CN101868752A - 用于利用线束照射样本的光学照射装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

用于利用线束照射样本的光学照射装置

技术领域

本发明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。

背景技术

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，比如细菌和病毒。

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。

本发明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(＜1μm)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x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。

发明内容

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。本发明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。

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。

依照本发明的第一方面，提供了一种用于利用线束照射样本的光学系统。

本发明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，本发明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：

$\frac{\mathrm{NA}({M_x}^2-{M_y}^2)}{\sqrt{1-{\mathrm{NA}}^2/n^2}{M}^2}$

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M_x和M_y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发明。

依照本发明的第二方面，提供了一种结合了依照本发明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。

依照本发明的第三方面，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。

依照本发明的第四方面，提供了一种使用本发明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发明的实例，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CD/DVD光学拾取装置；

图3示出了使用本发明的光学扫描装置的共焦扫描仪的第一实例；

图4示出了使用本发明的光学扫描装置的共焦扫描仪的第二实例；以及

图5a-5c示出了本发明的光学扫描装置的另外的实例。

具体实施方式

本发明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L1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x-y平面并且该透镜可以在z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(x-y-z)。任何其他的设置也是可能的。

激光由偏振分束器21(即偏振相关反射器)反射，并且穿过四分之一波片22和第一带通滤波器23。

二向色分束器25(即波长相关反射器)将激光定向到激发透镜26。

作为激发光聚焦到样本内的结果的诱导的荧光由在该实例中为与激发透镜26相同的部件的收集透镜收集，并且定向到检测器28。

任何反射的未吸收激光再次由分束器25反射，而荧光穿过分束器25。第二带通滤波器27提供进一步的滤波，并且光然后由将样本成像到检测器28上的成像透镜L2聚焦到检测器28上。

可以使用许多不同类型的检测器，例如光电倍增管、雪崩光电检测器、CCD检测器或者光电二极管检测器。优选地，使用提供空间分辨率的检测器，例如像素化检测器。这允许进行线检测并且避免了线束在受照射区域上扫描检测器。

对于共焦成像，激发体积保持最小，理想地为激发透镜26能够创建的衍射限制斑。典型的共焦体积为立方微米的数量级，这取决于激发透镜26的强度(数值孔径，NA)。在该体积内产生的荧光由收集透镜收集并且成像到检测器上。在共焦方法中，焦点与检测路径上的点共焦。在检测路径上的该点处，典型地放置了小的针孔以便过滤掉来自不同于焦点的位置的任何光。

通过针孔的光被定向到检测器。有可能检测器本身起着针孔的作用，限制在于，检测器的侧向尺寸必须与按收集透镜26的焦距除以成像透镜L2的焦距调节的焦点尺寸匹配。

作为端点生物实验的结果，这种共焦模式最适合研究表面固定化测定(surface immobilization assay)。表面被扫描以分析整个样本。

检测器的侧向维度通过考虑收集透镜26和成像透镜L2的场来设计。

当扫描相同表面时，控制装置29保持物镜的焦点精确地位于分析设备的内表面处；与分析物接触的衬底20内的体积的表面。物镜的焦点也可以有意地偏移。

本发明可以实现为对图1系统的修改，其适于提供共焦线而不是共焦斑形式的激发束。本发明的优选实例同样地基于标准的DVD(或DVD/CD)光学器件。

在本发明的一个优选的实例中，在激光源的输出端使用标准光束定形器，并且这通常用来使得激光器发射的光锥内的强度分布更对称。然而，在本发明的系统中，光束定形器相对于激光器不同地定位，以便产生所需数量的像散。这于是可以被设置成在收集透镜26的焦点内导致窄的衍射限制线而不是通常的衍射限制圆斑。

常规光束定形器的使用允许光学系统基于标准CD/DVD播放器/记录器(writer)的光学器件。图2中示意性地示出了已知的光学系统，并且在部件与图1中的部件相应的情况下，使用了相同的附图标记。

对于DVD读取器，使用了红色激光二极管24。发射的光锥内的角度上的强度分布非常不对称；与光轴正交的一个方向上的角宽度是与光轴正交的另一方向上的宽度的二到三倍。这种非对称性利用光束定形器30来补偿。

光束定形器30具有入射表面、与其相对定位的出射表面以及与三轴XYZ直角坐标系统的Z轴重合的光轴。光束定形器30用于将具有所述坐标系统的YZ平面内的第一角孔径与XZ平面内的第二较小的角孔径之间的第一比值的光束转化成具有所述角孔径之间的第二较小的比值的光束，所述元件在所述两个平面内实现不同的角放大率。

因此，光束定形器被设计成将激光的椭圆形输出改变成更均匀的圆形输出。

本发明的系统中使用的光束定形器优选地在侧向平面内提供角放大并且在横向平面内提供角缩小。

光束定形器30一方面在横向平面内以及另一方面在侧向平面内实现的角放大率之差基本上完全由改变横向平面内和侧向平面内的光束的发散性的入射表面实现。如果光束定形器设置在具有折射率n1的介质内并且如果该元件的材料的折射率为n2，那么横向平面内的角缩小率为n1/n2，侧向平面内的角放大率为n2/n1，并且光束定形能力近似为(n1/n2)²。

由于入射表面形成的两个虚像位于沿着Z轴的不同位置处，因而出射表面应当具有稍微环形的形状以便将这些像组合成一个像。XZ平面内的曲率半径大于YZ平面内的曲率半径。环形应当被理解成表示侧向平面内的表面曲率半径不同于横向平面内的表面曲率半径。

入射表面在中心设有其圆柱轴平行于Y轴的基本上圆柱形的部分，并且引入YZ平面内的角缩小以及XZ平面内的角放大。光束定形能力现在由两个分量构成，这两个分量为侧向平面内的角放大率n2/n1以及横向平面内的角缩小率n1/n2。这些分量中的每一个可以利用不比应用到其中仅在这些平面之一内实现光束定形的光束定形器的公差要求严格的公差要求来实现。

US5467335中更详细地描述了一种可能的光束定形器，其通过引用的方式合并于此。

光栅32置于光束路径上以便产生卫星斑。

偏振分束器21反射光并且准直器透镜L1用来形成准直束。这由折叠镜34反射，四分之一波片22将线性偏振光转化成圆偏振光，并且该光然后由透镜26聚焦到衬底20内的数据层上。当然，对于用在医疗诊断装置中的光学系统而言，数据层变成其上出现捕获探针的固定化的表面。

接着，光被反射并且由相同的收集透镜26收集。然后，光再次穿过四分之一波片22，得到与原始偏振垂直的线性偏振光。经由折叠镜34，光由准直透镜L1聚焦。

接着，光穿过偏振分束器21。然后，光大部分穿过二向色镜36。伺服成像透镜L2添加一定像散，其与聚焦和跟踪检测器40结合使用以产生聚焦误差信号以便在例如扫描样本或衬底期间操纵和/或定位焦点并且于是提供反馈。

CD光的光路与上面描述的DVD路径几乎相同。当要读出CD时，DVD激光器关断并且红外激光二极管43与光束定形器44结合提供照射光。光栅42再次用来产生卫星斑。光在很大程度上由二向色镜36反射并且然后在很大程度上穿过偏振分束器21。同样地，光经由透镜26聚焦到数据层上。反射的光再次由透镜26收集。该光再次部分地穿过偏振分束器21和二向色分束器36并且同样地成像到聚焦和跟踪检测器40上。

在本发明的一个实例中，光束路径被修改，使得它变得适合于灵敏的荧光检测。如上面所提到的，当足够的激光功率可用时，有利的是在更大的区域上散布激发光以便提高吞吐量并且增大总的检测的信号而不损害共焦性。为此目的，可以在一个方向上伸长通常的圆形衍射限制斑，而在垂直方向上保持衍射限制。

这可以通过向进入透镜26的光束添加某种类型的像散来完成。

申请人已经考虑了用于例如通过圆柱透镜或相位板引入这种像散的不同方法。相位板可以用来提供线性聚焦斑阵列或者实照射线，并且圆柱透镜可以用来提供实照射线。

在本发明的一个实例中，上面描述的光束定形器30沿着光轴运动。无需专门的部件来实现这点。光束定形器的位置典型地在装配期间已经被细调，并且具有来回滑动的可能性。

因此，本发明使用了光学拾取单元的光束定形器的移位，使得出射束聚焦成可以跨平面扫描的线。本发明的系统中的光束定形器可以被认为将光源发射的光束转换成中间像散像，并且成像系统；例如准直器透镜和物镜的组合于是可以被认为将该中间像散像转换成最终的像散像。

将(光发射)点的像散像限定为包括相互垂直且垂直于光轴并且沿着光轴分开一定距离(像散距离)的两根焦线。利用这两根焦线之一在基本上垂直于该线且垂直于光轴的方向上扫描样本。焦线的长度与该像散距离成比例。如果像散长度变为零，那么这两根焦线的长度也将如此，这表示这些线将聚合成单个点。

为了实现上面描述的光束定形功能，光束定形器具有第一折射表面、第二折射表面、一定厚度和一定折射率，第一折射表面沿着垂直于光轴的第一和第二方向具有截然不同的曲率半径，第二折射表面沿着垂直于光轴的第一和第二方向具有截然不同的曲率半径。

通常，存在光束定形器相对于光源的第一位置，对于该位置，中间像的像散距离为零。光束定形器相对于该第一位置定位。特别地，光束定形器相对于光源的位置相对于该第一位置移位下式给出的距离Δv：

$\mathrm{\Δv}=\frac{L\sqrt{1-{\mathrm{NA}}^2/n^2}{M}^2}{\mathrm{NA}({M_x}^2-{M_y}^2)}$

其中L为最终的像散像的焦线(之一)的长度，NA为成像系统的出口数值孔径，n为样本的折射率，并且Mx和My为光束定形器关于中间像的两根焦线的第一和第二放大率。

所述放大率被定义为sinα/sinβ，其中α和β为系统中最大的射线角；α为输入射线角，β为输出射线角。数值孔径对于入口数值孔径而言被定义为sinα，并且对于出口数值孔径而言被定义为sinβ。如果物方和/或像方处于具有折射率n的介质内，那么数值孔径分别为n×sinα或n×sinβ。

在该设置中，用于扫描的焦线的长度可以通过改变光束定形器的位置来适于扫描过程的要求。因此，单个光学设计适合用于多种类型的扫描设备。

然而，使光束定形器30运动以控制激发束的形状也会引入一些离焦。这可能不造成任何问题。然而，它可以在任何情况下通过移动激光器24的位置来补偿，或者在一个优选的实施例中，这通过改变替换光栅32的部件的光学厚度来完成。

图3示出了在本发明的系统的第一实例中出现的光路，其用于荧光激发和检测。大多数部件保持相同并且给出相同的附图标记。光束定形器与通常使用的相同，但是其向前移动了。产生卫星斑的光栅32由在光谱上纯化激光的带通滤波器50代替。该滤波器的厚度可以用来细调由光束定形器的运动而引起的离焦。

通过使光束定形器30运动，准直透镜之后的光将具有相当大的像散。在一个方向上，光“是平行的”，而垂直方向稍微发散。这在物镜26之后导致线聚焦。

在样本的表面上，将产生荧光。该荧光由物镜26收集并且部分地穿过偏振分束器21。在穿过拒绝剩余的激发光的附加滤波器54之后，二向色镜36将大部分荧光反射到检测器52。该检测器优选地被实现为像素化检测器。二向色镜可以与图2中的相同，或者可以使用被优化成反射荧光的不同的镜。

反射的激发光仍然穿过二向色镜36。修改的伺服透镜56用来校正大部分早先引起的像散。残余像散可以与(标准)象限检测器40结合使用以产生聚焦误差信号。

焦平面内的线的方向被设置成垂直于快速扫描方向。这可以通过旋转激光器和光束定形器组件来实现，或者通过关于运动轴旋转整个OPU来实现。

在反射光的返回路径中，光束中的像散几乎完全被伺服透镜56补偿。像散的残余量与标准象限检测器40结合使用以产生自动聚焦误差信号。光束的残余像散意味着焦点位置的变化将改变落在检测器的不同象限上的光的相对贡献。根据这些信号，可以导出自动聚焦误差信号。

图4中示出了依照本发明的设备的第二实施例。使用了与图3中的相同的激发方法，但是检测器移动到不同的位置。通过用二向色镜60代替折叠镜34，荧光可以由该元件透射。在该二向色镜之后，利用滤波器62对光滤波，并且其然后由透镜64聚焦到检测器66上。

相对于结合图2描述的DVD光路，该实施例要求更多的修改。然而，该实施例的灵敏度将优于图3的灵敏度，因为荧光未在偏振分束器21处分裂成两个部分。此外，在该实施例中，有可能将滤波器62置于光束的平行部分中。当使用干涉滤波器时，这将导致更好地拒绝激发光，从而导致降低的背景噪声。

在标准的OPU中，可以简单地移除通常固定光束定形器的胶粘剂，使得位置可以朝激光器来回移动。本发明的系统经过测试并且被发现仅仅通过调节标准OPU中光束定形器和激光器的相对位置就提供了共焦激发束的所需的伸长。

上面已经描述了基于DVD/CD光学器件的调适的两个实例。本发明并不限于该方法。图5示出了基于可以用来实现本发明的部件的不同组合的若干实施例。

如果仅仅希望线照射模式，那么可以使用图5a中示出的最简单的实施例。部件的编号与图3和图4中使用的相同，并且系统包括光束定形器30、激光器24和透镜26。线照射可以用在除了用于荧光检测的系统中，例如测量细胞或病理切片(pathology slides)的扫描显微镜。

自动聚焦系统被添加以形成图5b中示出的系统，其使用偏振分束器21与四分之一波片22的结合以便分离激发光和反射光。

为了将线照射和荧光检测相结合，如图5c中所示需要添加二向色镜34，其结合滤波器50和62以便将激发光和荧光分离。

本发明提供了对光束路径的修改，使得它变得适合于结合线照射模式的灵敏荧光检测。在优选的实现方式中，移动所述“标准”光束定形器以解决这个问题。然而，存在解决该相同问题的其他方式。

两个实例解释如下：

(i)图4中示为L1的标准准直器可以用实现光束定形功能的新的专用部件来代替，并且从而替换光束定形器30。

(ii)光束定形器可以用向激发束添加所需像散的新的专用部件来代替。这可以在激光二极管的输出端处提供，其可能已经包括集成的光束定形器。

在上面的实例中，透镜26用于激发光和荧光，并且它也可以用于聚焦和跟踪信号。例如对于非正常照射方向，或者对于透射模式下的操作，可以将单独的透镜用于激发光和荧光。

本发明并不限于本文描述的实例。存在各种修改。因此，例如参照借助于荧光团发荧光的样本描述了本发明。然而，本发明一般可以用在以通常的方式产生光学信号的设备中。因此，可以对样本进行测量，其吸收一部分照射线束，使得其余线束光被收集并且结合样本的一种或多种成分或者添加的有利于成分检测的物质(例如标记物质)的存在性、特性(identity)和/或浓度提供有关样本的构成的线索。类似地，由样本产生的线束的反射效应可以用在检测过程中。可替换地，线束可以用作激发源以便激发样本的一种/或多种成分或者添加的物质，使得得到可以被收集和检测的发光辐射。在这里，发光意在包括荧光和/或磷光。

总体而言，本发明涉及用于照射样本的线的产生。该照射线在前面描述的检测设备中是有利的。本发明特别有益于线扫描或共焦线扫描以便加速检测过程。然而，在一些情况下，可能不需要覆盖表面区域的扫描。本发明因而也将提供其优势。

本发明一般适用于样本分析领域，其中需要在体积或表面上检查样本。本发明的应用因而可以是在需要线激发的分析方法中。这些也包括对气体、液体和/或固体样本的分析。

因此，本发明可以用于样本的化学分析以便确定其构成，或者它可以用来检查化学过程或生化过程或生物过程的演进或进展。改进的扫描速度允许每时间单位收集更多的数据点，从而导致改进的动态测量。

不限于生物分析领域的是，本发明的优选应用是在分子诊断领域，其基于例如扩增之后的核酸、蛋白质或者其他生化实体或生物实体的检测。另外的优选应用领域包括临床诊断、医护点(point-of-care)诊断、高级生物分子诊断研究和光学生物传感器，特别地涉及结合扩增方法的DNA检测，例如PCR、q-PCR等等。本发明也可以用作例如用于病理用途的对细胞和/或组织成像的线扫描仪。也可以用于检测蛋白质的免疫测定中的检测。

上述实施例说明了而不是限制了本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下应当能够设计出许多可替换的实施例。在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记都不应当被视为限制了权利要求。措词“包括/包含”并没有排除存在权利要求中未列出的元件或步骤。元件之前的措词“一”并没有排除存在多个这样的元件。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以由同一硬件项实施。在相互不同的从属权利要求中陈述了特定的技术措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。

Claims (10)

1.一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：

$\frac{\mathrm{NA}({M_x}^2-{M_y}^2)}{\sqrt{1-{\mathrm{NA}}^2/n^2}{M}^2}$

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M_x和M_y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。

5.一种检测设备，包括：

如前面任何一项权利要求所述的光学系统；

光学收集装置(26)，其用于收集从样本发射并且由线束产生的光；以及

检测系统(40)，其用于检测收集的光。

6.如权利要求5所述的检测设备，其中成像系统(26)和光学收集装置(26)共享激发/收集透镜。

7.如权利要求5或6所述的检测设备，其中检测系统(40)包括聚焦到检测表面上的成像透镜(56)。

8.如权利要求5-7中任何一项所述的检测设备，其中从样本发射并且由线束产生的光包括发光。

9.一种用于利用线束照射样本的照射方法，包括步骤：

使用光源(24)产生光束；

使用光束定形器(30)将光束转换成中间像散像；以及

使用成像系统将该中间像散像转换成最终的像散像，

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。

10.一种检测方法，包括：

权利要求9的照射方法，以及另外的步骤：

收集由样本发射并且由所述光束产生的光；以及

检测收集的光。

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