CN113167647A - 用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备、用于芯片实验室分析仪器的光学模块和用于运行芯片实验室分析仪器的光学模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备（130）。光学模块具有光路。滤波设备（130）包括载体元件（205）、滤波器载体（210）和驱动装置（215）。载体元件（205）能布置在光学模块（100）中。滤波器载体（210）可移动地布置在载体元件（205）上。滤波器载体（210）还具有第一滤波区（220）和第二滤波区（225）。驱动装置（215）被构造为：使滤波器载体（210）在第一滤波区（220）布置在所述光路中的第一方位与第二滤波区（225）布置在该光路中的第二方位之间移动。

Description

用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备、用于芯片 实验室分析仪器的光学模块和用于运行芯片实验室分析仪器 的光学模块的方法

技术领域

本发明的出发点是一种根据独立权利要求的前序部分所述的设备或方法。

背景技术

体外诊断（IVD）是医疗产品领域，所述医疗产品测量人类样本中的特定参量，如分子浓度、特定DNA序列的存在或者血液成分，以便容许做出诊断和治疗决策。这可以在一系列实验室步骤中完成，其中样本可以被整理为使得目标参量能在没有干扰的情况下被测量。在此，不同的实验室方法可以与分别适合于该方法的仪器一起被应用。在用于近患者实验室诊断的分析仪器、即所谓的即时护理（point-of-care）仪器中，这种体外诊断测试可以在仪器中被模仿，以便减少用户的手动步骤的数目。在此，样本或样品可以被放入一次性试剂盒中。在将该试剂盒放入分析仪器中之后，可以全自动地执行诊断测试。为了执行基于荧光的检测方法，分析仪器可具有光学元件或光机械元件。

发明内容

在该背景下，利用这里提出的方案，提出了按照独立权利要求所述的一种用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备、一种用于芯片实验室分析仪器的光学模块和一种用于运行芯片实验室分析仪器的光学模块的方法。通过在从属权利要求中提及的措施，对在独立权利要求中说明的设备的有利的扩展和改进都是可能的。

有利地，该滤波设备可以被用作芯片实验室分析仪器的光机械设备。该滤波设备的电驱动滤波器载体能够实现快速的滤波切换，这在诊断方法方面是有利的。该滤波设备的构造能够实现不同的光学检测方法，这对于芯片实验室分析仪器的广泛的应用可能性来说有利。有利地，该滤波设备还能够实现特别紧凑的结构类型。

提出了一种用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备。光学模块具有光路。该滤波设备包括载体元件、滤波器载体和驱动装置。载体元件能布置在光学模块中。滤波器载体可移动地布置在载体元件上。滤波器载体还具有第一滤波区和第二滤波区。驱动装置被构造为：使滤波器载体在第一滤波区布置在该光路中的第一方位与第二滤波区布置在该光路中的第二方位之间移动。

芯片实验室分析仪器可以是用于执行诊断方法的仪器，在该诊断方法中分析芯片实验室试剂盒，该芯片实验室试剂盒也可以被称作芯片实验室或者微流体系统。光学模块可以被用于光学诊断，例如以便在每个聚合酶链式反应循环之后借助于荧光测量来观察DNA的复制，或者光学模块可以被用于像熔解曲线分析那样的其它基于荧光的检测方法。光学模块的光路可以是激发光路或者检测光路。激发光路可以从光源延伸到芯片实验室试剂盒。检测光路可以从芯片实验室试剂盒延伸到图像传感器。该滤波设备可以被用于对遵循该光路的光进行滤波。有利地，该滤波设备的时间上依次不同的滤波区可以被定位到该光路中。由此，光的时间上依次不同的波长可以被滤除或允许通过。在滤波器载体的第一滤波区和第二滤波区处能布置两个不同的滤波器，例如彩色滤波器和黑色滤波器。在这些滤波区之一处也可以不布置滤波器，使得实现空位。在彩色滤波器的情况下，可以在相对应的滤波区处滤除光的至少一个波长范围。在黑色滤波器的情况下，光可以在相对应的滤波区处完全被吸收。在空位的情况下，光可以未经滤波地经过相对应的滤波区。驱动装置例如可以是电动的而且被构造为改变这些滤波区的位置。为此，驱动装置可以使滤波器载体为了占据第一方位和第二方位而例如线性移动或者旋转，以便将这些滤波区中的一个或多个滤波区布置在光路中。

按照一个实施方式，第一滤波区可以形成为光学滤波器或者空位。附加地或替选地，第二滤波区可以形成为光学滤波器或者空位。此外，滤波器载体也可具有其它滤波区，这些其它滤波区也可以形成为光学滤波器或者空位。形成空位是有利的，以便能够实现化学发光检测。

按照一个实施方式，驱动装置可以实施为具有齿形带和电动机的带传动装置。电动机例如可以实施为步进电机。为了移动滤波器载体，齿形带例如可以与驱动辊连接，该驱动辊通过该电动机来驱动。为了使齿形带拉紧，可以使用张紧辊。 通过对滤波器载体的这种驱动，能够特别快速地、例如在小于半秒的时间内变换滤波区的方位并且借此进行滤波器变换。

按照一个实施方式，该滤波设备也可具有传感器，该传感器构造为提供表示滤波器载体的定位的传感器信号。传感器例如可以实施为霍尔传感器或者光电传感器。光电传感器可以实现测量技术中已知的透射光法或入射光法。传感器可以构造为：检测滤波器载体的滤波区的方位或者检测滤波器载体的移动。这能够有利地实现对滤波器载体以及借此滤波区和布置在这些滤波区中的滤波器的位置的准确监控。传感器信号例如可以被用于控制驱动装置、光源和/或图像传感器。

按照一个实施方式，滤波器载体可以实施为可线性移动的滤波器滑块或者可旋转的滤波器轮。实施为可线性移动的滤波器滑块（也称作Slider）能够有利地实现在使滤波器载体相对于载体元件移动时滤波器载体的最小化的行进路程，以便设定这些滤波区的方位。例如，如果该滤波设备布置在用于荧光激发的激发光路中，则实施为滤波器轮是有利的。

如果滤波器载体实施为可线性移动的滤波器滑块，则该滤波设备可具有另一滤波器滑块。该另一滤波器滑块可以以可移动的方式布置在载体元件上。此外，该另一滤波器滑块可具有另一第一滤波区和另一第二滤波区。驱动装置可以构造为：使该另一滤波器滑块在该另一第一滤波区布置在该光路中的另一第一方位与该另一第二滤波区布置在该光路中的另一第二方位之间移动。该滤波器滑块和该另一滤波器滑块可以部分重叠地布置，这在紧凑的结构类型方面有利。

用于芯片实验室分析仪器的光学模块可具有另一光路。在这种情况下，按照一个实施方式，在该滤波器滑块的第一方位中，第一滤波区可以布置该光路中并且第二滤波区可以布置在该另一光路中。附加地或替选地，在该另一滤波器滑块的另一第一方位中，另一第一滤波区可以布置在该光路中并且另一第二滤波区可以布置在该另一光路中。此外，根据这些滤波区在该滤波器滑块和该另一滤波器滑块上的布置，在该滤波器滑块的第一方位中，第一滤波区可以布置在该光路中并且第二滤波区可以布置在该另一光路中或者布置在该光路之外并且布置在该另一光路之外。此外，在该滤波器滑块的第二方位中，第二滤波区可以布置在该光路中并且第一滤波区可以布置在该另一光路中或者布置在这些光路之外。因此，能够有利地在光学上单独影响多个光路。

按照一个实施方式，该滤波器滑块和该另一滤波器滑块也可以至少部分重叠地布置并且能相对于彼此平移移动。为此，该滤波器滑块和该另一滤波器滑块例如可以在滚珠轴承导轨上平移滑动地布置。该布置关于布置在这些滤波区上的滤波器的快速的滤波器变换方面并且关于该滤波设备的尽可能小的宽度方面有利。

按照一个实施方式，如果光学模块具有另一光路并且滤波器载体实施为滤波器轮，则该滤波设备可具有另一滤波器轮。该另一滤波器轮可以以可旋转的方式布置在载体元件上。此外，该另一滤波器轮可具有另一第一滤波区和另一第二滤波区。驱动装置可以构造为：使该另一滤波器轮在该另一第一滤波区布置在该另一光路中的另一第一方位与该另一第二滤波区布置在该另一光路中的另一第二方位之间移动。如果该滤波设备布置在用于荧光激发的激发光路中，例如如果在光学模块中容纳有具有多个被单独激发的腔室的试剂盒，则实施另一滤波器轮是有利的。

按照一个实施方式，如果该滤波设备包括该滤波器轮和该另一滤波器轮，则这些滤波器轮可以并排布置并且能同步旋转。该实施方案能够实现快速且均匀的滤波器变换，这在同时光学激发多个区域方面有利。

利用该方案，还提出了一种用于芯片实验室分析仪器的光学模块。该光学模块包括：光源；用于芯片实验室试剂盒的容纳区；图像传感器；第一滤波设备的实施方式；和第二滤波设备的实施方式。第一滤波设备布置在光源与容纳区之间的激发光路中。第二滤波设备布置在容纳区与图像传感器之间的检测光路中。

该光学模块例如可以在容纳在容纳区中的芯片实验室试剂盒的一个或多个区域或腔室中用于多个荧光波范围内的荧光激发。该光学模块还可以被用于在图像区域内的多个荧光波范围内的荧光检测。在此，能够有利地实现在例如半秒内的快速的滤波器变换。

如果在容纳区中容纳有芯片实验室试剂盒，则可以借助于白色发光二极管作为光源来进行荧光激发。发光二极管例如可以是温度稳定的并且借助于控制光电二极管来予以强度监控。所发出的光路可被称作激发光路。激发光路可以朝着第一滤波设备的方向偏转，第一滤波设备例如可包括滤波器轮形式的滤波器载体。激发光路可以通过第一滤波设备被偏转到芯片实验室试剂盒的所要激发的区域并且在芯片实验室试剂盒上反射或发荧光。所辐射的光可以作为检测光路被偏转到第二滤波设备，该第二滤波设备例如可包括滤波器滑块作为滤波器载体。从那里朝着图像传感器的方向引导检测光路。图像传感器例如可包括微距透镜。

也提出了一种用于运行芯片实验室分析仪器的上述光学模块的实施方式的方法。该方法包括：提供第一设定信号的步骤；提供第二设定信号的步骤；提供第一滤波器变换信号的步骤；和提供第二滤波器变换信号的步骤。第一设定信号构造为：将第一滤波设备的滤波器载体设定在被分配给分析模式的方位。被分配给分析模式的方位例如可以是滤波器载体的第一方位或者滤波器载体的第二方位。第二设定信号构造为：将第二滤波设备的滤波器载体设定在被分配给分析模式的方位。第一滤波器变换信号构造为：将第一滤波设备的滤波器载体设定在被分配给另一分析模式的方位。第二滤波器变换信号构造为：将第二滤波设备的滤波器载体设定在被分配给另一分析模式的方位。在此，第一滤波设备的滤波器载体的被分配给该另一分析模式的方位例如可以对应于第一滤波设备的滤波器载体的被分配给该分析模式的方位，在这种情况下不改变滤波器载体的所设定的方位。

附图说明

这里所提出的方案的实施例在附图中示出并且在随后的描述中更详细地予以阐述。其中：

图1示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的示意图；

图2至4各示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备的示意图；

图5示出了具有按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备的组件的示意图；

图6示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备的示意图；

图7示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的部分的示意图；

图8示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备的部分的示意图；

图9示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的部分的示意图；

图10示出了具有按照实施例的光学模块的芯片实验室分析仪器的示意图；

图11示出了用于运行按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的方法的流程图；

图12示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的应用的示意图；以及

图13示出了具有按照实施例的光学模块的芯片实验室分析仪器的应用的示意图。

在随后对本发明的有利的实施例的描述中，相同或者类似的附图标记被用于在不同的图中示出的并且起类似作用的元件，其中省去了对这些元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块100的示意图。光学模块100包括：光源105、用于芯片实验室试剂盒115的容纳区110、图像传感器120、第一滤波设备125和第二滤波设备130。第一滤波设备125布置在光源105与容纳区110之间的激发光路135中。第二滤波设备130布置在容纳区110与图像传感器120之间的检测光路140中。

光学模块100也可被称作荧光光学组件或者被称作用于体外诊断的光流体分析平台。在容纳区110中示例性地布置有芯片实验室试剂盒115。光源105例如实施为白色发光二极管。借助于导锥145作为光导（Light guide），由光源105辐射的光被传导到第一滤波设备130，并且接着被传导到在芯片实验室试剂盒115上的激发区。芯片实验室试剂盒115具有装有反应液的腔室。例如，在对应于激发区的腔室内在反应液中发生荧光激发。接着，所发射的荧光沿着检测光路140被传导到第二滤波设备130并且借助于可选的微距透镜150被成像在图像传感器120上。

在第二滤波设备130中可选地布置有彩色滤波器，该彩色滤波器构造为对相对应的检测波长进行滤波。以这种方式，所要检测的波长可以经过该滤波设备130。该光学模块也可具有多个光源105。在这种情况下，第一滤波设备125和第二滤波设备130相对应地形成为对多个光路的光进行滤波或传导。在这些滤波设备125、130上例如布置有单色滤波器。

图像传感器120例如能实施为CMOS检测器，其具有比一个或多个光源105所覆盖的更大的记录场。这里示出的光学模块100能用于控制、初始测试和不同的检测方法以及用于不同的记录模式和不同的记录模式的组合，这依据随后的附图更详细地被描述。由此，尽管光学模块100的结构类型紧凑，仍能够有利地实现不同的检测方法。由于模块化构造，光学模块100在明确限定的设计规则和接口规范的情况下提供了高实现变化。此外，能够有利地实现反馈系统和动态步骤流程。根据光学模块100的构造、例如具有多个光源105和相对应地形成的滤波设备125、130的构造，还能够并行地运行和记录过程。为此，例如在测量真正的信号之前，在相同或不同记录模式下进行各种控制记录。这样，控制可以是空间分辨图像，而真正的测量是平均值。在不规则的情况下，可以变换检测模式，以便直接评估错误，如依据图13所描述的那样。

这里示出的光学模块100能与芯片实验室分析仪器相结合地用于实施像聚合酶链式反应（PCR）、荧光测量或pH测量那样的测量方法，尤其是用于评估不同的生化诊断方法，这些生化诊断方法借助于像这里示例性示出的芯片实验室试剂盒115（也称作芯片实验室或Lab-on-Chip）那样的微流体系统来以流体方式被处理和分析。光学模块100例如能用于执行定量PCR（qPCR）或者还有实时qPCR，其中在每个PCR循环之后借助于荧光测量来观察DNA的复制。为了对PCR产品进行检测和定量，使用DNA染料。另一种基于荧光的方法是熔解曲线分析，其中DNA双链在特定于DNA序列的温度下被熔解。在此，荧光染料被释放并且能检测荧光信号的变化。在此，温度以十分之一度步长逐步在例如20-95℃之间的范围内经历，并且在每个温度步长之后或在温度升高期间应该测量荧光。通过使用不同的染料，能够实现用于检测不同DNA序列的多重测试（不仅在qPCR的情况下而且在熔解曲线或其它基于荧光的检测方法的情况下）。借助于这里示出的光学模块100，能够有利地在短时间内、例如在几秒之内在最小的结构空间上读出不同染料的荧光。

将滤波设备125、130上的光学滤波元件布置在荧光光学系统的激发光路135和检测光路145中以及形成依据随后的附图2至5更详细地描述的滤波设备125、130能够有利地实现在两个滤波元件之间的平均半秒的滤波器变换时间，使得针对四种颜色的包括图像传感器120的图像记录时间在内的小于六秒半的循环时间是可能的。借助于图像传感器120例如在大于20 x 20平方毫米的大检测范围内进行荧光检测。根据该光学模块的构造，在此可能在芯片实验室试剂盒115的分别具有至少2毫米的直径的多个腔室中进行荧光激发。在此，光学模块100的宽度例如小于200毫米。例如通过图像处理算法来进一步进行对所记录的荧光图像的图像分析。在此，可以执行试剂腔室的识别，用于腔室在图像之内的位置识别，和/或可以执行液体塞识别和分析。

图2示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备130的示意图。这里示出的滤波设备130类似于或对应于依据图1所描述的第二滤波设备。在此，该光学模块具有至少一个光路。按照所示出的实施例，滤波设备130具有用于光路的通孔201和可选的用于另一光路的另一通孔202。示例性地，滤波设备130具有小于250毫米的长度和小于100毫米的宽度。

滤波设备130具有载体元件205、滤波器载体210和驱动装置215。载体元件205能布置在该光学模块中。滤波器载体210可移动地布置在载体元件205上。此外，滤波器载体210至少具有第一滤波区220和第二滤波区225，这里该滤波器载体示例性地也具有第三滤波区230。驱动装置215被构造为：使滤波器载体210在第一滤波区220布置在所述光路中的第一方位与第二滤波区225布置在该光路中的第二方位之间移动。如果该光路例如通过第一通孔201来传导，则滤波器载体210这里在第一方位中示出。

按照这里所示出的实施例，驱动装置215实施为具有齿形带235和电动机的带传动装置。该电动机例如可以是步进电机，也称作步进马达。借助于齿形带235，能够使滤波器载体210快速移动并且准确定位。为了使齿形带235拉紧，使用另外的张紧辊237。

按照这里所示出的实施例，滤波器载体210实施为可线性移动的滤波器滑块。可借助于驱动装置215来移动的滤波器载体210可以相对应地沿着齿形带235的部段被移动，例如用于设定滤波器载体的第一、第二或者其它方位。

按照这里所示出的实施例，除了作为滤波器滑块的滤波器载体210之外，滤波设备130具有可选的另一滤波器滑块240。该另一滤波器滑块240可移动地布置在载体元件205上。该另一滤波器滑块240也具有另一第一滤波区和另一第二滤波区。在作为滤波器滑块的滤波器载体210和该另一滤波器滑块240的这里示出的方位下，该另一第一滤波区位于第一滤波区220下方并且该另一第二滤波区位于第二滤波区225下方。驱动装置215构造为：使该另一滤波器滑块240在该另一第一滤波区布置在该光路中的另一第一方位与该另一第二滤波区布置在该光路中的另一第二方位之间移动。

此外，按照这里所示出的实施例，作为滤波器滑块的滤波器载体210和该另一滤波器滑块240至少部分重叠地布置。此外，该滤波器滑块210和该另一滤波器滑块240能相对于彼此平移移动。以这种方式，能够将这些滤波区220、225、230或者其它滤波区中的各一个滤波区移动到该光路中。此外，能够将这些滤波区220、225、230与这些其它滤波区相组合。在此，按照一个实施例，这些滤波区220、225、230以及这些其它滤波区能形成为光学滤波器或者空位，由此例如也能够借助于这里示出的在芯片实验室分析仪器的光学模块中的滤波设备130来检测化学荧光。

按照该实施例，该光学模块具有该另一光路。在滤波器滑块210的第一方位，第一滤波区220布置在延伸经过通孔201的光路中并且第二滤波区225布置在延伸经过另一通孔202的另一光路中。附加地或替选地，在该另一滤波器滑块240的另一第一方位，该另一第一滤波区布置在该光路中并且另一第二滤波区布置在该另一光路中。

因此，在滤波设备130和光学模块的安装状态下，能够在容纳在该光学模块中的芯片实验室试剂盒的一个或多个区域或腔室中执行多个荧光波范围内的荧光激发，并且然后能够在图像区域内实现在多个荧光波范围内的荧光检测。布置在该滤波器载体或该另一滤波器滑块240中的滤波器的滤波器变换能够借助于驱动装置在平均半秒内被实现。为此，作为滤波器滑块的滤波器载体210和该另一滤波器滑块240相对于彼此平移移动，以便分别将容纳在这些滤波区220、225、230或者这些其它滤波区之一中的彩色滤波器移动到图像区域内，以便能够借助于该光学模块的图像传感器来实现检测。在此，在每个滤波器滑块210、240中都至少包含彩色滤波器和空位。按照一个实施例，滤波器滑块210、240形成为在滚珠轴承导轨上平移滑动。这能够实现滤波器滑块210、240在超过两百五十万次滤波器变换的情况下的免维护运行。借助于传感器来检测和监控这些滤波器滑块210、240的位置。以这种方式，能够在所有滤波元件的顺序移动期间实现这些滤波器滑块210、240的最小化的行进路程。

图3示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备130的示意图。示出了该滤波设备的在图2中示出的实施例的俯视图，相对应地在载体元件205上布置有作为可线性移动的滤波器滑块的滤波器载体210，而且滤波设备130包括另一滤波器滑块240和作为带传动装置的驱动装置215。按照这里所示出的实施例，滤波器滑块210和该另一滤波器滑块240通过齿形带235利用驱动辊305（也称作滑轮（pulley））处的电动机单独被驱动。在此，按照这里所示出的实施例，该滤波器滑块210和该另一滤波器滑块240的位置借助于光电传感器310来监控。例如，光电传感器310布置在载体元件205的侧壁上，其中给滤波器滑块210、240的不同位置分配距光电传感器310的不同距离。

此外，按照这里所示出的实施例，第一滤波区220形成为光学滤波器315或者空位320。附加地或替选地，第二滤波区225形成为光学滤波器315或者空位320。这里，示例性地，第一滤波区220和第二滤波区225形成为光学滤波器，而且第三滤波区230形成为空位。为了形成空位320，例如空出滤波器留空部，并且为了将这些滤波区220、225、230之一形成为光学滤波器315，将光学滤波器315布置在该滤波器留空部处。如果在与该光学模块连接的状态下滤波器滑块210定位为使得布置在第一滤波区220中的光学滤波器315、例如彩色滤波器布置在图像区域内、即布置在该光路中，则该另一滤波器滑块240例如布置为使得空位320位于第一滤波区220下方。即如果这些滤波器滑块210、240之一在图像区域内定位在作为彩色滤波器的光学滤波器315的位置上，则另一滤波器滑块210、240处在空位的方位。如果两个滤波器滑块210、240都被设置到空位并且芯片实验室试剂盒的所要检测的区域不被激发光路照射到，则可以检测化学荧光检测、即自发光反应。如果两个滤波器滑块210、240都在空位320上并且在激发光路中激活另一激发波长，则可以记录整个图像区域的控制图像。

图4示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备125的示意图。这里示出的滤波设备125类似于或对应于依据图1所描述的第一滤波设备。按照这里所示出的实施例，滤波器载体210实施为可旋转的滤波器轮并且在下文也被称作滤波器轮210。按照这里所示出的实施例，滤波设备125还具有可选的另一滤波器轮405。该另一滤波器轮405具有另一第一滤波区410和另一第二滤波区415。这里，该滤波器轮210和该另一滤波器轮405示例性地各具有第三滤波区和第四滤波区。驱动装置215构造为不仅使该滤波器轮210运动而且使该另一滤波器轮405运动。因此，驱动装置215构造为：使该另一滤波器轮405在该另一第一滤波区410布置在该另一光路中的另一第一方位与该另一第二滤波区415布置在另一光路中的另一第二方位之间运动。

按照这里所示出的实施例，这些滤波器轮210、405横置并排布置在一个平面内。此外，该滤波器轮210和该另一滤波器轮405能借助于驱动装置215的齿形带235同步旋转。

按照这里所示出的实施例，该滤波器轮210和该另一滤波器轮405各具有四个滤波区405、410，在这四个滤波区上布置有光学滤波器作为激发滤波器。此外，这些滤波器轮210、405还各具有黑色位置，以便在需要时阻挡光源、例如发射白光的激发发光二极管的光，例如以便能够实现对暗图像或噪声图像的记录，或者以便执行化学荧光检测。

这里所示出的滤波设备125的形成能够有利地实现具有例如小于200毫米的宽度的紧凑的结构类型，其中能够如这里所示出的那样针对每个滤波器轮210、405形成五个滤波区。例如，也可能的是将每个滤波器轮210、405的六个滤波器位置在两个激发区的情况下布置在具有超过2毫米的直径的芯片实验室试剂盒上。将这里所示出的具有驱动装置215的滤波设备125布置在该光学模块的激发光路中能够有利地实现平均小于半秒的滤波器变换。

图5示出了具有按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备125的组件的示意图。除了与依据图4所描述的滤波设备类似或对应的滤波设备125之外，该组件还包括两个布置在滤波设备125上的发光二极管形式的光源105。每个光源105在朝向滤波设备125的一侧包括光导（light guide）。该光学模块的这里所示出的组件的机械构件例如由塑料和铝制成。这些构件也被阳极氧化成黑色或者黑色地被阳极氧化，以便将反射和光的穿透减少到最低限度。

这两个光源105例如能实现为白色光源，这些白色光源是温度稳定的并且借助于控制光电二极管来予以强度监控。为了激发芯片实验室试剂盒的多个区域或腔室，相对应地并排布置多个光源105和滤波器轮210、405，这里示例性地各两个光源和滤波器轮。为了快速的滤波器变换，借助于带传动装置形式的驱动装置215来使这些滤波器轮210、405运动。光源105的白色发光二极管的光可选地借助于光导被传导到滤波器和在芯片实验室试剂盒上的激发区。

按照这里所示出的实施例，滤波设备125还包括传感器510。传感器510这里示例性地实施为光电传感器。传感器510还构造为提供表示滤波器载体的定位的传感器信号。该传感器信号可以被用于控制驱动装置215。此外，滤波设备125包括实施为滤波器轮的滤波器载体210和另一滤波器轮405，该滤波器载体和该另一滤波器轮可旋转地布置在载体元件205上。

图6示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备125的示意图。这里示出的滤波设备125类似于或对应于依据图4和5所描述的滤波设备。作为滤波器轮的滤波器载体210和该另一滤波器轮405这里示例性地各具有五个滤波区，这五个滤波区中分别有一个滤波区实现为用于阻挡光的所谓的黑色位置并且有四个滤波区实现为光学滤波器。这些光学滤波器这里示例性地实施为激发彩色滤波器并且居中地定位于这些滤波器轮210、405上并且固定地粘贴到这些滤波器轮210、405中。在此，这些滤波区并且借此这些彩色滤波器在作为滤波器轮的滤波器载体210和另一滤波器轮405中定位为使得在两个场中分别定位相同的彩色滤波器并且同时能激发在芯片实验室试剂盒上的两个位置。例如，这些彩色滤波器具有黑色、灰色、红色、橙色和蓝色。

图7示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的部分的示意图。示例性地示出了两个光源105作为该光学模块的部分。在这些光源105中的每个光源处都布置有光导705，该光导锥形地形成。还示出了两个透镜710，这两个透镜中的各一个透镜布置在每个光导705的背离光源105的一端。该光学模块的这里示出的部分也包括作为滤波器轮的滤波器载体210和该另一滤波器轮405的片段。作为滤波器轮的滤波器载体210和该另一滤波器轮405的片段各布置在这些透镜710之一的背离光导705的一端。

按照这里所示出的实施例，该光学模块包括多于一个的光源105。这里，示例性地并行布置两个发光二极管作为光源105，这两个发光二极管各具有漏斗形光导705之一和透镜710之一。滤波器轮210、405被设置为使得它们借助于齿轮来彼此相连。马达齿轮使两个滤波器轮210、405同时运动，如依据随后的图8所示出的那样。这些子单元在滤波器轮210、405下游组合并且共享同一中继透镜。不过，通过在光导705的管口（Trichter）中的透镜710，光路在空间上被分辨。这些子单元彼此对称，但是也可以不对称地被实现。根据滤波器轮210、405的结构和齿部来得到光源105的布置。

图8示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的滤波设备125的部分的示意图。根据该光学模块的滤波设备125的依据图7所描述的部分，示出了作为滤波器轮的滤波器载体210和该另一滤波器轮405的布置。按照这里所示出的实施例，驱动装置215包括马达齿轮805。马达齿轮805构造为：使作为滤波器轮的滤波器载体210和该另一滤波器轮405同步旋转，以便设定在该滤波器载体210和该另一滤波器轮405上的滤波区的位置。在此，马达齿轮805的齿直接啮合到滤波器轮210、405的齿轮圈中。以这种方式，可以省去齿形带。

图9示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的部分的示意图。作为该光学模块的部分，示出了该光学模块的与微距透镜相结合的摄像机或图像传感器的总视场905。借助于包括光源的曝光单元来产生两个均匀的光斑910、911，这些光源类似于或对应于依据上述附图所描述的光源。这些光斑910、911对应于容纳在该光学模块中的芯片实验室试剂盒的借助于光源105照亮的区域。光斑910、911具有在所显示的光斑区域内的均匀的照明。如果在荧光模式下进行工作，则在那里能看到与滤波器相对应的荧光团。如果选择分析滤波器，则可以通过散射光从周围环境中看到更多并且也可以观察整个总视场905。光斑910、911还示出了能够进行定量的荧光测量的区域。在该区域内也可能进行定量的吸收测量。对于需要局部分辨的反射图像来说，这可以通过高曝光时间和散射光来实现。所希望的记录区、即所要测量的视场（英文Region of Interest [ROI]）可以经由软件来选择。理论上，所希望的记录区在像素与总视场905之间移动。动态视场选择可以被用于减少数据量，以便不必存储整个视场905并且作为数据包被寄送。在软件技术上，图像也可以通过组合来自不同记录的不同的所希望的记录区（ROI）来构建。

图10示出了具有按照实施例的光学模块100的芯片实验室分析仪器1000的示意图。在芯片实验室分析仪器1000中布置有一次性微流体单元形式的芯片实验室试剂盒115。化学品和流体通道位于芯片实验室试剂盒115上。控制、条件、功能和检测单元以固定限定的接口、例如在光学模块100与芯片实验室试剂盒115之间的接口形式集成到芯片实验室分析仪器1000中。中央控制单元1005协调芯片实验室分析仪器1000的所有其它单元。为此，控制单元1005以有信号传输能力的方式与芯片实验室分析仪器1000的如下单元连接：光学模块100，该光学模块也形成为中央检测单元；声学单元1010，该声学单元可以产生或测量声波；温度单元1015；用户界面1020；气动单元1025；和库1030，该库具有各种软件，例如特定于化验的评估算法和数据存储器。控制单元1005处理预先限定的步骤的特定于化验的协议。在此，控制单元1005在时间上受控制的流程中激活相对应的单元。在此，该控制单元主要发出指令。但是，也可能的是：作为响应，控制单元1005接收数据、评估数据并且接着决定在化验协议中的继续并且动态地适配该协议。

除了像具有用于处理像这里所示出的芯片实验室试剂盒115那样的微流体单元的能力的芯片实验室分析仪器100的这里所示出的实施例那样的系统之外，还能够提供一种具有相同架构和处理多个微流体单元的能力的规模化系统。在此，每个微流体单元都可获得它自己的、结构相同的以光学模块100形式的光学单元。替选地，这些微流体单元可以被布置为使得光学模块100借助于机动xy平台、即可朝两个方向移动的框架来回被挪动并且连续记录图像。

图11示出了用于运行按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的方法1100的流程图。这里示出的方法1100能用于运行该光学模块的上述实施例。该方法1110包括：提供第一设定信号的步骤1105；提供第二设定信号的步骤1110；提供第一滤波器变换信号的步骤1115；和提供第二滤波器变换信号的步骤1120。在步骤1105中的第一设定信号构造为：将第一滤波设备的滤波器载体设定在被分配给分析模式的方位。被分配给分析模式的方位例如可以是滤波器载体的第一方位或者滤波器载体的第二方位，如上文依据图2和3所描述的那样。在步骤1110中的第二设定信号构造为：将第二滤波设备的滤波器载体设定在被分配给该分析模式的方位。在步骤1115中的第一滤波器变换信号构造为：将第一滤波设备的滤波器载体设定在被分配给另一分析模式的方位。在步骤1120中的第二滤波器变换信号构造为：将第二滤波设备的滤波器载体设定在被分配给该另一分析模式的方位。

在下文，依据图像记录的不同模式示例性地阐述方法1100的实施例并且借此阐述该光学模块的第一和第二滤波设备的示例性的设定和滤波器变换可能性：在“阻挡（blocked）”分析模式下，来自发光单元的方向和朝着检测单元的方向的光路被遮挡，相对应地，第一滤波设备（也称作滤波器LED）和第二滤波设备（也称作滤波器摄像机（FilterCamera））的滤波器载体处在“快门方位”。“阻挡”分析模式例如被用于测量CMOS芯片的噪声（椒盐噪声（Salt-and-Pepper-Noise））。在“反射光”分析模式下，不将滤波器放置到LED和摄像机前面，或者将分析滤波器放置到LED和摄像机前面。在这些LED前面也可以依次添加不同的LED滤波器并且将它们相对应地相加。在“反射光”分析模式下，在第一滤波设备的滤波器载体的被照亮的滤波区中相对应地布置分析或激发滤波器，并且在第二滤波设备的滤波器载体的被照亮的滤波区中布置分析滤波器或者无滤波器。为荧光设置相对应的激发和发射滤波器。在“荧光”分析模式下，激发滤波器布置在第一滤波设备的相对应的滤波区中并且发射滤波器布置在第二滤波设备的滤波区中。对于化学荧光测量来说，将光源阻挡并且使用分析滤波器。在“化学荧光”分析模式下，在第一滤波设备的相对应的滤波区中存在“快门”，并且在第二滤波设备的滤波区中存在分析滤波器或者没有滤波器。这些模式可以与动态视场（RoI）相结合。

图12示出了按照实施例的用于芯片实验室分析仪器的光学模块的应用的示意图。示出了在该方法的流程中具有不同视场的不同记录模式的组合。第一记录模式1205示例性示出了总视场。在此，例如可以控制微流体单元、即芯片实验室试剂盒的方位。利用该信息，可以为芯片实验室试剂盒建立相对坐标系。这是令人感兴趣的，因为由于制造和机械条件，每个芯片实验室试剂盒都可以经轻易移动地位于分析单元、即芯片实验室分析仪器中。该信息必须一次性被测量，并且利用同一芯片实验室试剂盒的后续记录的ROI可以动态被适配。利用这种图像，也可以查明在微流体通道中是否存在流体。第二记录模式1210表明通过荧光能如何读取化验结果。在下一步骤中，如果第一部分的第一测量方法完成并且样品进一步被处理，则通过图像记录可以在透射光模式下如依据第三记录模式1215所示出的那样控制从第一方法到第二方法的转变是否成功完成或者例如空气是进入系统还是没有发生混合。在下一步骤中，接着可以利用另一记录模式、这里所示出的第四记录模式1220来进行第二种方法。在全部步骤中，可以利用同一光学单元、即该光学模块来记录不同的滤波器位置和视场。作为示例，这里列举了一种化验，在该化验中在第一步骤中样本材料被纯化，借助于PCR来进行扩增，并且借助于DNA微阵列来证实PCR产品的特异性。除了通用情况图像之外，在此也可以在明场中总是反复测量分析物中是否有气泡。接着，可以借助于荧光来跟踪PCR。例如实时跟踪，要不然利用起点和终点测量。接着，微阵列可以借助于化学荧光来读取。常常在空间上与PCR反应容器分开的微阵列这样可以在分析单元系统的所描述的布置之后简单地被布置在芯片实验室试剂盒上并且借助于通道被连接。

图13示出了具有按照实施例的光学模块的芯片实验室分析仪器的应用的示意图。在此，例如使用芯片实验室分析仪器，如依据图10所描述的那样。作为示例，这里示出了将该芯片实验室分析仪器用于LoC化验的动态进展控制。为此，在这里所示出的记录模式1305下进行记录。然而，进行评估，这里通过第一方框1310来标记。如果进行定量测量、例如荧光测量，则在现场（in-situ）评估结果。如果信号对应于根据常规值的化验，则继续试验流程或者测量，相对应地也还继续执行记录模式1305。如果在所测量的值中查明有异常，则测量场在另一分析模式1315、例如反射光中而不是荧光中被测量，以便分析这是否导致该异常。进行偏差测量和与已知异常的对照，这里通过第二方框1320来标记。在此，将该偏差测量与可能的错误的库进行对照。在每次化验的情况下都存在异常的不同的形成原因。利用不同的记录模式可以检查和分析这些形成原因。接着，可以将错误分析与该库进行对照，并且可以返回相对应的错误报告，这里通过第三方框1325“错误码（error code）”来标记。如果错误在库中没有被注明，则该错误也可以经由通信接口寄回到平台提供商地被分析并且作为新元素被记录到该库中。然后，根据来自该库中的与该错误报告相对应的命令来继续该方法，这里通过第四方框1330来标记这一点。

如果一个实施例包括在第一特征与第二特征之间的“和/或”逻辑关系，那么这应理解为：该实施例按照一个实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征，而按照另一实施方式要么只具有第一特征要么只具有第二特征。

Claims (12)

1.一种用于芯片实验室分析仪器（1000）的光学模块（100）的滤波设备（125、130），其中所述光学模块（100）具有光路，其中所述滤波设备（125、130）具有如下特征：

载体元件（205），所述载体元件能布置在所述光学模块（100）中；

滤波器载体（210），所述滤波器载体可移动地布置在所述载体元件（205）上并且具有第一滤波区（220）和第二滤波区（225）；

驱动装置（215），所述驱动装置被构造为：使所述滤波器载体（210）在所述第一滤波区（220）布置在所述光路中的第一方位与所述第二滤波区（225）布置在所述光路中的第二方位之间移动。

2.根据权利要求1所述的滤波设备（125、130），其中所述第一滤波区（220）和/或所述第二滤波区（230）形成为光学滤波器（315）或者空位（320）。

3.根据上述权利要求中任一项所述的滤波设备（125、130），其中所述驱动装置（215）实施为具有齿形带（235）和电动机的带传动装置。

4.根据上述权利要求中任一项所述的滤波设备（125、130），所述滤波设备具有传感器（310；510），所述传感器被构造为提供表示所述滤波器载体（210）的定位的传感器信号。

5.根据上述权利要求中任一项所述的滤波设备（125、130），其中所述滤波器载体（210）实施为可线性移动的滤波器滑块或者可旋转的滤波器轮。

6.根据上述权利要求中任一项所述的滤波设备（125、130），其中所述滤波器载体（210）实施为可线性移动的滤波器滑块，并且所述滤波设备具有另一滤波器滑块（240），所述另一滤波器滑块可移动地布置在所述载体元件（205）上并且具有另一第一滤波区和另一第二滤波区，其中所述驱动装置（215）构造为：使所述另一滤波器滑块（240）在所述另一第一滤波区布置在所述光路中的另一第一方位与所述另一第二滤波区布置在所述光路中的另一第二方位之间移动。

7.根据权利要求6所述的滤波设备（125、130），其中所述光学模块（100）具有另一光路，其中在所述滤波器滑块的第一方位，所述第一滤波区（220）布置所述光路中并且所述第二滤波区（225）布置在所述另一光路中，和/或其中在所述另一滤波器滑块（240）的另一第一方位，所述另一第一滤波区布置在所述光路中并且所述另一第二滤波区布置在所述另一光路中。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的滤波设备（125、130），其中所述滤波器滑块和所述另一滤波器滑块（240）至少部分重叠地布置并且能相对于彼此平移移动。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的滤波设备（125、130），其中所述光学模块（100）具有另一光路，其中所述滤波器载体（210）实施为滤波器轮，并且所述滤波设备具有另一滤波器轮（405），所述另一滤波器轮以可旋转的方式布置在所述载体元件（205）上并且具有另一第一滤波区（410）和另一第二滤波区（415），其中所述驱动装置（215）构造为：使所述另一滤波器轮（405）在所述另一第一滤波区（410）布置在所述另一光路中的另一第一方位与所述另一第二滤波区（415）布置在所述另一光路中的另一第二方位之间移动。

10.根据权利要求9所述的滤波设备（125、130），其中所述滤波器轮（405）并排布置并且能同步旋转。

11.一种用于芯片实验室分析仪器（1000）的光学模块（100），其中所述光学模块（100）具有如下特征：

光源（105）；

用于芯片实验室试剂盒（115）的容纳区（110）；

图像传感器（120）；

根据上述权利要求中任一项所述的第一滤波设备（125），所述第一滤波设备布置在所述光源（105）与所述容纳区（110）之间的激发光路（135）中；和

根据上述权利要求中任一项所述的第二滤波设备（130），所述第二滤波设备布置在所述容纳区（110）与所述图像传感器（120）之间的检测光路（140）中。

12.一种用于运行根据权利要求11所述的用于芯片实验室分析仪器（1000）的光学模块（100）的方法（1100），其中所述方法（1100）具有如下步骤：

提供（1105）第一设定信号，所述第一设定信号构造为：将所述第一滤波设备（125、130）的滤波器载体（210）设定在被分配给分析模式的方位；

提供（1110）第二设定信号，所述第二设定信号构造为：将所述第二滤波设备（125、130）的滤波器载体（210）设定在被分配给所述分析模式的方位；

提供（1115）第一滤波器变换信号，所述第一滤波器变换信号构造为：将所述第一滤波设备（125、130）的滤波器载体（210）设定在被分配给另一分析模式的方位；并且

提供（1120）第二滤波器变换信号，所述第二滤波器变换信号构造为：将所述第二滤波设备（125、130）的滤波器载体（210）设定在被分配给所述另一分析模式的方位。

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