CN105659142A

CN105659142A - 机械变焦成像装置

Info

Publication number: CN105659142A
Application number: CN201480030421.7A
Authority: CN
Inventors: S·史沃特; E·思拉什; E·佩雷兹; K·麦克唐纳德
Original assignee: Bio Rad Laboratories Inc
Current assignee: Bio Rad Laboratories Inc
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: US9618733B2; CN105659142B; EP4137868A1; WO2015017348A3; DE202014011372U1; US20150029595A1; EP2987019B1; EP2987019A2; WO2015017348A2; EP2987019A4

Abstract

用于凝胶或其他基质中的化学发光或生物发光样本的观察、成像和分析的成像组件，其中移动具有定焦或固定透镜或者调焦透镜的可调相机和透镜模块以通过移位相机和透镜模块的焦平面来改变视场。该成像组件也可包括反射镜以弯曲或折叠该相机和透镜模块与具有样本的目标区域之间的光路，其中该反射镜可随着该相机和透镜模块在相同的垂直方向上移动。此外，该相机和透镜模块可被配置为相对于该成像目标区域的位置在对角线方向上更进一步移动。该成像组件可进一步具有适于随着该相机和透镜模块的移动而调节的管道系统。

Description

机械变焦成像装置

相关申请的交叉引用

本美国专利申请要求2013年7月29日提交的名为“MECHANICALZOOMIMAGINGAPPARATUS(机械变焦成像装置)”的美国临时专利申请No.61/859,646的优先权，该申请通过引用结合于此。

发明领域

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

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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21cm的宽度。

附图说明

以下参考附图详细描述了本公开的说明性方面。

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示图。

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。

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示图。

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

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。

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。

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(pW/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。

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、荧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。

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。

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)。

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。

图1是根据许多实施例的具有可调相机和透镜模块与直线光路100的成像组件的示意性示图。相机和透镜模块(CLM)102主要由相机104和透镜106构成。相机104可电子地连接至计算机和非易失性计算机可读介质，由CLM102捕捉的图像被发送至该计算机和非易失性计算机可读介质。在实施例中，透镜106可以是具有固定焦距(FFL)的固定透镜或具有大约四毫米(4mm)到大约五百毫米(500mm)的焦距的调焦透镜。在实施例中，透镜106具有从大约五厘米(5cm)到大约一百五十厘米(150cm)的成像距离。在进一步实施例中，透镜106可具有大约五十五厘米(55cm)的成像距离。透镜106被设计和/或被配置成为了具有改进分辨率和/或放大率的透镜在最小焦距的长度处或附近更加清晰地聚焦的增强能力而牺牲在无穷远处清晰聚焦的能力。在实施例中，CLM102具有大约f/0.95的透镜速率。在实施例中，透镜速率可以更大或更小，取决于使用的FFL的焦距。CLM102的可选实施例可具有大约f/0.84到大约f/1.2的透镜速率。进一步实施例可具有等于或快于大约f/0.60的透镜速率，而一些实施例可具有大约f/2.0的透镜速率。

在实施例中，CLM102位于透照器108上方，其中透照器108接近CLM102的表面被用作平台，该透照器108进一步具有CLM102的视场内的目标区域。光路110被定义为CLM102与透照器108上的目标区域之间的距离，并且具有可变长度A。在这样的实施例中，光路110是在CLM102与目标区域之间未被任何反射镜或折射介质弯曲或折叠的直线光路。CLM102被安装到成像组件的框架从而使得CLM102可在垂直方向上移动，具体沿着垂直于目标区域的轴移动，所以CLM102可接近或远离目标区域移动。

在实施例中，在远端CLM位置120处(相对于目标区域的远端)，CLM102与透照器108和目标区域有第一距离120'。在远端CLM位置120处，CLM102可具有大约二十一厘米(21cm)的宽度的目标区域的视场。在近端CLM位置130处(相对于目标区域的近端)，CLM102与透照器108和目标区域有第二距离130'。在近端CLM位置130处，CLM102可具有大约九厘米(9cm)的宽度的目标区域的视场。CLM102从远端CLM位置120移动到近端CLM位置130改变透镜106的焦距，反之亦然。因此，在实施例中，CLM102的视场可从大约九厘米(9cm)到大约二十一厘米(21cm)。在进一步实施例中，取决于使用的透镜106的焦距、第一距离120'的长度、第二距离130'的长度和/或成像组件的尺寸，CLM102的视场可从大约五厘米(5cm)到大约三十厘米(30cm)。具体地，配置成像组件使得CLM102在远端CLM位置120与近端CLM位置130之间的移动使透镜106的焦平面通过在机械变焦期间重新调整透镜的焦点而保持在由透照器108所限定的平台上和/或平台内的目标区域处。可通过外部调焦和/或内部调焦来实现重新调整透镜的焦点，该外部调焦是相对于传感器移动透镜106，而该内部调焦是相对于彼此移动光学元件以在狭窄的距离范围内改变透镜组件的焦距。

在实施例中，远端CLM位置120与透照器108和相关目标区域相距大约四十八厘米(48cm)到大约五十厘米(50cm)。在实施例中，近端CLM位置130与透照器108和相关目标区域相距大约十七厘米(17cm)到大约二十厘米(20cm)。在进一步实施例中，近端CLM位置130与透照器和目标区域可相距大约十五厘米(15cm)。在这种实施例中，CLM102与透照器108的垂直距离与光路110是相同的。

在实施例中，一个或多个风扇可被安装到成像组件的框架，在将空气(具体地，由CLM102加热的空气)从成像组件的内部引到成像组件外的位置处。相反地，一个或多个风扇可被安装到成像组件的框架，在将相对较冷的空气从成像组件的外部推入成像组件中的空间内的位置处，尤其推入由CLM102加热的体积中。在实施例中，成像组件可具有将空气推入成像组件的至少一个风扇和将空气引到成像组件之外的至少一个风扇。在进一步实施例中，该至少一个风扇不直接安装到CLM102，而是被安置在与空间体积连通的一个或多个管道的附近，该空间体积可由于CLM102的操作而被加热。在一些实施例中，该至少一个管道可以是易弯曲的管道。在可选实施例中，该至少一个管道可以是可伸缩的管道。

在实施例中，成像组件可具有架子或抽屉，其中可装载样本凝胶、印迹或其他基质，当处于装载位置时，该架子或抽屉将要被成像的基质定位在透照器108上或内。在实施例中，透照器108包括紫外(UV)光源，可以是安排在盒类容器或抽屉内的单个光源或光源的阵列，该盒类容器或抽屉被配置为滑进和滑出成像组件的基座部分。在一些实施例中，透照器进一步包括安置在UV光源上方的玻璃，其中该玻璃可透射UV光而不透射可见光。样本凝胶或印迹可被放置在透照器108的UV透射玻璃的上表面上，然后被安置在成像组件内。因此，可主要用UV光来照射放置在透照器108玻璃的表面上的样本以便成像。由CLM102成像的焦平面被设计成大致沿着样本所在的UV透射玻璃的平面或正好在样本所在的UV透射玻璃的平面上方。

图2A是根据许多实施例的具有可调相机和透镜模块与折叠光路200的成像组件的实施例的示意性示图。在具有可调相机和透镜模块与折叠光路200的成像组件的实施例中，与具有可调相机和透镜模块与直线光路100的成像组件相比，由于光路的折叠，减小了成像组件所占用的空间，尤其在垂直方向上。然而，可调相机和透镜模块与直线光路100以及可调相机和透镜模块与折叠光路200两者中的光路的总长可以是相等的，在任一实施例中允许相等的成像与放大能力。

在具有可调相机和透镜模块与折叠光路200的成像组件的实施例中，相机和透镜模块(CLM)202主要由相机204和透镜206构成。相机204可连接至计算机和非易失性计算机可读介质，由CLM202捕捉的图像被发送至该计算机和非易失性计算机可读介质。在实施例中，透镜206可以是具有固定焦距(FFL)的固定透镜或具有大约四毫米(4mm)到大约五百毫米(500mm)的焦距的调焦透镜。在实施例中，透镜206具有从大约五厘米(5cm)到大约一百五十厘米(150cm)的成像距离。在进一步实施例中，透镜206可具有大约五十五厘米(55cm)的成像距离。透镜206被配置成为了具有改进分辨率和/或放大率的透镜在最小焦距处或附近更加清晰地聚焦的增强能力而牺牲在无穷远处清晰聚焦的能力。在实施例中，CLM202具有f/0.95的透镜速率。在实施例中，透镜速率可以更大或更小，取决于使用的FFL的焦距。CLM202的可选实施例可具有大约f/0.84到大约f/1.2的透镜速率。进一步实施例可具有等于或快于大约f/0.60的透镜速率，而一些实施例可具有大约f/2.0的透镜速率。

在实施例中，CLM202位于透照器210的上方，其中透照器210靠近CLM202的表面被用作平台。CLM202与透照器210的平台表面水平地偏移从而使得CLM202不在平台的中心的正上方。在这样的实施例中，反射镜208沿着垂直于目标区域的轴位于透照器210的上方，该目标区域在由透照器210所限定的平台上和/或平台内。反射镜208被设置来弯曲从CLM202到透照器210的目标区域的光路，从而使得该目标区域在CLM202的视场内。光路216是透照器210的表面与反射镜208的中心之间的光路216的垂直部分212和透照器210的表面与反射镜208的中心之间的的光路216的水平部分214之和。光路216的垂直部分212具有可变长度a，而光路216的水平部分214具有长度b。因此，光路216的长度A被定义为等于透照器210的表面与反射镜208的中心之间的垂直距离212和CLM202与反射镜208的中心之间的水平距离214之和的距离。光路216的长度A是可变的，其与a的长度的变化成比例地变化。在这样的实施例中，光路216是在CLM202与目标区域之间被反射镜或折射介质改方向的折叠或弯曲的光路。在一些实施例中，具有长度b的光路216的水平部分214也可以是可变长度，而且光路216的可变长度A与具有可调相机和透镜模块带有折叠光路200的成像组件中的a和b的长度的变化成比例地变化。

反射镜208被安装到成像组件的框架从而使得反射镜208可在垂直方向上移动，尤其沿着垂直于目标区域的轴移动，所以反射镜208可接近或远离目标区域移动。CLM202被配置为导向反射镜208从而使得CLM202的光路216在目标区域中具有焦平面。反射镜208和CLM202被进一步配置成可在垂直于目标区域的平面的方向上同步地移动，从而通过将透镜调焦，反射镜208和CLM202的移动改变成像距离而焦点被保持在目标处和/或保持在透照器210内。在实施例中，CLM202在相对于平台和目标区域在对角线方向上移动，从而使得随着反射镜208和CLM202远离透照器210在垂直方向上移动，CLM202也远离透照器210在水平方向上移动。相似地，随着反射镜208和CLM202接近透照器210在垂直方向上移动，CLM202也接近透照器210在水平方向上移动。与反射镜208共享平面的CLM202在水平轴上移动，其中水平轴平行于CLM202与反射镜208的中心之间的光路216的水平部分214。在实施例中，反射镜208和CLM202被安装到框架从而使得反射镜208和CLM202的移动是平滑的并且可以牢固地停留在沿着框架的移动轨迹的任意点处。

在实施例中，在远端反射镜和CLM位置220处(相对于目标区域的远端)，反射镜208与透照器210和目标区域有第一距离220'。在远端反射镜和CLM位置220处，CLM202可具有大约二十一厘米(21cm)的宽度的目标区域的视场。在近端反射镜和CLM位置230处(相对于目标区域的近端)，反射镜208与透照器210和目标区域有第二距离230'。在反射镜和近端CLM位置230处，CLM202可具有大约九厘米(9cm)的宽度的目标区域的视场。因此，在实施例中，CLM202的视场可从大约九厘米(9cm)到大约二十一厘米(21cm)。在进一步实施例中，取决于使用的透镜206的焦距、第一距离220'的长度、第二距离230'的长度和/或成像组件的尺寸，CLM202的视场可从大约五厘米(5cm)到大约三十厘米(30cm)。反射镜208和CLM202从远端反射镜和CLM位置220移动到近端反射镜和CLM位置230移动了透镜206的焦平面，反之亦然。具体地，配置成像组件使得反射镜208和CLM202在远端反射镜和CLM位置220与近端反射镜和CLM位置230之间的移动引起透镜206的成像距离变化而焦点保持在目标区域处和/或保持在由透照器210所限定的平台内。可通过外部调焦和/或内部调焦来实现重新调整透镜的焦点，该外部调焦是相对于传感器移动透镜206，而该内部调焦是相对于彼此移动光学元件以在狭窄的距离范围内改变透镜组件的焦距。

图2B是根据许多实施例的具有可调相机和透镜模块与折叠光路200的成像组件的实施例的示意性示图。如由图2A表示的成像组件的实施例，与具有可调相机和透镜模块带有直线光路100的成像组件相比，尽管两者中光路的总长可以相等，这在任一实施例中允许相等的成像与放大能力，但由于光路的折叠，减小了成像组件所占用的空间，尤其在垂直方向上。

在实施例中，CLM202位于透照器210的上方，其中透照器210靠近CLM202的表面被用作平台。CLM202与透照器210的平台表面水平地偏移从而使得CLM202不在平台的中心的正上方。在这样的实施例中，反射镜208沿着垂直于目标区域的轴位于透照器210的上方，该目标区域在由透照器210所限定的平台上和/或平台内。反射镜208被设置来弯曲从CLM202到透照器210的目标区域的光路，从而使得该目标区域在CLM202的视场内。光路216是透照器210的表面与反射镜208的中心之间的光路216的垂直部分212和CLM202与反射镜208的中心之间的光路216的水平部分214之和。光路216的水平部分214具有可变长度b，而光路216的垂直部分212具有长度a。因此，光路216的长度A被定义为等于透照器210的表面与反射镜208的中心之间的垂直距离212和透照器210的表面与反射镜208的中心之间的水平距离214之和的距离。光路216的长度A是可变的，其与b的长度的变化成比例地变化。在这样的实施例中，光路216是在CLM202与目标区域之间被反射镜或折射介质改方向的折叠或弯曲的光路。在一些实施例中，具有长度a的光路216的垂直部分212也可以是可变的长度，而且光路216的可变长度A与具有可调相机和透镜模块带有折叠光路200的成像组件中的a和b的长度的变化成比例地变化。

反射镜208可被安装到成像组件的框架从而使得反射镜208沿着垂直于目标区域的轴在垂直方向上固定。CLM202被配置为导向反射镜208从而使得CLM202的光路216在目标区域有焦平面。与反射镜208共享平面的CLM202可被进一步配置成可沿着水平轴移动，其中水平轴平行于CLM202与反射镜208的中心之间的光路216的水平部分214。CLM202的这种移动改变成像距离，而通过将透镜调焦，焦点被保持在目标处和/或保持在透照器210内。在实施例中，CLM202被安装到框架从而使得CLM202的水平移动是平滑的并且可以牢固地停留在沿着框架的移动轨迹的任意点处。

在实施例中，在远端CLM位置250处(相对于反射镜208的远端)，CLM202与反射镜208有第一距离250'。在远端CLM位置250处，CLM202可具有大约二十一厘米(21cm)的宽度的目标区域的视场。在远端CLM位置250处，光路的水平部分214'具有大于近端CLM位置260处的水平部分214的长度，其中这些水平部分的长度之差可以小于、等于或大于CLM202的长度。在近端CLM位置260处(相对于反射镜208的近端)，CLM202与反射镜208有第二距离260'。在近端CLM位置260处，CLM202可具有大约九厘米(9cm)的宽度的目标区域的视场。因此，在实施例中，CLM202的视场可从大约九厘米(9cm)到大约二十一厘米(21cm)。在进一步实施例中，取决于使用的透镜206的焦距、第一距离250'的长度、第二距离260'的长度和/或成像组件的尺寸，CLM202的视场可从大约五厘米(5cm)到大约三十厘米(30cm)。CLM202从远端CLM位置250移动到近端CLM位置260移动透镜206的焦平面，反之亦然。具体地，配置成像组件使得CLM202在远端CLM位置250与近端CLM位置260之间的移动引起透镜206的成像距离变化而焦点保持在目标区域处和/或保持在由透照器210所限定的平台内。可通过外部调焦和/或内部调焦来实现重新调整透镜的焦点，该外部调焦是相对于传感器移动透镜206，而该内部调焦是相对于彼此移动光学元件以在狭窄的距离范围内改变透镜组件的焦距。

在实施例中，在远端反射镜和CLM位置220，CLM202与透照器210和相关目标区域相距大约四十八厘米(48cm)到大约五十厘米(50cm)的光路216。在实施例中，在近端反射镜和CLM位置230，CLM202与透照器210和相关目标区域相距大约十七厘米(17cm)到大约二十厘米(20cm)的光路216。在进一步实施例中，近端反射镜和CLM位置230与透照器和目标区域可相距大约十五厘米(15cm)。

在实施例中，一个或多个风扇可被安装到成像组件的框架，在将空气(具体地，由CLM202加热的空气)从成像组件的内部引到成像组件外的位置处。相反地，一个或多个风扇可被安装到成像组件的框架，在将相对较冷的空气从成像组件的外部推进成像组件中的空间内的位置处，尤其推进由CLM202加热的体积中。在实施例中，成像组件可具有将空气推入成像组件的至少一个风扇和将空气引到成像组件之外的至少一个风扇。在进一步实施例中，该至少一个风扇不直接安装到CLM202或反射镜208，而是被安置在与空间体积连通的一个或多个管道的附近，该空间体积可由于CLM202的操作而被加热。在一些实施例中，该至少一个管道可以是易弯曲的管道。在可选实施例中，该至少一个管道可以是可伸缩的管道。

在实施例中，成像组件可具有架子或抽屉，其中可装载样本凝胶、印迹或其他基质，当处于装载位置时，该架子或抽屉将要被成像的基质定位在透照器210上或内。在实施例中，透照器210包括紫外(UV)光源，可以是安排在盒类容器或抽屉内的单个光源或光源的阵列，该盒类容器或抽屉被配置为滑进和滑出成像组件的基座部分。在一些实施例中，透照器进一步包括安置在UV光源上方的玻璃，其中该玻璃可透射UV光而不透射可见光。样本凝胶或印迹可被放置在透照器210的UV透射玻璃的上表面上，然后被安置在成像组件内。因此，可主要用UV光来照射放置在透照器210玻璃的表面上的样本以便成像。由CLM202成像的焦平面被设计成大致沿着样本所在的UV透射玻璃的平面或正好在样本所在的UV透射玻璃的平面上方。

图3是根据许多实施例的具有可调相机和透镜模块与折叠光路300的成像组件的示意性示图。在具有可调相机和透镜模块与折叠光路300的成像组件的实施例中，相机和透镜模块(CLM)302主要由相机304和透镜306构成。相机304可连接至计算机和非易失性计算机可读介质，由CLM302捕捉的图像被发送至该计算机和非易失性计算机可读介质。在实施例中，透镜306可以是具有固定焦距(FFL)的固定透镜或具有大约四毫米(4mm)到大约五百毫米(500mm)的焦距的调焦透镜。在实施例中，透镜306具有从大约五厘米(5cm)到大约一百五十厘米(150cm)的成像距离。在进一步实施例中，透镜306可具有大约五十五厘米(55cm)的成像距离。透镜306被配置成为了具有改进分辨率和/或放大率的透镜在最小焦距处或附近更加清晰地聚焦的增强能力而牺牲在无穷远处清晰聚焦的能力。在实施例中，CLM302具有f/0.95的透镜速率。在实施例中，透镜速率可以更大或更小，取决于使用的FFL的焦距。CLM302的可选实施例可具有大约f/0.84到大约f/1.2的透镜速率。进一步实施例可具有等于或快于大约f/0.60的透镜速率，而一些实施例可具有大约f/2.0的透镜速率。

CLM302位于透照器310的上方，其中透照器310靠近CLM302的表面被用作平台。CLM302与透照器310的平台表面水平地偏移从而使得CLM302不在平台的中心的正上方。在这样的实施例中，反射镜308沿着垂直于目标区域的轴位于透照器310的上方，该目标区域在由透照器310所限定的平台上和/或平台内。反射镜308被设置来弯曲从CLM302到透照器310的目标区域的光路，从而使得该目标区域在CLM302的视场内。光路316是透照器310的表面与反射镜308的中心之间的光路316的垂直部分312和CLM302与反射镜308的中心之间的光路316的水平部分314之和。因此，光路316的长度A被定义为等于透照器310的表面与反射镜308的中心之间的垂直距离312和CLM302与反射镜308的中心之间的水平距离314之和的距离。光路316的垂直部分312具有可变长度a，而光路316的水平部分314具有可变长度b。因此，光路316具有可变长度A，与具有可调相机和透镜模块与折叠光路301的成像组件中的a和b的长度的变化成比例地变化。在这样的实施例中，光路316是在CLM302与目标区域之间被反射镜或折射介质改方向的折叠或弯曲的光路。

反射镜308被安装到成像组件的框架从而使得反射镜308可在垂直方向上移动，尤其沿着垂直于目标区域的轴移动，所以反射镜308可接近或远离目标区域移动。CLM302被配置为导向反射镜308从而使得CLM302的光路316在目标区域有焦平面。反射镜308和CLM302被进一步配置成可在垂直于目标区域的平面的方向上同步地移动，从而通过将透镜重新调焦，反射镜308和CLM302的移动改变成像距离而焦点被保持在目标区域处和/或保持在透照器310内。在成像组件的实施例中，CLM302被安装到成像组件的框架上以相对于平台和目标区域沿着对角线方向318移动，从而随着反射镜308和CLM302远离透照器310在垂直方向上移动，CLM302也远离透照器310在水平方向上移动。相似地，随着反射镜308和CLM302接近透照器310在垂直方向上移动，CLM302也接近透照器310在水平方向上移动。与反射镜308共享平面的CLM302在水平轴上移动，其中水平轴平行于CLM302与反射镜308的中心之间的光路314的水平部分316。在可选实施例中，CLM302不在水平方向上移动，而仅仅相对于透照器310与反射镜308平行在垂直方向上移动。在实施例中，反射镜308和CLM302被安装到框架从而使得反射镜308和CLM302的移动是平滑的并且可以牢固地停留在沿着框架的移动轨迹的任意点处。

在近端反射镜和CLM位置330处(相对于目标区域的近端)，反射镜308在与透照器310和目标区域相距近端距离330'处。在反射镜和近端CLM位置330处，CLM302可具有大约九厘米(9cm)的宽度的目标区域的视场。在近端反射镜和CLM位置330处，垂直部分312'与水平部分314'之和构成光路316的总长。在第一远端反射镜和CLM位置320处(相对于目标区域的远端，其中CLM302与反射镜308之间的距离是可变的)，反射镜308与透照器310和目标区域相距第一远端距离320'。在第一远端反射镜和CLM位置320处，垂直部分312与水平部分314之和构成光路316的总长。在第一远端反射镜和CLM位置320处，CLM302可具有大约二十一厘米(21cm)的宽度的目标区域的视场。在第一远端反射镜和CLM位置320，CLM302被配置为沿着对角线方向318移动。在实施例中，在第二远端反射镜和CLM位置340，(其中CLM302与反射镜308之间的距离不可变或不随着反射镜308和CLM302相对于透照器310垂直移动而改变)反射镜308与透照器310和目标区域相距第二远端距离340'。在第二远端反射镜和CLM位置340处，垂直部分312”与水平部分314”之和构成光路316的总长。在第二远端反射镜和CLM位置340，CLM302未被配置为沿着任何对角线方向移动，而是平行于反射镜308在垂直于目标区域的平面的方向上移动。将第一远端反射镜和CLM位置320与第二远端反射镜和CLM位置340比较，具有可调相机和透镜模块与折叠光路300的成像组件的两个实施例对于CLM302的远端位置可具有相等的光路长度316(即垂直部分312与水平部分314之和可以等于垂直部分312”与水平部分314”之和)，且如与具有可调相机和透镜模块与直线光路100的成像组件相比，两者占用减小的空间。然而，相比之下，第一远端反射镜和CLM位置320处的光路316的垂直部分312短于第二远端反射镜和CLM位置340处的光路316的垂直部分312”。相反，第一远端反射镜和CLM位置320处的光路316的水平部分314长于第二远端反射镜和CLM位置340处的光路316的水平部分314”。在第二远端反射镜和CLM位置340处，CLM302也可具有大约二十一厘米(21cm)的宽度的目标区域的视场。因此，在实施例中，CLM302的视场可从大约九厘米(9cm)到大约二十一厘米(21cm)。在进一步实施例中，取决于使用的透镜306的焦距、第一远端距离320'的长度、第二远端距离340'的长度、近端距离330'的长度和/或成像组件的尺寸，CLM302的视场可从大约五厘米(5cm)到大约三十厘米(30cm)。

反射镜308和CLM302从远端反射镜和CLM位置320或者340移动到近端反射镜和CLM位置330移动了透镜306的焦平面，反之亦然。具体地，配置成像组件使得反射镜308和CLM302在远端反射镜和CLM位置320或340与近端反射镜和CLM位置330之间的移动引起透镜306的成像距离变化而通过改变透镜的焦点，焦点保持在目标区域处和/或保持在由透照器310所限定的平台内。可通过外部调焦和/或内部调焦来实现重新调整透镜的焦点，该外部调焦是相对于传感器移动透镜306，而该内部调焦是相对于彼此移动光学元件以在狭窄的距离范围内改变透镜组件的焦距。

在实施例中，在远端反射镜和CLM位置320与340两者中，CLM302与透照器310和相关目标区域相距大约四十八厘米(48cm)到大约五十厘米(50cm)的光路316。在实施例中，在近端反射镜和CLM位置330，CLM302与透照器310和相关目标区域相距大约十七厘米(17cm)到大约二十厘米(20cm)的光路316。在进一步实施例中，近端反射镜和CLM位置330与透照器和目标区域可相距大约十五厘米(15cm)。

在实施例中，成像组件可具有架子或抽屉，其中可装载样本凝胶、印迹或其他基质，当处于装载位置时，该架子或抽屉将要被成像的基质定位在透照器310上或内。在实施例中，透照器310包括紫外(UV)光源，可以是安排在盒类容器或抽屉内的单个光源或光源的阵列，该盒类容器或抽屉被配置为滑进和滑出成像组件的基座部分。在一些实施例中，透照器进一步包括安置在UV光源上方的玻璃，其中该玻璃可透射UV光而不透射可见光。样本凝胶或印迹可被放置在透照器310的UV透射玻璃的上表面上，然后被安置在成像组件内。因此，可主要用UV光来照射放置在透照器310玻璃的表面上的样本以便成像。由CLM302成像的焦平面被设计成大致沿着样本所在的UV透射玻璃的平面或正好在样本所在的UV透射玻璃的平面上方。

在成像组件的一些实施例中，CLM和反射镜结构可被配置为进一步降低成像组件的总长。在这样的实施例中，可相对于与平台的平面平行的水平面以小于45°的角放置反射镜。因此CLM可位于平台的平面上面而在反射镜下面，但仍导向反射镜从而使得CLM的光路在成像组件的目标区域内具有视场。在又进一步实施例中，多于一个反射镜可被用于弯曲光路，结果是更加紧凑的成像组件。

在具有折叠光路的成像组件的一些实施例中，CLM和反射镜可被安装到成像组件的基础结构从而使得CLM和反射镜沿着框架以渐增的距离同步移动。在这种实施例中，CLM和反射镜组件可牢固地停留在棘轮(ratchet)点(或其他这样的结构)处以致于在每一渐增停止处在CLM与目标区域之间具有特定光路长度。相似地，在具有直线光路的成像组件的实施例中，CLM可被安装到成像组件的基础结构从而使得CLM沿着框架以渐增的距离移动。在这种实施例中，CLM可牢固地停留在棘轮点(或其他这样的结构)处以致于在每一渐增停止处在CLM与目标区域之间具有特定光路长度。

本领域的大多数化学发光的成像器将相机放置在样本区域与外壳的外部，从而当经加热的空气被相机中的风扇排出时，环境空气被用于冷却。在本文的成像装置的实施例中，在受控的环境与壳层结构或外壳内移动冷却的相机和透镜模块。因此，在成像组件中使用的相机可使用相机外部的风扇来冷却。此外，风扇可被连接至管道以将冷却空气引导至相机和/或将加热的空气引导出相机。这种管道可与成像组件的相机和透镜模块和/或反射镜的移动合作来调节。在实施例中，连接至风扇的管道可通过作为易弯曲的管道或通过沿着相机和透镜模块的运动轴可伸缩来调节。

图4A和4B是根据许多实施例的与成像组件的可调相机和透镜模块结合使用的管道的示意性示图。在两个示出的实施例中，外壳402将相机和透镜模块(CLM)保持在包含的空间内从而使得由相机的操作所加热的空气没有与接触任何样本或凝胶的空气连通，该样本或凝胶位于成像装置的目标区域406上或内。在实施例中，外壳402内的CLM具有由反射镜404反射并且朝向目标区域406的光路414从而使得CLM的视场在目标区域406内。如在图4A中观察到的实施例中，易弯曲管道410在一端上连接至外壳而在其相反端上连接至风扇412。如在图4B中观察到的实施例中，可伸缩管道408在一端上连接至外壳而在其相反端上连接至风扇412。在两个实施例中，风扇412运行来移动空气以冷却外壳402内的相机和外壳402内的空气。在一些实施例中，风扇412可将环境空气推入外壳402，而在其他实施例中风扇可将空气引到外壳402的外面。外壳402可进一步具有进口通道或排气管416(不与样本或凝胶保持的空间连通)以允许经过外壳的空气的循环。在进一步实施例中，可存在连接至外壳的多于一个风扇和/或多于一个管道以将外壳402内的空气移出。

在实施例中，进口通道或排气管416不具有物理上安装到进口通道或排气管416的结构的风扇。相反，进口通道或排气管416提供气道以用于使空气进入或空气排出外壳402的内部空间，该内部空间由连接至易弯曲管道410或可伸缩管道408的至少一个风扇412来驱动。换而言之，将环境空气推入外壳402以冷却相机的风扇412允许空气经过排气管416离开外壳。相反地，将环境空气引到外壳402的外部以冷却相机的风扇412允许空气经过进口通道416进入外壳。在这样的实施例中，样本存在的透照器406的目标区域和平台与冷却相机的(相对扰动的)气流以及由至少一个风扇412驱动的外壳402内的空间隔离，并且通常与周围环境的任何环境气流隔离。

在实施例中，外壳402可相对于目标区域406在垂直和/或水平方向上移动。因此在很多实施例中连接至外壳402的管道将根据外壳的运动来调节。如在图4A中观察到的实施例中，易弯曲管道410可以是能够沿着运动410'的范围移动和调节的导管或软管。易弯曲管道410可以是肋片管(ribbedtube)或光滑管并且可由任意适当的足够易弯曲的材料制成。如在图4B中观察到的实施例中，可伸缩管道408可以是能够沿着运动408'的范围移动和调节的导管或软管。可伸缩管道408可以是肋片管或光滑管并且可由任意适当的足够坚硬的材料制成。可伸缩管道408可具有由管道构成零件的长度所限定的最小长度408”。易弯曲管道410和可伸缩管道408两者可被安装或锚定到成像装置的基础结构，无关于与外壳402的任何物理连接。在实施例中，风扇412从外壳连接至管道远端的末端。在其他实施例中，一个或多个风扇可与管道间接连通，在一个或多个风扇能够将空气引出或将空气推入外壳402的位置上。

如在图4A与4B中观察到的实施例中，该至少一个风扇被安装到成像组件的基础结构且没有安装到或物理上连接到相机或相机与透镜模块。因此，相机和透镜模块的重量不包括风扇的重量且因此较易于移动。在进一步实施例中，由该至少一个风扇移动的空气冷却相机和外壳402，但其不与样本被成像的空间连通。因此，尽管为相机提供冷却空气，外壳402内的采样产品没有被由相机加温的空气加热。此外，在这样的实施例中，通过使用至少一个管道，系统(即与目标区域和样本平台连通的空间)内的空气没有被压紧且相对静止(即不被显著的或扰动的气流影响)，由此减少凝胶和印迹以及其他样本基质可能发生的干燥和/或干化。此外，这样的实施例防止相机或相机与透镜模块的其他部件的内部被来自液体的蒸汽消极地影响，该液体是部分样本，诸如醋酸。

以上描述是说明性的而不是限制性的，并且在审阅本公开后，对于本领域技术人员将变得显而易见的是本发明可以以其他特定形式来实施而不脱离其基本特性。例如，上述方面中的任何一个可被结合到一个或若干不同的配置中，每个配置具有各方面的子集。此外，在全部前述说明中，出于说明的目的，阐述了众多具体细节以便提供对本发明的全面理解。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这些实施例。这些其他的实施例意在被包括在本发明的精神和范围内。因此，本发明的范围不是参考上面的描述确定的，而是应该参考下列待审批的权利要求以及它们的法律等效物的完整范围来确定。

Claims

1.一种成像组件，包括：

具有目标区域的平台；

相机和透镜模块，安装在所述目标区域上方且具有光路以及所述目标区域中的焦平面；

所述相机和透镜模块可在垂直于所述目标区域的平面的方向上移动从而使得所述相机和透镜模块的运动改变所述焦平面内的视场；以及

所述透镜是具有固定焦距的定焦透镜或者是调焦透镜。

2.如权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述组件被配置为对电泳凝胶、核酸印迹或蛋白质印迹进行成像。

3.如权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述透镜具有大约f/0.95或更大的透镜速率。

4.如权利要求1所述的成像组件，进一步包括安装在所述成像组件的框架上的至少一个冷却风扇，在不与所述光路连通的位置处。

5.如权利要求4所述的成像组件，进一步包括至少一个易弯曲管道，其与所述至少一个冷却风扇连通并将由所述冷却风扇移动的空气导出所述成像组件。

6.如权利要求4所述的成像组件，进一步包括至少一个可伸缩管道，其与所述至少一个冷却风扇连通并将由所述冷却风扇移动的空气导出所述成像组件。

7.如权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述光路具有大约20cm到大约50cm之间的长度。

8.如权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述光路的长度可变化多达大约31cm。

9.如权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述相机和透镜模块的视场具有从大约9cm到大约21cm的宽度。

10.如权利要求1所述的成像组件，进一步包括样本抽屉，其中样本可被安置并被移动到所述目标区域中。

11.一种成像组件，包括：

具有目标区域的平台；

反射镜，安装在所述目标区域上方并且可在垂直于所述目标区域的平面的方向上移动；

相机和透镜模块，安装在所述平台上方且在与所述反射镜共享的水平面上，所述相机和透镜模块可在垂直于所述目标区域的平面的平面内的方向上移动并且可沿着所述相机和透镜模块与所述反射镜之间的光路的方向上移动；

所述相机和透镜模块导向所述反射镜从而使得所述相机和透镜模块的光路在所述目标区域中具有焦平面；

所述反射镜与相机和透镜模块可在垂直于所述目标区域的平面的方向上同步移动从而使得所述反射镜与相机和透镜模块的运动改变所述焦平面内的视场；以及

所述透镜是具有固定焦距的定焦透镜或者是调焦透镜。

12.如权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述反射镜相对于所述相机和透镜模块以大约45°角且相对所述平台的平面而放置。

13.如权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述组件被配置为对电泳凝胶、核酸印迹或蛋白质印迹进行成像。

14.如权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述透镜具有大约f/0.95或更大的透镜速率。

15.如权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述相机和透镜模块可被安装在对角线框架上从而使得所述相机和透镜模块可同时在相对于所述反射镜的水平方向上以及在相对于所述平台的水平面的垂直方向上移动。

16.如权利要求11所述的成像组件，进一步包括安装到所述成像组件的框架的至少一个冷却风扇，在不与所述光路连通的位置处。

17.如权利要求16所述的成像组件，进一步包括至少一个易弯曲管道，其与所述至少一个冷却风扇连通并将由所述冷却风扇移动的空气导出所述成像组件。

18.如权利要求16所述的成像组件，进一步包括至少一个可伸缩管道，其与所述至少一个冷却风扇连通并将由所述冷却风扇移动的空气导出所述成像组件。

19.如权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述光路具有大约20cm到大约50cm之间的长度。

20.如权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述光路的长度可变化多达大约31cm。

21.如权利要求11所述的成像组件，其特征在于，所述相机和透镜模块的视场具有从大约9cm到大约21cm的宽度。

22.如权利要求11所述的成像组件，进一步包括样本抽屉，其中样本可被安置并被移动到所述目标区域中。