为“MSG”)。所述源光点510的形状通常(近似)为圆形，其直径从各自波长的一半(例如，0.3μm)到100μm。此外，两个相邻点510之间的距离通常处于相同的范围。

-用于将“输入光”从源光点510传输到含有样本的存储单元300的传输部分200。虽然原则上该传输部分可以简单地是充有空气或其它媒介的空间，但其通常包括专门的光学组件，以获得所期望的、从源光点510到样本中(一维)样本光点阵列501的输入光传输。

-前面提到的用于存储和保存被检查样本材料的存储单元300。虽然原则上可以用多种方式实现该存储单元300，但是大部分实现都会包括图1所示的组件。这些组件是：(i)对于MSG 100产生的输入光透明的衬底或载体301，例如可以是玻璃板；(ii)可以用含有样本材料的液体(例如，生物分子水溶液)进行填充的样本舱303；(iii)样本舱303后相连的盖板304，其也可以由类似玻璃的透明材料构成(在存储单元的其它实施例中，可以没有盖板)。载板301的与样本舱303接触的一侧是所谓的“样本侧”，与该样本侧相接的样本舱303的薄层构成所谓的“样本层”302，通常在该层中对样本材料进行检查。为了进行这种检查，将MSG 100产生的源光点510映射到样本舱303内的“样本光点”501。例如，这些样本光点501的光可以激发样本材料的荧光，在前向方向(向图1右方)、反向方向(向图1左方)以及横向(垂直于图1画面)(同向或异向地)发射荧光信号光500。

-用于对来自样本舱303的光进行测量的检测器系统。该检测器系统包括用于对超出样本光点501在前向方向上传播的输入光504进行检测的“参考检测器”401以及用于在横向方向(即，垂直于图1画面)上检测信号光500的“信号检测器”402(图2)。

MSG 100可以具体包括将主光束输入到分束单元中的(相干)光源101，该分束单元将主光束分裂或复制到MSG 100输出侧的(相同的或类似的)源光点阵列510中。在图1所示情况中，通过多模式干涉仪MMI 106实现分束单元。MMI由多模式光波导组成。在多模式波导部分的各个模式中将(优选单模式)输入波导或输入点的光分开。在给定的MMI横截面上，MMI模式之间的强度分布是周期性干涉图案。

通过使MMI 106可调，可以避免MMI波长相关性带来的问题。可以通过改变各模式的传播常量来调节MMI输出侧的强度图案。通过调节MMI，也可以选择MMI输出侧的点数，并且将这些点的位置与样本层或传输部分200中的光学器件相匹配。因为在第一次近似中一个点内的总功率与点数成反比例，所以也可以改变/优化激励功率，从而优化测量值的信噪比。

例如，图1所示的MMI 106可以产生5个点的一维(N×1)阵列，其具有下列参数：

折射率：中心(1.6)；背景(1.5)；

宽度：中央输入波导(2μm)；MMI部分(20μm)；

长度：用于产生1×5点的MMI部分(135μm)；

自成像距离(图像在该距离重复)：5417μm；

MMI支持的模式数：22。

精确产生多点510要求MMI足够宽(越宽，MMI支持的模式越多)。根据经验，MMI支持的模式数应该至少为(点数+1)。MMI宽度的增加提高了图像质量，但是也增加了所需长度；自成像距离十分近似地二次(quadratically)取决于MMI的宽度。

通过适当地MMI设计，也可以产生二维(N×M)点阵列。应该注意的是多点的产生是基于干涉的，并且原则上可以无显著损失地产生。MMI的另一个优点是，它是相对简单的方法，其不需要透镜和周期结构的调准。

关于MMI原理的更多细节可以见文献(例如，R.M.Jenkins等，Appl.Phys.Lett.，第64卷，第684页，1994；M.Bachman等，Appl.Opt.，第33卷，第3905页，1994；L.B.Soldano和E.C.M.Pennings，J.Lightwave Technol.，第13卷，第615页，1995)。

通过准直仪微透镜202以及聚焦(微)透镜204将出现在MSG 100输出侧的源光点510阵列映射到样本舱303的样本层302中的样本光点501上。优选地，载板301具有与聚焦透镜204相同的折射率，以避免在这两个组件界面处发生反射。这里以及下面可以使用单一(微)透镜来代替微镜阵列(例如，202)，反之亦然。

如图1所示检查装置的主要优点是：

-同时/并行激发整个阵列。

-同时/并行检测整个阵列的荧光。

-同时/并行测量传输的输入光，作为整个阵列中的参考。

-没有移动器件，使该设计潜在地便宜且稳定。

-当采用合适的检测方案时能够容易地分开激励光和荧光，具有产生高信噪比的潜力。

图2示出了沿虚线II-II通过图1装置样本舱303的截面。样本光点501中激发的荧光500(也)垂直于输入光的传播方向进行传播。在横向方向上离开样本舱303后(注意，该图中未示出所述舱的侧壁)，所述信号光500通过透镜404进行准直，并通过聚焦透镜405聚焦到信号检测器402的CCD阵列上，其中可以用空间分辨方式来测量样本光点501的发射。

图3示出了将输入光从MSG传输到样本的优选方式，其中，出现在MSG 100输出侧的源光点510最终在样本层302中产生样本光点501。通过Talbot效应，即通过由准直后的干涉光束照亮的规则图案(在这种情况下为源光点510的阵列)的自成像，来进行传输。

为了产生Talbot效应，MSG 100包括用于产生准直的干涉光束的光源101。所述干涉光照亮了振幅光罩102(例如，具有周期d＝20μm，开关率(open closed ratio)为50％)，该振幅光罩102产生源光点510的规则图案。也可以通过其它方式产生点510阵列，例如，通过多模式干涉仪(MMI)、衍射结构、(微)透镜阵列或VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列。源光点510通过干涉产生Talbot强度图案201，其通过中间距离传播进入存储单元300的组件(玻璃，水)。Talbot效应的特点是，以取决于设置参数的所谓自成像距离或Talbot距离来周期性地再生源光点510的强度图案。如果对周期为d的光栅102进行相干照明，则在光栅后N(2d²/λ)距离处出现图像，其中N为整数，λ是光的波长。通过适当选择成像参数，这样就有可能在载体301的样本侧产生源光点510阵列的图像。对于Talbot效应的详细讨论，可以参考文献(参见A.W.Lohmann和J.A.Thomas，Appl.Opt.，第29卷，第4337页，1990；W.Klaus，Y.Arimoto和K.Kodate，Appl.Opt.，第37卷，第4357页，1998；J.W.Goodman，Fourier Optics，McGraw-Hill，New York，第4章，1996)。

也可以通过相位或全息光罩来产生该多个源光点(其大约在Talbot距离的60％处再生)。

上面提到的自成像应用的重要优点是，它使传输部分200中诸如透镜的光学组件数量最少，使其成为简单而强健的设计。

可以用不同于图1所示的配置获得对样本光点501处被激发荧光的观测。这样，图4示出了在相反方向上测量荧光的实施例。正如图1装置所示，对MSG 100产生的源光点进行准直，并且通过透镜(未示出)聚焦在样本层302中的样本光点501处。与图1相比，将由两个棱镜或光楔206、207组成的二色分束镜安置在MSG 100和存储单元300之间。该分束镜具有可以传输输入光504并反射荧光的涂层。当然，本发明也不排除其它用于将激励光和荧光分开的装置。

样本层302中被激励分子发出的荧光在相反方向(即，与激励光相对的方向)上通过载板301以及右光楔207进行传播。在所述光楔207的斜面上，将该荧光直角反射到聚焦透镜404，该透镜404将该荧光映射到CCD阵列402上。这样，可以分开测量该荧光，而不会受到激励光504的干扰。

正如WO 02/059583 A1中详细讨论的，可以根据样本层302中激发的荧光在相邻材料中的传播表现，将该荧光再分到不同的组件或模式中。这里尤其感兴趣的一个模式是所谓的SC-模式，其包括以在载板301的(平坦)外侧上被完全内反射这样的角度、从样本层302传播进入玻璃载体301中的所有荧光。这样，对于检测处理，SC-模式的光通常会损失掉。

为了使这种光能够用于检测目的，从WO 02/059583 A1可知，在载体301外侧提供了衍射光栅305。该光栅的作用是，将SC-模式的光引出玻璃载体301，使其按照图4(为清楚起见，未示出其它模式的光)中高亮标记的光束505、506在相反方向上传播。这些SC-模式的光在分束镜的二色棱镜207的背面进行反射，并由聚焦透镜404投影到检测器设备402上。

图5示意性示出了具有在光学路径中MSG 100之后的扫描单元205的检查装置实施例。借助该扫描单元205，可以将MSG产生的源光点阵列导向存储单元300中样本层302的不同子区域。

当以单一光点激励样本材料时，例如，通过使用固定样本之上的、CD/DVD播放器的移动光学读取单元(OPU)来进行激励时，最大荧光激励功率受饱和荧光强度限制。通过使用额外可用的激光功率来应用作为本发明主题的多点方法，可以降低测量时间和/或提高敏感度。在这种情况下，可以用简单且成本有效的方式来进行多点生成和扫描，并且优选无移动器件。

因为Talbot效应允许无需借助透镜在周期性距离上对(周期性)传播点阵列进行成像，所以达到上述目标解决办法的第一步包括使用Talbot效应(参见图3)。通过这种方式，只需要扫描相邻点跨越的区域，来探寻整个采样层。例如，可以使用包括诸如透镜或反射镜的移动光学器件的动态扫描单元205来扫描多点。

将多光点阵列移动通过样本的另一可能方式是扫描MSG。例如，如果在MSG中使用图3所示的孔阵列102，则为了移动样本光点501只需移动这些孔。该实施例不需要移动透镜。

图5的检查装置的特点是在扫描光学装置中对平行点进行单事件检测。单事件检测需要能被传感器检测到的某个最小辐射功率和能量。下面部分详细阐述对功率条件的选择。

通过荧光寿命τ_荧光、吸收截面σ_吸收以及荧光量子效率φ，可以大致将荧光团分为不同的组(参见(S.W.Hell和J.Wichmann，Opt.Lett.19，780，1994))。

例如，Cyanine，Alexa，荧光素：τ_荧光～1-5ns，σ_吸收～10^-16cm²，φ＝0.5-1。

例如，Ru，Ir：τ_荧光～1μs，σ_吸收～10^-16cm²，φ＝0.1-0.8。

例如，Eu，Tb：τ_荧光～1ms，σ_吸收＜＜10^-16cm²，φ＝0.1-0.5。

圆珠，例如，200nm直径：σ_吸收～10^-12-10^-14cm²。

量子点：σ_吸收～10^-15-10^-16cm²。

饱和荧光激励强度是

其中h为Planck常数，c为光速，λ为吸收光的波长。对于0.2μm²表面积(对应于0.6NA和650nm的DVD光学读取单元光点尺寸)来说，可以有从几个μW直到几个mW的饱和荧光激励强度I_S。这样，取决于所用的荧光团和最大可用激光功率(例如，在样本处为100mW)，可以并行使用从一些(2-100)直到许多个(100-100000)Talbot点，来扫描感应阵列。

可以在向前和向后(反向)传播方向上检测由传播Talbot点激励的荧光。

图5示出了前向荧光检测方案。可以通过不同的光学组件来产生Talbot点，例如具有开关部件的光罩、多模式干涉仪、用于产生点阵列的衍射结构、透镜阵列或VCSEL阵列。通过在横向方向上扫描多点光源，可以获得对在样本层302上的Talbot点的扫描。在MSG 100后面的扫描单元205允许扫描Talbot点。存储单元300的样本层302位于第一个Talbot平面中。由衍射极限来确定最小点尺寸。

使用存储单元300另一侧的滤波器405来将红移荧光500与输入光504隔离开，使用消色差透镜403将输入光504成像在像素化参考检测器401上。

可以通过一些点(例如，多点阵列四个角上的点)来产生用于聚焦和跟踪的伺服信号。可以将水面反射的信号用于聚焦和倾斜补偿。可以将来自样本各角处的凹槽(pregroove)的推拉信号用于跟踪。可以使用具有三个自由度的样本致动器来优化光源和样本之间的距离以及这两部分之间的倾斜。

因为荧光发射是各向同性的，可以如图1或图4中所示分别在横向或后向方向上对该荧光进行检测。在图4所示的实施例中，需要二色分束镜来将后向荧光导向检测器。优选地选择二色分束镜的长度，使得分束镜的输出成为输入的Talbot图像(忽略像差)。在这种情况下，分束镜的输入面应处于产生输入点阵列的Talbot图像的平面，并且载体301的样本侧应处于产生分束镜输出的Talbot图像的平面。只要载体301样本侧的图像是输入点阵列的Talbot图像(忽略像差)，分束镜输入和输出面并非Talbot平面的其它配置也是有可能的。

对于大小为1×1mm²的感应阵列来说，二色分束镜的大小约为1mm。对于点节距为20μm、波长为500nm的情况，(空气中)距第一个Talbot平面的距离为1.6mm。在该示例情况中，将用50×50个Talbot点同时扫描1×1mm²的感应阵列。

最后要指出的是，当前应用中术语“包括”不排除其它组成部分或步骤，“一个”不排除多个，并且单个处理器或其它单元可以完成几个装置的功能。本发明存在于每个或任何新颖特征、以及每个和任何这些特征的组合中。此外，对本发明各图以及优选实施例的上述说明是想进行说明而不是限制本发明，不应将权利要求中的参考标号解释为限制其范围。

参考标号列表：

100 多点生成器MSG

101 (相干)光源

102 光罩

106 多模式干涉仪MMI

200 传输部分

201 Talbot图案

202 准直仪微透镜

204 聚焦透镜

205 扫描单元

206 二色分束镜的棱镜

207 二色分束镜的棱镜

300 存储单元

301 载板

302 样本层

303 样本舱

304 盖板

305 衍射结构

401 参考检测器

402 信号检测器

403 聚焦透镜

404 聚焦透镜

405 滤波器

500 信号光(荧光)

501 样本光点

504 输入(激励)光

505 SC-模式下的荧光

506 SC-模式下的荧光

510 源光点

Claims

1、一种利用光对样本材料进行处理的装置，包括：

a)存储单元(300)，其允许输入光(504)通过，并包括可在其中提供样本材料的样本舱(303)；

b)照明系统(100、200)，其用输入光(504)在所述样本舱(303)内产生样本光点(501)阵列；

c)参考检测器(401)，其对超出所述样本光点(501)传播的输入光(504)进行测量；

d)信号检测器(402)，其对所述样本舱(303)中产生的信号光(500)进行测量。

2、如权利要求1所述的装置，其特征是，所述存储单元(300)包括包围样本舱(303)的透明载板(301)和透明盖板(304)。

3、如权利要求1所述的装置，其特征是，所述照明系统包括：

多点发生器MSG(100)，用于以源光点(510)阵列的形式在其输出侧产生输入光；以及

传输部分(200)，用于将输入光(504)从所述源光点(510)传输到所述样本光点(501)。

4、如权利要求1所述的装置，其特征是，将所述信号检测器(402)安置在所述输入光(504)的光路外，优选地垂直于所述输入光(504)的传播方向。

5、如权利要求1所述的装置，其特征是，所述参考检测器(401)和/或所述信号检测器(402)包括：

检测单元阵列，特别是CCD阵列；以及

用于将所述样本光点(501)映射到所述阵列上的光学系统(403、404、405、406)。

6、如权利要求3所述的装置，其特征是，所述传输部分(200)包括：

分束镜，其将输入光(504)从所述MSG(100)导向所述存储单元(300)，并且将信号光从所述样本舱(303)导向所述信号检测器(402)。

7、如权利要求1所述的装置，其特征是，优选地通过扫描单元(205)选择性地引导由所述MSG(100)产生的输入光，来相对于所述样本舱(303)平移所述样本光点(501)阵列。

8、如权利要求1所述的装置，其特征是，在所述存储单元(300)的至少一个外表面上提供衍射结构(305)，其用于导出在没有这种结构的情况下会被完全内反射的信号光(505、506)。

9、如权利要求3所述的装置，其特征是，所述MSG(100)包括振幅光罩(102)、相位光罩、全息光罩、衍射结构、微透镜阵列、VCSEL阵列和/或多模式干涉仪(106)，用于在所述MSG(100)输出侧产生源光点(510)阵列。

10、如权利要求3所述的装置，其特征是，所述MSG(100)包括：

用于产生主光束的光源(101)；以及

光学倍增单元，特别是多模式干涉仪(106)，用于将主光束分裂成所述MSG(100)输出侧的源光点(510)阵列。

11、如权利要求3所述的装置，其特征是，所述MSG(100)产生相干光的源光点(510)阵列，所述相干光产生了Talbot图案(201)。

12、一种利用光处理样本材料的方法，包括

a)产生输入光(504)，并且借助于所述输入光，在包含有所述样本材料的样本舱(303)中产生多个样本光点(501)的阵列；

b)对超出所述样本光点(501)传播的输入光(504)进行测量；

c)对在所述样本舱(303)中产生的所述信号光(500)进行测量。

13、如权利要求12所述的方法，其特征是，所述输入光(504)激发所述样本材料的荧光(500)。

14、如权利要求12所述的方法，其特征是，在所述输入光(504)的光路以外测量所述信号光(500)。