CN115494061A - 模块化光学分析系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及模块化光学分析系统和方法。一种用于生物样本分析的系统，包括多个模块化子组件和精密安装板，其中每个模块化子组件包括外壳和多个与外壳预对准的光学部件，并且外壳包括多个精密安装结构，并且每个模块化子组件机械地耦合到精密安装板，使得来自模块化子组件的每个精密安装结构直接附接到位于精密安装板或相邻模块化子组件上的相应精密安装结构，以优化光学机械公差。

Description

模块化光学分析系统和方法
本申请是申请日为2017年12月19日，申请号为201780082715.8，发明名称为“模块化光学分析系统和方法”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月5日提交的美国临时专利申请号62/442,937的和2017年3月24日提交的英国专利申请号1704771.3的权益，这两个专利申请以引用方式整体并入本文。
背景技术
生物光学分析仪器(如基因测序仪)倾向于包括多个可配置部件，每个部件具有多个自由度。这些生物光学分析仪器越来越复杂，导致制造和操作费用增加。一般来说，这些类型的仪器都能从其许多内部光学部件的精确对准中受益。例如，在一些基因测序仪器中，内部部件通常在精密公差内对准。对于这种仪器的许多制造技术涉及将所有部件安装在精密板上，然后配置和对准每个部件。部件对准可能在运输或使用期间发生变化。例如，温度变化可能会改变对准。重新对准每个部件需要时间和技巧。在一些示例中，可以存在所有部件中可达到的超过30个的总自由度，并且它们彼此交互。大量的自由度使对准和配置复杂化并且增加了系统操作的时间和费用。光学测序仪的制造和操作可以通过模块化架构降低所有系统部件上可达到的自由度来进行简化。
发明内容
本文公开的技术的各种实施方式提供了模块化光学分析系统。例如，模块化光学分析系统可用于分析生物样本，例如在基因测序仪的情形中。本文公开的技术的其他示例提供了用于制造、配置和操作模块化光学分析系统的方法。
在一些示例中，将模块化光学分析系统的部件分组为模块化子组件，然后将该模块化子组件安装在精密板或其他稳定结构上可以降低相对自由度并且简化整体系统维护。例如，在一个示例中，模块化光学分析系统可以包括分组成四个模块化子组件的成套部件。第一模块化子组件可以包括一起分组到线生成模块(LGM)的多个激光器和相应的激光光学器件。第二模块化子组件可以包括分组到发射光学模块(EOM)的透镜、调谐和滤光光学器件。第三模块化子组件可以包括分组到相机模块(CAM)中的相机传感器和相应的光机械装置。第四模块化子组件可以包括分组到聚焦跟踪模块(FTM)的聚焦跟踪传感器和光学器件。在一些实施方式中，系统的部件可以分组到不同的模块化子组件。根据特定的应用和设计选择，部件可能被分组为更少或更多数量的子组件。每个模块化子组件可以通过将各个部件结合到安装板或外壳上并且在模块化子组件的预定公差内精确地对准和配置部件来进行预制。每个模块化子组件可以被制造成使自由度最小化，使得仅关键部件可以在一个或更多个方向上移动或旋转，以实现精确对准。
系统还可以包括精密安装板。精密安装板可以制造有对准表面，诸如安装销、槽、狭缝、索环、翼片、磁铁、基准面、工具球或设计成在其期望的位置中接受和安装每个预制和测试的模块化子组件的其他表面。精密安装板需求可以包括平坦结构、非平坦结构、实心结构、中空结构、蜂窝状或网格状结构或本领域已知的其他类型的刚性安装结构。在一些示例中，精密安装板结合或耦合到被配置为保持水平安装表面并抑制振动的平台运动组件。该平台组件可以包括致动器以控制光学目标的一个或更多个控制表面从而提供对准模块化子组件的反馈，以例如在预定公差内重新定位一个或更多个光学部件或传感器。平台组件还可以包括一个或更多个样本保持器，并且可以包括精确运动设备，从而以步进或连续运动的方式将样本准确地定位在光学成像系统的视场内或经过该视场。
组装模块化光学分析系统可以包括将每个模块化子组件安装在精密安装板上并且使用一个或更多个控制调节部来执行最终对准。在一些实施方式中，在其部件的每一个上具有超过30个自由度的光学分析系统可以被减少到其部件的每一个上具有小于10个自由度的模块化光学分析系统，其中部件被分组成预先配置的模块化子组件。这些其余的自由度可以被选择用于优化部件间对准公差，而不实施主动或频繁的对准过程。在一些示例中，一个或更多个模块化子组件内的一个或更多个控制调节部可以使用安装在子组件中的一个或更多个相应的致动器来致动。
模块化子组件中的一个或更多个模块化子组件(例如，CAM或FTM)内的传感器和/或检测器可以被配置为将数据传输到计算机，该计算机包括处理器和其上存储有机器可读指令的非暂时性计算机可读介质。软件可配置为例如通过检测和分析光束聚焦、强度和形状来监测最优系统性能。在一些实施方式中，系统可以包括被配置为显示对于每个模块化子组件的对准和性能特定的图案的光学目标。然后，软件可以经由图形用户界面指示何时特定的模块子组件次最优地运行以及推荐开环调节或实施闭环动作过程以改正问题。例如，软件可以被配置为向致动器传输信号以在预定公差内重新定位特定部件，或者可以仅推荐置换执行不佳的模块化子组件。该软件可以本地运行或经由网络接口远程运行，实现远程系统诊断和调整。
在下文的一个或多个实施方案中可实现本公开的各方面。
1)一种系统，包括：
多个模块化子组件和精密安装板；
其中，每个模块化子组件包括外壳和与所述外壳对准的多个光学部件，并且所述外壳包括多个精密安装结构；并且
每个模块化子组件机械地耦合到所述精密安装板，使得来自模块化子组件的每个精密安装结构直接附接到位于所述精密安装板或者相邻模块化子组件上的相应精密安装结构。
2)根据1)所述的系统，其中，所述多个模块化子组件包括线生成模块、聚焦跟踪模块、相机模块或发射光学模块。
3)根据2)所述的系统，其中，所述线生成模块包括以第一波长操作的第一光源、以第二波长操作的第二光源以及以预定角度与每个光源对准的光束整形透镜。
4)根据3)所述的系统，其中，所述第一波长是绿色波长或蓝色波长，所述第二波长是绿色波长或红色波长，并且所述光束整形透镜是鲍威尔棱镜。
5)根据2)所述的系统，其中，所述发射光学模块包括光学耦合到线生成模块的物镜和光学耦合到所述物镜的镜筒透镜，所述物镜用于将光聚焦到定位成离所述物镜预定距离的流动池上。
6)根据5)所述的系统，其中，所述物镜沿着纵向轴线关节式运动，以相对于所述流动池的一个或更多个表面移动所述物镜的焦点。
7)根据5)所述的系统，其中，所述流动池包括半透明盖板、基板和夹在其间的液体，并且生物样本位于所述半透明盖板的内表面或所述基板的内表面处。
8)根据7)所述的系统，其中，所述生物样本包括DNA样本或RNA样本。
9)根据2)所述的系统，其中，所述聚焦跟踪模块包括聚焦跟踪光源和聚焦跟踪传感器：
其中，所述光源用于生成光束，通过所述多个光学部件传输该光束，以使得所述光束终止于所述聚焦跟踪传感器；并且
所述聚焦跟踪传感器通信地耦合到处理器和其上存储有机器可读指令的非暂时性计算机可读介质，所述机器可读指令在被执行时使所述处理器：
从所述聚焦跟踪传感器接收输出信号；以及
分析所述输出信号以确定所述光束的一组特性。
10)根据9)所述的系统，其中，所述机器可读指令在被执行时还使所述处理器生成反馈信号，所述反馈信号指示所述多个光学部件中的一个或更多个应该被重新配置以优化所述光束的所述一组特性。
11)根据1)所述的系统，其中，所述多个模块化子组件中的至少一个是现场可更换单元。
12)根据1)所述的系统，其中，所述多个精密安装结构包括狭缝、基准、翼片、销或凹腔。
13)根据2)所述的系统，其中，所述相机模块包括多个光学传感器，并且所述线生成模块包括多个光源，其中每个光学传感器被定向为接收并检测从光学目标发射的荧光光束，所述荧光光束响应于从所述光源之一发射的光束而触发。
14)一种方法，包括：
将多个光源设置在第一外壳内；
将镜筒透镜和物镜设置在第二外壳内；
将多个光学传感器设置在第三外壳内；
将聚焦跟踪光源和聚焦跟踪光学传感器设置在第四外壳内；以及
将所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳和所述第四外壳中的每一个安装到精密安装板。
15)根据14)所述的方法，还包括将光束整形透镜设置在所述第一外壳内。
16)根据15)所述的方法，还包括在将所述第一外壳安装到所述精密安装板之前，测试所述多个光源和所述光束整形透镜，并将所述多个光源和所述光束整形透镜对准到所述第一外壳。
17)根据14)所述的方法，还包括：
用所述聚焦跟踪光源生成光束；
通过所述物镜传输所述光束，使得所述光束反射离开被定向并且距所述物镜的远端预定距离的流动池；
在所述聚焦跟踪传感器处接收所述光束的反射；
使用所述聚焦跟踪传感器生成反馈信号；
响应于所述反馈信号，重新定向所述镜筒透镜、所述物镜或者所述第二外壳。
18)根据17)所述的方法，还包括沿着纵向轴线关节式运动所述物镜，以相对于所述流动池的一个或更多个表面移动所述物镜的焦点。
19)根据17)所述的方法，还包括通过将液体夹在半透明盖板和基板之间来制造所述流动池，并且将生物样本设置在所述流动池的一个或更多个表面上。
20)根据19)所述的方法，还包括将所述生物样本定位在所述液体的顶表面和底表面处，其中所述生物样本包括DNA样本或RNA样本。
附图说明
参照以下附图详细描述根据一个或更多个示例的本文公开的技术。提供这些图是为了便于读者理解所公开的技术，并且不旨在穷举或将本公开限制为所公开的确切形式。实际上，附图中的图仅被提供用于说明的目的，并且仅描绘了所公开技术的典型或示例实施方式。此外，应当注意，为了说明的简单和清楚，图中所示的元素不一定按比例绘制。
图1A示出了可以利用其实现本文所公开的系统和方法的示例图像扫描系统的广义框图。
图1B是示出根据本文公开的示例的示例模块化光学分析系统的透视图。
图1C是示出根据本文公开的示例的示例精密安装板的透视图。
图1D示出了与本文公开的示例一致的示例模块化光学分析系统的框图。
图2A是示出根据本文公开的示例的发射光学模块(EOM)的侧视图。
图2B是示出根据本文公开的示例的EOM的自顶向下的图。
图3A是示出根据本文公开的示例的聚焦跟踪模块(FTM)的后视图。
图3B是示出根据本文公开的示例的FTM的侧视图。
图3C是示出根据本文公开的示例的FTM的自顶向下视图。
图4A是示出根据本文公开的示例的示例模块化光学分析系统的侧视图。
图4B是示出根据本文公开的示例的对于EOM中的镜筒透镜子组件的示例配置的框图。
图4C是示出根据本文公开的示例的对于EOM中的镜筒透镜子组件的另一示例配置的框图。
图5A是示出关于本文公开的示例的FTM和EOM的侧视图。
图5B是示出根据本文公开的示例的示例FTM和EOM的自顶向下视图。
图6是示出根据本文公开的示例的线生成模块(LGM)和EOM的侧视图。
图7是示出根据本文公开的示例的LGM和EOM的自顶向下视图。
图8是示出根据本文公开的示例的用于安装和配置模块化光学分析系统的示例过程的图。
图9示出了可以用于实施所公开的技术的示例的各种特征的示例计算引擎。
应该理解，所公开的技术可以在修改和变更的情况下实施，并且所公开的技术仅由权利要求及其等同物限制。
具体实施方式
本文公开的一些示例提供了模块化光学系统，诸如可用于分析生物样本的系统。本文公开的其他示例提供了用于组装和安装用于分析生物样本的模块化光学系统的方法。一个这样的光学系统可以是基因测序仪器或可以是基因测序仪器的一部分。该仪器可用于测序DNA、RNA或其他生物样本。一些基因测序仪器通过将穿过内部光学器件以不同波长操作的相干或不相干光源进行聚焦并聚焦到样本上来进行操作。样本中存在的碱基对然后发出荧光并通过测序仪的光学器件返回光并返回到光学传感器上，然后光学传感器可以检测存在的碱基对的类型。这些类型的仪器依赖于对内部光学器件的精确对准和调整，并且对由于热效应(例如，由于来自光源和电子器件的热量)引起的部件的漂移或不对准以及诸如振动的机械效应或来自用户的偶然接触而敏感。通过模块化方法，本公开的示例解决了这些问题以及与其相关联的安装和维护成本。功能相关的光学部件的分组可以以模块化子组件进行预先封装、测试和对准。然后，每个模块化子组件可被视为现场可更换单元(FRU)，其可通过将子组件安装到精密对准板而被安装并与系统中的其他模块化子组件对准。
一些实施方式提供了包括多个模块化子组件和精密安装板的系统，或者其中每个模块化子组件包括外壳和与外壳对准的多个光学部件。外壳可以包括多个精密安装结构，并且每个模块化子组件可以机械地耦合到精密安装板，使得模块化子组件的每个精密安装结构直接附接到位于精密安装板或者相邻的模块化子组件上的相应精密安装结构。在一些示例中，线生成模块包括以第一波长操作的第一光源、以第二波长操作的第二光源以及以预定角度与每个光源对准的光束整形透镜。例如，第一波长可以是绿色或蓝色波长，而第二波长可以是红色或绿色波长。光束整形透镜可以是鲍威尔棱镜(Powell lens)。
在一些实施方式中，发射光学模块可以包括光学耦合到光生成模块的物镜以及光学耦合到物镜的镜筒透镜。物镜将光聚焦到位于离物镜预定距离处的流动池上。物镜可以沿着纵向轴线关节式运动，并且镜筒透镜可以包括透镜部件，该透镜部件也在镜筒透镜内沿着纵向轴线关节式运动以确保准确的成像。例如，透镜部件可以移动以补偿由于物镜的关节式运动引起的球面像差以对流动池的一个或更多个表面成像。
在一些示例中，流动池可以包括半透明盖板、基板和夹在其间的液体，以及生物样本可以位于半透明盖板的内表面或基板的内表面处。例如，生物样本可以包括可以被测序的DNA、RNA或其他基因材料。
聚焦跟踪模块可以包括聚焦跟踪光源和聚焦跟踪传感器，其中光源可以生成光束、通过多个光学部件传输光束，使得光束终止于聚焦跟踪传感器处。聚焦跟踪传感器可以通信地耦合到处理器和其上存储有机器可读指令的非暂时性计算机可读介质。机器可读指令在被执行时可使处理器接收来自聚焦跟踪传感器的输出信号并分析输出信号以确定光束的一组特性。在一些实施方式中，机器可读指令在被执行时还使处理器生成反馈信号，该反馈信号指示一个或更多个光学部件应该被重新配置以优化光束的该一组特性。一个或更多个模块化子组件可以是现场可更换单元。精密安装结构可以包括狭缝、基准、翼片、销或凹腔、本领域已知的其它机械安装结构或其任何组合。
在一些示例中，相机模块包括多个光学传感器，并且光生成模块包括多个光源，其中每个光学传感器可以被定向为接收并检测来自相应光源的光束。
在描述本文公开的系统和方法的各种示例之前，描述可以利用其实施系统和方法的示例环境是有用的。一个这样的示例环境是(诸如图1A中示出的)光学系统的环境。该示例光学系统可以包括用于获取或产生区域的图像的设备。在图1A中概述的示例显示了背光设计示例的示例成像配置。
从图1A的示例中可以看出，受试者样本位于样本容器110上(例如，如本文中所公开的流动池)，该样本容器被定位在物镜142下方的样本台170上。光源160和相关联的光学器件将诸如激光的光束引导到样本容器110上的选定样本定位。样本发荧光并且所得到的光由物镜142收集并被引导到光检测器140以检测荧光。样本台170相对于物镜142移动，以将样本容器110上的下一个样本定位置于物镜142的焦点处。样本台110相对于物镜142的移动可以通过移动样本台本身、物镜、整个光学台或前述的任何组合来实现。另外的示例还可以包括在静止样本之上移动整个成像系统。
流体输送模块或设备100将试剂流(例如，荧光核苷酸、缓冲液、酶、裂解试剂等)引导至(并通过)样本容器110和废液阀120。在特定的示例中，样本容器110可以被实现为包括在样本容器110上的多个样本定位处的核酸序列簇的流动池。待测序的样本可以连同其他可选组分一起附着到流动池的基板上。
该系统还包括温度站致动器130和加热器/冷却器135，其可以可选地调节样本容器110内的流体的条件的温度。可以包括相机系统140来监测和跟踪样本容器110的测序。相机系统140可以例如实施为CCD相机，其可以与滤光器切换组件145内的各种滤光器、物镜142和聚焦激光器/聚焦激光器组件150交互。相机系统140不限于CCD相机，并且可以使用其他相机和图像传感器技术。
可以包括光源160(例如，可选地包括多个激光器的组件内的激励激光器)或其他光源以经由通过光纤接口161的照明来照射样本内的荧光测序反应(该光纤接口可以可选地包括一个或更多个再成像透镜、光纤安装件等)。低瓦特灯165、聚焦激光器150和反向二色镜185也呈现在所示的示例中。在一些示例中，聚焦激光器150可以在成像期间关闭。在其他示例中，可选的聚焦配置可以包括第二聚焦相机(未示出)，该第二聚焦相机可以是象限检测器、位置敏感检测器(PSD)或类似的检测器以与数据收集并行地测量从表面反射的散射光束的定位。
虽然图示为背光设备，但是其他示例可以包括来自激光器或其他光源的光通过物镜142被引导到样本容器110上的样本上。样本容器110可以最终安装在样本台170上，以提供样本容器110相对于物镜142的移动和对准。样本台可以具有一个或更多个致动器，以允许其在三个维度中的任何一个维度中移动。例如，就笛卡尔坐标系而言，可以提供致动器以允许台在相对于物镜的X、Y和Z方向上移动。这可以允许样本容器110上的一个或更多个样本定位被定位成与物镜142光学对准。
在该示例中，聚焦(z轴)部件175被示为被包括以控制光学部件相对于样本容器110在聚焦方向(通常被称为z轴或z方向)上的定位。聚焦部件175可包括物理耦合到光学台或样本台或两者的一个或更多个致动器，以使样本台170上的样本容器110相对于光学部件(例如，物镜142)移动，以对成像操作提供适当的聚焦。例如，致动器可以例如通过机械、磁性、流体或其他附件或直接或间接接触平台或与平台接触而物理耦合到相应的平台。一个或更多个致动器可以被配置为在保持样本台在同一平面内(例如，保持垂直于光轴的水平或水平姿态)的同时在z方向上移动平台。一个或更多个致动器也可以被配置为使平台倾斜。例如，这可以被完成，使得可以动态使样本容器110成水平以考虑其表面的任何倾斜。
系统的聚焦通常可以指将物镜的焦平面与要在所选样本定位处成像的样本对准。然而，聚焦还可以涉及对系统的调节以获得用于样本的表示的期望特性，诸如例如对于测试样本的图像的期望水平的锐度或对比度。因为物镜的焦平面的可用景深可能较小(有时在1μm或更小的数量级上)，所以聚焦部件175紧密跟随正在成像的表面。因为样本容器不是如固定在仪器中那样完全平坦，所以可以将聚焦部件175设置为沿着扫描方向(本文称为y轴)移动的同时跟随该轮廓。
从样本定位处的待成像的测试样本发出的光可以被引导至一个或更多个检测器140。例如，检测器可以包括CCD相机。孔径可以被包括并定位成仅允许从聚焦区域发出的光传递到检测器。孔径可以被包括以通过滤除从聚焦区域以外的区域发出的光的成分来提高图像质量。发射滤光器可以被包括在滤光器切换组件145中，其可以被选择来记录确定的发射波长并且去除任何杂散激光。
在各种示例中，样本容器110可以包括一个或更多个基板，其上提供样本。例如，在系统分析大量不同核酸序列的情况下，样本容器110可以包括在其上结合、附着或联合(associated)待测序的核酸的一个或更多个基板。在各种示例中，基板可以包括核酸可附着到的任何惰性基板或基质，诸如例如玻璃表面、塑料表面、乳胶、葡聚糖、聚苯乙烯表面、聚丙烯表面、聚丙烯酰胺凝胶、金表面和硅晶片。在一些应用中，基板在通道内或在处于形成在样本容器110上的矩阵或阵列中的多个定位处的其他区域内。
尽管未示出，但可以提供控制器来控制扫描系统的操作。控制器可以被实现为控制系统操作的方面，诸如例如聚焦、平台移动和成像操作。在各种示例中，可以使用硬件、算法(例如机器可执行指令)、或前述的组合来实现控制器。例如，在一些实施方式中，控制器可以包括具有相关联的存储器的一个或更多个CPU或处理器。作为另一个示例，控制器可以包括用于控制操作的硬件或其他电路，诸如计算机处理器和其上存储有机器可读指令的非临时性计算机可读介质。例如，该电路可以包括以下中的一个或更多个：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)或其他类似的处理设备或电路。作为又一个示例，控制器可以包括该电路与一个或更多个处理器的组合。
尽管本文可在这个示例系统的背景下不时地描述系统和方法，但这仅仅是可以利用其实施这些系统和方法的一个示例。在阅读本描述之后，本领域的普通技术人员将理解如何使用这种和其他扫描仪、显微镜和其他成像系统来实现本文所述的系统和方法。
本文公开的技术的示例提供了模块化光学分析系统和方法。图1B是示出示例模块化光学分析系统180的透视图。系统180可以包括多个模块化子组件。例如，在一些示例中，系统180包括四个子组件模块：线生成模块(LGM)182、聚焦跟踪模块(FTM)184、相机模块(CAM)186和发射光学模块(EOM)188。如本文在LGM、FTM、EOM或CAM的背景中所使用的，模块是指硬件单元(例如，模块化子组件)。
在一些示例中，LGM 182可以包括一个或更多个光源。在一些示例中，一个或更多个光源可以包括相干光源，诸如激光二极管。在一些示例中，LGM 182可以包括被配置为发射红色或绿色波长的光的第一光源以及被配置为发射绿色或蓝色波长的光的第二光源。LGM 182还可以包括光学部件，诸如聚焦表面、透镜、反射表面或反射镜。光学部件可以定位在LGM182的外壳内，以将从一个或更多个光源发射的光引导并聚焦到相邻的模块化子组件中。LGM 182的光学部件中一个或更多个光学部件也可以被配置成将从一个或更多个光源发射的光整形为期望的图案。例如，在一些示例中，光学部件可以将光整形为线图案(例如，通过使用一个或更多个鲍威尔棱镜、或其他光束整形透镜、衍射或散射部件)。光学部件中的一个或更多个光学部件可以位于一个或更多个其他模块化子组件中。一个或更多个模块化子组件还可以包括一个或更多个现场可更换子部件。例如，LGM 182可以包括一个或更多个激光模块，其可以从LGM 182单独移除并被更换。
在一些示例中，相邻的模块化子组件(耦合到LGM 182)可以是EOM188。来自LGM182的一个或更多个光源的光可以从LGM 182引出并通过附接到LGM 182和/或EOM 188的接口板(interface baffle)进入EOM 188。例如，接口板可以是整形为使光能够穿过其中心同时遮蔽来自外部光源的干扰的孔径。EOM 188还可以包括被配置为整形、引导和/或聚焦由LGM182的一个或更多个光源激发的荧光的物镜、镜筒透镜和/或其他光学部件。
穿过EOM 188的光可以通过接口端口被引导到其他相邻模块化子组件中的一个，例如CAM 186。CAM 188可以包括一个或更多个光传感器。在一些示例中，第一光传感器可以被配置成检测来自LGM 182的第一光源的光(例如，红色或绿色波长的)，并且第二光传感器可以被配置成检测来自LGM 182的第二光源的光(例如，绿色或蓝色波长的)。CAM 186的光传感器可以以诸如检测来自两个入射光束的光的配置定位在外壳内，其中入射光束可以基于两个传感器的间距以预定距离(例如，在1mm和10mm之间)间隔开。在一些实施方式中，第一光传感器和第二光传感器可以彼此间隔开3mm至8mm之间。光传感器可以具有检测表面，该检测表面的尺寸足以允许例如由于热效应或机械蠕变引起的光束漂移。来自CAM186的光传感器的输出数据可以被传送给计算机处理器。然后计算机处理器可以实施计算机软件程序指令以分析数据并向图形用户界面(GUI)报告或显示光束的特性(例如，聚焦、形状、强度、功率、亮度、位置)和/或自动控制致动器和激光器的输出以优化激光束。可以通过致动系统180的内部光学器件(例如，倾斜反射镜、关节式运动透镜等)来优化光束形状和位置。
FTM 184也可以通过接口端口耦合到EOM 188。FTM 184可以包括用于检测和分析系统180中的所有光学部件的对准和聚焦的仪器。例如，FTM184可以包括光源(例如，激光器)、光学器件和光传感器，诸如数码相机或CMOS芯片。激光器可以被配置为传输光源，并且光学器件可以被配置为引导光通过系统180中的光学部件，并且光传感器可以被配置为检测通过系统180中的光学部件传输的光并且将数据输出到计算机处理器。然后，计算机处理器可以实施计算机软件程序指令以分析数据并向图形用户界面(GUI)报告或显示激光束的特性(例如，聚焦、强度、功率、亮度、位置)，和/或自动地控制致动器和激光器的输出来优化激光束。在一些示例中，FTM 184可以包括冷却系统，诸如本领域已知的空气或液体冷却系统。
在一些示例中，LGM 182可以包括以较高功率操作从而还适应较快扫描速度的光源(例如，LGM 182中的激光器可以在比功率输出大五倍下操作)。类似地，激光模块184的光源可以以更高的输出功率运行和/或还可以包括高分辨率光学传感器以实现纳米级聚焦精度从而适应更快的扫描速度。FTM 184的冷却系统可以被增强以使用本领域已知的冷却技术来适应来自较高动力的激光器的额外热量输出。
在一个实施方式中，每个模块化子组件可以机械地耦合到一个或更多个其他模块化子组件和/或精密安装板190。在一些示例中，精密安装板190可以机械地耦合到平台组件192。平台组件192可以包括运动阻尼器、用于致动一个或更多个模块化子组件内的一个或更多个部件的致动器、冷却系统和/或本领域已知的其它电子或机械部件。
模块化子组件可以被预制、配置和内部对准。在一些实施方式中，控制单元可以电子地耦合到平台组件192并且通信地耦合到用户接口，以在一个或更多个模块化子组件已经被耦合到精密安装板190之后实现它们的自动或远程手动对准。每个模块化子组件可以是现场可更换单元(FRU)，使得它可以从精密安装板190移除并且用另一个功能上等同的模块化子组件更换，而不会干扰系统中其他模块化子组件的对准或配置。
在集成到系统180中之前，每个模块被预先对准并预先被验证合格(pre-qualified)。例如，LGM 182的组装和配置可以包括将一个或更多个激光器或激光二极管机械耦合到外壳中，以及安装控制电子器件以操作激光器或激光二极管。然后整个LGM 182可以被安装在测试台上并被操作以对准外壳内的激光二极管以及任何光学器件或其他部件。LGM外壳可以包括外部安装结构，诸如安装销、基准、凹口、翼片、狭缝、脊或其他突起或凹陷，其被配置成将LGM 182与测试台对准，以及在安装在系统180中时与精密安装板190对准。一旦LGM 182被配置和测试，其可以被安装在系统182中，或被封装并存储或作为现场可更换单元(FRU)进行运输。
诸如FTM 184、CAM 186或EOM 188的其他模块化子组件可以在安装在系统180上之前被类似地组装、配置和测试。可以使用机械耦合方法来组装每个模块化子组件，以根据需要限制子组件内的内部部件的移动性。例如，一旦部件与模块化子组件的其他部件或外壳对准，部件就可以用紧固件或焊接部件锁定就位以停止移动。根据需要，一些部件可以与关节式运动接头耦合或允许在外壳内移动，使得它们的相对定向可以在安装在精密安装板190上之后被调节。例如，每个模块化子组件的相对定位可以使用预定的机械公差(例如，通过对准基准以接收邻接的模块化子组件中或精密安装板190中的凹口)来精确地控制，以便以有限数量的可调节自由度(例如，在一些示例中小于10个总体自由度)实现系统180的整体光学对准。
图1C是示出示例精密安装板190的透视图。精密安装板190可以由轻质、刚性且耐热材料制造。在一些实施方式中，精密安装板190可以由金属(例如铝)、陶瓷或本领域已知的其他刚性材料制成。精密安装板190可以包括精确对准结构，该精确对准结构被配置成机械地耦合到结合在一个或更多个模块化子组件的外壳或壳体上的相应的精确对准结构。例如，精确对准结构可以包括被成形为将第一表面(例如，在精密安装板190上)与第二表面(例如，模块化子组件的外壳或壳体的外表面)对准的安装销、基准、翼片、狭缝、凹口、索环、磁体、脊、凹痕和/或其他精密安装结构。参考图1C，示例精密安装板190可以包括多个LGM精密安装结构194，其被配置为接受并机械地耦合到位于LGM 182的外壳的外表面上的相应的精密安装结构。类似地，精密安装板190可以包括多个EOM精密安装结构196，该多个EOM精密安装结构196被配置为接受并机械地耦合到位于EOM 188的外壳的外表面上的对应的精密安装结构。通过使用精密安装结构将LGM 182和EOM 188定位到精密安装板190上，LGM 182和EOM188将彼此对准。位于其他模块化子组件(例如，FTM 184和CAM 186)的外壳上的精密对准结构然后可以机械地耦合到位于LGM 182或EOM188的外壳上的或者在精密安装板190上的相应的精密对准结构。
图1D示出了示例模块化光学分析系统的框图。在一些示例中，模块化光学分析系统可以包括LGM 1182，其中设置有两个光源1650和1660。光源1650和1660可以是激光二极管，其输出不同波长的激光束(例如，红光、绿光或蓝光)。从激光源1650和1660输出的光束可以被引导通过一个光束整形透镜或更多个光束整形透镜1604。在一些示例中，可以使用单个光整形透镜来整形从两个光源输出的光束。在其他示例中，可以对每个光束使用单独的光束整形透镜。在一些示例中，光束整形透镜是鲍威尔棱镜，使得光束被整形为线图案。
LGM 1182还可以包括被配置为将通过单个接口端口的光束引导至EOM 1188的反射镜1002和半反射镜1004。光束可以穿过快门元件1006。EOM 1188可以包括物镜1404和将物镜1404纵向移动为更靠近或更远离目标1192的z平台1024。例如，目标1192可以包括液体层1550和半透明盖板1504，并且生物样本可以位于半透明盖板的内表面以及位于液体层之下的基板的内表面处。然后，z平台可以移动物镜以将光束聚焦到流动池的任一内表面上(例如，聚焦在生物样本上)。如本领域已知的，生物样本可以是DNA、RNA、蛋白质或对光学测序有响应的其他生物材料。
EOM 1188还可以包括半反射镜1020以引导光通过物镜1404，同时允许从目标1192返回的光通过。在一些示例中，EOM 1188可以包括镜筒透镜1406和校正透镜1450。为了确保准确的成像，例如校正通过移动物镜1404引起的球面像差，校正透镜1450可以使用z平台1022进行关节式运动以在纵向上更接近或更远离物镜1404。通过校正透镜1450和镜筒透镜1406传输的光然后可以穿过滤光器元件1012并进入CAM 1186。CAM 1186可以包括一个或更多个光学传感器1050以响应于入射光束来检测从生物样本发射的光。
在一些示例中，EOM 1188可以进一步包括半反射镜1018以将从FTM1184发射的聚焦跟踪光束反射到目标1192上，且然后将从目标1192返回的光反射回到FTM 1184中。FTM1184可以包括聚焦跟踪光学传感器以检测返回的聚焦跟踪光束的特性并且生成反馈信号以优化物镜1404在目标1192上聚焦。
图2A和图2B是示出EOM 188上的精密安装结构的图。在几个实施方式中，EOM 188可以包括EOM外壳210。EOM 188可以机械地和光学地耦合到LGM 182、FTM 184和CAM 186(例如，EOM 188的外壳可以包括与位于其他模块化子组件中的每个的外壳上的孔径相对应并与其对准的一个或更多个孔径，使由LGM 182和/或FTM 184中的光源生成的光能够传输通过EOM 188的孔径和内部光学器件)。如图2B所示，EOM外壳210可以包括FTM精密安装结构212，该FTM精密安装结构212被配置成与位于FTM 184的外壳的外表面上的对应的精密安装结构对准并机械地耦合(例如物理地附接)。类似地，EOM外壳210可以包括CAM安装结构222，该CAM安装结构222被配置为对准并机械地耦合到位于CAM186的外壳220的外表面上的对应的精密安装结构。
图3A、图3B和图3C是示出FTM 184上的精密安装结构的图。参考图3A，FTM 184可以包括定位在FTM外壳300内的光源和光学传感器。FTM外壳300可以包括用于电子接口302、304和306的接口端口以控制光源和光学传感器。FTM外壳300还可以包括精密安装结构312(例如，被配置为机械地耦合到精密安装板190上的凹槽或预定定位的精密安装脚)。FTM外壳300还可以包括精密安装结构314，该精密安装结构314被配置为对准并机械地耦合到位于EOM外壳210的外表面上的对应的精密安装结构212。
预先组装、配置、对准和测试每个模块化子组件然后将每个模块化子组件安装到精密安装板190以帮助系统对准，可以减少满足期望公差所需的安装后对准的量。在一个示例中，可以通过接口连接相应的模块端口(例如，EOM/FTM端口、EOM/CAM端口和EOM/LGM端口)，以及通过手动或自动关节式运动每个模块化子组件的位置(在X、Y或Z轴上)、角度(在X或Y方向上)以及旋转使模块化子组件彼此对准，来实现EOM 188与其他子组件模块中每个之间的安装后对准。一些自由度可能受到精确对准结构的限制，该精确对准结构预先确定模块化子组件相对于精密安装板190和相邻模块化子组件的位置和取向。然后可以通过关节式运动模块化子组件内部的部件(例如，通过在X、Y或Z中倾斜或移动反射镜和透镜)来完成系统180的内部光学器件的调整和对准。
图4A是示出示例模块化光学分析系统的侧视图。如图4A所示，LGM182和EOM 188可以被对准并且机械地耦合到精密安装板190以及彼此对准且机械耦合。EOM 188可以包括经由反射镜408与镜筒透镜406对准的物镜404，该镜筒透镜406还光学地耦合到LGM 182，使得由LGM 182生成的光束传输通过LGM 182和EOM 188之间的接口板，穿过物镜404，并击中光学目标。来自目标的响应光辐射然后可以通过物镜404返回并进入镜筒透镜406。镜筒透镜406可以包括透镜元件450，该透镜元件450被配置为沿着z轴关节式运动以校正由物镜404通过不同厚度的流动池基板或覆盖玻璃成像而引入的球面像差伪像。例如，图4B和图4C是示出镜筒透镜406的不同配置的框图。如所示，透镜元件450可以被关节式运动成更靠近或更远离物镜404以调节光束形状和路径。
在一些实施方式中，EOM 188可以机械地耦合到z平台，例如由对准平台192上的致动器进行控制。在一些示例中，z平台可以由精密线圈关节式运动并且由聚焦机构致动，该聚焦机构可以调节和移动物镜404以将聚焦保持在流动池上。例如，控制调节聚焦的信号可以从FTM 184输出。该z平台可以例如通过关节式运动物镜404、镜筒透镜406和/或透镜元件450来对准EOM光学器件。
图5A和图5B是示出FTM 184的图。FTM 184可以通过FTM/EOM接口端口502与EOM188接口连接。如图5A所示，源自FTM 184并穿过EOM 188的光学器件的光束可以从流动池504反射。如本文所公开的，FTM 184可以被配置为向计算机处理器提供反馈，以便控制光学部件在整个系统180中的对准和定位。例如，FTM 184可采用使用穿过物镜404并从流动池504反射的两个或更多个平行光束的聚焦机构。流动池离开最佳聚焦位置的移动可能导致反射光束在它们离开物镜404时改变角度。该角度可以通过位于FTM 184中的光学传感器来测量。在一些示例中，光学传感器表面和物镜404之间的光路的距离可以在300mm和700mm的距离之间。FTM 184可以使用来自光学传感器的输出信号来启动反馈回路，以通过使用EOM中的z平台调节物镜404的位置来维持两个或更多个平行光束的光束点图案之间的预定横向间距。
系统180的一些实施方式提供了用于流动池504的顶部和底部表面成像的补偿方法。在一些示例中，流动池504可以包括层叠在液体层和基板上的覆盖玻璃。例如，覆盖玻璃可以在大约100um到大约500um厚度之间，液体层可以在大约50um到大约150um厚度之间，并且基板可以在大约0.5mm和大约1.5mm厚度之间。在一个示例中，DNA样本可以在液体通道的顶部和底部(例如，在基板的顶部和覆盖玻璃的底部处)被引入。为了分析样本，可以通过移动Z-平台来调节在流动池504的不同深度处的入射光束的焦点(例如，以聚焦在基板的顶部或覆盖玻璃的底部上)。移动物镜404以改变在流动池504内的入射光束焦点可引入成像伪影或缺陷，诸如球面像差。为了校正这些伪影或缺陷，镜筒透镜406内的透镜元件450可以移动得更靠近或更远离物镜404。
在一些示例中，FTM 184可以被配置为具有不可更换的内部部件的单个FRU。为了增加FTM内部部件(如激光器)的寿命和可靠性，激光器输出可能会降低(例如，低于5mW)。
图6和图7是示出LGM 182和EOM 188的图。如所示，LGM 182可以通过LGM/EOM接口板602与EOM 188接口连接。LGM 182是用于系统180的光子源。一个或更多个光源(例如，光源650和660)可以被定位在LGM 182的外壳内。从光源650和660生成的光可以被引导通过光束整形透镜604并且通过LGM/EOM接口板602被引导到EOM 188的光路中。例如，光源650可以是绿色激光器，而光源660可以是红色激光器。在一些实施方式中，光源650可以是蓝色激光器，而光源660可以是绿色激光器。激光器可以以高功率运行(例如，多于3瓦)。一个或更多个光束整形透镜604可以被实施为将由光源生成的光束整形为期望的形状(例如，线)。
光源650和660生成的光子(例如，绿色或蓝色波长光子和红色或绿色波长光子)可以激发位于流动池504上的DNA中的荧光团，从而能够分析存在于DNA内的碱基对。高速测序采用高速扫描以向DNA荧光团传递足够的光子剂量，以刺激来自DNA样本的反应光子的充分发射，以被CAM 186中的光传感器检测。
光束整形透镜604可以是鲍威尔棱镜，其将由激光器650和660发射的高斯光分散成类似于线的均匀轮廓(沿纵向方向)。在一些实施方式中，单个光束整形透镜604可以用于多个光束(例如，红光束和绿光束)，该多个光束可以以不同的预定角度(例如，加上或减去一个度数的一小部分)入射到光束整形透镜604的前部以生成关于每个入射激光束的单独的激光线。光线可以被分开预定的距离，以使CAM 186中的多个光学传感器能够清楚地检测对应于每个光束的单独信号。例如，绿光束或蓝光束可最终入射到CAM 186中的第一光学传感器上，并且红光束或绿光束可最终入射到CAM 186中的第二光学传感器上。
在一些示例中，第一光束和第二光束在它们进入光束整形透镜604时可以重合/叠加，然后当它们到达物镜404时开始散开成相应的线形。光束整形透镜的位置可以以紧密度公差控制成靠近或极为接近光源650和660，以控制光束散度并优化光束的整形，即通过提供足够的光束形状(例如，光束投射的线的长度)，同时仍然使整个光束形状能够穿过物镜404而不会截断任何光。在一些示例中，光束整形透镜604与物镜404之间的距离小于约150mm。
在一些实施方式中，系统180还可以包括具有用于接收光学目标的袋状物(pocket)的模块化子组件。主体可以包含铝，其包括具有不超过约6.0％的反射率的颜料。主体可以包括位于袋状物顶表面处并且围绕袋状物的插入区。模块化子组件还可以包括安装在插入区中的透明光栅层，并且可以位于光学目标之上并且通过边缘间隙与光学目标间隔开。主体可以包括用于接收光学目标的袋状物。主体可以包括位于光学目标之下的扩散井。扩散井可以接收穿过光学目标的激发光。扩散井可以包括具有基于颜料的抛光(apigment based finish)的井底，其呈现不超过约6.0％的反射率。
系统180的模块化子组件之一还可以包括光学检测设备。物镜404可以向光学目标发射激发光并接收来自光学目标的荧光发射。致动器可以被配置成将物镜404定位到靠近光学目标的感兴趣区域。处理器然后可以执行程序指令，以用于结合仪器的光学对准和校准中的至少一者来检测来自光学目标的荧光发射。
在一些示例中，物镜404可以将激发光引导到光学目标上。处理器可以从荧光发射中导出参考信息。处理器可以结合仪器的光学对准和校准中的至少一者利用该参考信息。光学目标可以永久安装在靠近物镜404的校准定位处。校准定位可以与流动池504分开。固态主体可以代表包含固态主材料(host material)的基板，其中荧光材料嵌入在主材料中。固态主体可以表示包围量子点的环氧树脂或聚合物中的至少一种，所述量子点在被激发光照射时在感兴趣的一个或更多个预定发射带中发射荧光。
图8是示出用于安装和配置模块化光学分析系统800的示例过程的图。过程800可以包括在步骤805处将多个光源和光束整形透镜定位在第一子组件内。例如，多个光源可以包括光源650和光源660。第一子组件可以是LGM，其可以包括安装和对准光源的LGM外壳。光束整形透镜可以是也安装在LGM外壳内的鲍威尔棱镜，并且被配置为将由光源650和660生成的光束整形为分离的线图案。
过程800还可以包括在步骤815处将镜筒透镜和物镜定位在第二子组件内。例如，第二子组件可以是EOM并且可以包括EOM外壳，物镜和镜筒透镜被安装到该EOM外壳并与其对准。
过程800还可以包括在步骤825处将多个光学传感器定位在第三子组件内。例如，第三子组件可以是CAM并且可以包括CAM外壳，光学传感器被对准并安装到该CAM外壳。可以存在与步骤805中的每个光源对应的光学传感器。
过程800还可以包括在步骤835处将聚焦跟踪光源和光学传感器定位在第四子组件内。例如，第四子组件可以是FTM并且可以包括安装有聚焦跟踪光源和光学传感器的FTM外壳。
在一些实施方式中，过程800还可以包括在步骤845处单独测试每个子组件。例如，测试可以包括将每个子组件的内部部件与子组件的外壳进行精确地调整和/或对准。然后在步骤855处，每个子组件可以机械地耦合到精密安装板。例如，精密安装板可以是精密安装板190。然后在步骤865处，可以通过给第四子组件中的聚焦跟踪光源供电并且捕获来自第四子组件的聚焦跟踪光学传感器的输出信号以找到光学目标的最佳聚焦来对准和调整整个系统。来自目标的输出信号可以被输入到计算机处理器中，该计算机处理器被配置为分析由聚焦跟踪光源生成的光束的特性，然后向一个或更多个子组件上的致动器或向图形用户界面提供反馈以实现光学部件的调整，从而优化光束形状、功率和聚焦。
如上所述，在各种示例中，通过重新定位样本台或光学台(或其部分)或两者以实现期望的聚焦设置，可以使用致动器来相对于光学台定位样本台。在一些实施方式中，压电致动器可以用于移动期望的平台。在其他示例中，可以使用音圈致动器来移动期望的平台。在一些应用中，与其压电对应物相比，使用音圈致动器可以提供减小的聚焦延迟。对于使用音圈致动器的示例，线圈尺寸可被选择为提供期望移动所需的最小线圈尺寸，使得线圈中的电感也可以最小化。限制线圈尺寸并因此限制其电感提供了更快的反应时间并且需要更少的电压来驱动致动器。
如上所述，无论所使用的致动器如何，都可以使用来自除了当前样本定位以外的点的聚焦信息来确定用于扫描操作的聚焦设置的变化的斜率或大小。该信息可用于确定是否将驱动信号提前馈送给致动器，以及如何设置驱动信号的参数。另外，在一些实施方式中，系统可以被预校准以允许针对致动器确定驱动阈值。例如，系统可以被配置为以不同的控制输出水平向致动器提供驱动信号，以确定致动器能够承受而不会变得不稳定的最高控制输出量(例如，最大驱动电流量)。这可以允许系统确定施加到致动器的最大控制输出量。
如本文所使用的，术语引擎可以描述可以根据本文公开的技术的一个或更多个示例执行的给定功能单元。如本文所使用的，引擎可以利用任何形式的硬件、软件或其组合来实现。例如，可以实现一个或更多个处理器、控制器、ASIC、PLA、PAL、CPLD、FPGA、逻辑部件、软件例程或其他机制来构成引擎。在实施方式中，本文描述的各种引擎可以被实施为分立的引擎，或者所描述的功能和特征可以被一个或更多个引擎中的一部分或全部共享。换句话说，对于本领域的普通技术人员在阅读本说明书之后将会明显的是，可以在任何给定的应用中实现本文描述的各种特征和功能，并且可以以一种或更多种单独或共享的引擎以各种组合和排列实施。尽管功能的元素或各种特征可以被单独地描述或声明为单独的引擎，但本领域的普通技术人员将会理解，这些特征和功能可以在一个或更多个通用软件和硬件元件之间共享，并且这种描述不应该要求或暗示使用单独的硬件或软件部件来实施这些特征或功能。
在技术的部件或引擎全部或部分使用软件来实现的情况下，在一个示例中，这些软件元素可以被实施为与能够执行关于其描述的功能的计算或处理引擎一起操作。图9中显示了一个这样的示例计算引擎。各种实施方式按照这个示例性计算引擎900描述。阅读该描述后，如何使用其它计算引擎和/或架构实施技术对相关领域中的技术人员来说将变得明显。
现在参考图9，计算引擎900可以表示例如在台式计算机、膝上型计算机和笔记本计算机内发现的计算或处理能力；手持式计算设备(PDA、智能手机、蜂窝手机、掌上电脑等)；大型机、超级计算机、工作站或服务器；或任何其他类型的专用或通用计算设备，这对于给定的应用或环境可能是合意的或适合的。计算引擎900还可以表示嵌入在给定设备内或以其他方式可用的计算能力。例如，可以在其他电子设备中找到计算引擎，例如数字相机、导航系统、蜂窝电话、便携式计算设备、调制解调器、路由器、WAP、终端和可包括某种形式的处理能力的其他电子设备。
计算引擎900可以包括例如一个或更多个处理器、控制器、控制引擎或其他处理设备，诸如处理器904。可使用通用或专用处理引擎(诸如例如微处理器、控制器或其它控制逻辑)来实施处理器904。在所示的示例中，处理器904连接到总线902，但是可以使用任何通信介质来促进与计算引擎900的其他部件的交互或者进行外部通信。
计算引擎900还可以包括一个或更多个存储器引擎，本文简称为主存储器908。例如，优选地，随机存取存储器(RAM)或其他动态存储器可以用于存储要由处理器904执行的信息和指令。主存储器908还可用于在待由处理器904执行的指令的执行期间储存临时变量或其他中间信息。计算引擎900可同样包括只读存储器(“ROM”)或耦合到总线902用于存储关于处理器904的静态信息和指令的其它静态存储设备。
计算引擎900还可以包括一个或更多个各种形式的信息储存机构910，其可以包括例如介质驱动器912和储存单元接口920。介质驱动器912可以包括驱动器或其他机构以支持固定或可移动的储存介质914。例如，可以提供硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、CD或DVD驱动器(R或RW)或其他可移动或固定介质驱动器。因此，储存介质914可包括例如硬盘、软盘、磁带、磁盒(cartridge)、光盘、CD或DVD或由介质驱动器912读取、写入或访问的其它固定或可移动介质。如这些示例示出的，储存介质914可包括计算机可用储存介质，其具有存储在其中的计算机软件或数据。
在可选的示例中，信息储存机构910可包括用于允许计算机程序或其它指令或数据载入计算引擎900中的其它类似仪器。这种仪器可包括例如固定的或可移动的储存单元922和接口920。这种储存单元922和接口920的示例可以包括程序盒和盒式接口、可移动存储器(例如，闪存或其他可移动存储器引擎)和存储器插槽、PCMCIA插槽和卡以及其他固定的或可移动的储存单元922和接口920，其允许软件和数据从储存单元922传输到计算引擎900。
计算引擎900还可包括通信接口924。通信接口924可用于允许软件和数据在计算引擎900和外部设备之间传输。通信接口924的示例可以包括调制解调器或软调制解调器、网络接口(诸如以太网、网络接口卡、WiMedia、IEEE 802.XX或其他接口)、通信端口(诸如例如USB端口、IR端口、RS232端口
Figure BDA0003828644610000241
接口或其他端口)或其他通信接口。经由通信接口924传输的软件和数据以信号的形式进行携带，信号可以是电子信号、电磁信号(包括光学信号)或能够由给定通信接口924进行交换的其它信号。这些信号可经由通道928被提供到通信接口924。该通道928可携带信号并可使用有线或无线通信介质来实施。通道的一些示例包括电话线、蜂窝链路、RF链路、光学链路、网络接口、局域或广域网和其它有线或无线通信通道。
在本文件中，术语“计算机程序介质”和“计算机可用介质”一般用来指代诸如存储器908、储存单元920、介质914和通道928的介质。这些和其他各种形式的计算机程序介质或计算机可用介质可涉及将一个或更多个指令的一个或更多个序列携带到处理设备以用于执行。体现在介质上的这些指令通常被称为“计算机程序代码”或“计算机程序产品”(其可以以计算机程序或其他分组的形式进行分组)。当被执行时，这样的指令可以使计算引擎900能够执行如本文所讨论的公开的技术的特征或功能。
虽然在上面描述了所公开的技术的各种示例，但是应该理解，它们仅作为示例而非限制的方式被呈现。类似地，各个图可以描绘用于所公开的技术的示例架构或其他配置，其被实现以用于帮助理解可以包括在所公开的技术中的特征和功能。所公开的技术不限于所示的示例架构或配置，而是可以使用各种可选架构和配置来实施期望特征。实际上，对于本领域技术人员而言明显的是，可以如何实施可选的功能、逻辑或物理划分和配置来实施本文公开的技术的期望特征。而且，除了本文描绘的那些之外的许多不同的组成引擎名称可以被应用于各个分区。另外，关于流程图、操作描述和方法权利要求，步骤在本文被呈现的顺序不应要求各种示例被实现来以相同的顺序执行所述功能，除非上下文另有规定。
应该认识到，前述概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。例如，尽管上面从各种示例和实施方式方面描述了所公开的技术，但是应当理解，在一个或更多个单独的示例中描述的各种特征、方面和功能在它们的应用性中不限于它们被描述所使用的特定示例，而是替代地可以单独地或在各种组合中应用于所公开的技术的一个或更多个其他示例，而不管这样的示例是否被描述以及这样的特征是否被呈现为所描述的示例的一部分。因此，本文所公开的技术的广度和范围不应受任何上述示例的限制。
除非另有明确说明，否则本文档中使用的术语和短语及其变体应解释为开放式而不是与此相对的限制性的。作为前述示例：术语“包括”应理解为意指“包括但不限于”等；术语“示例”用于提供讨论中的项目的示例实例，而不是其穷尽的或限制列表；术语“一(a)”或“一(an)”应理解为意指“至少一个”、“一个或更多个”等；并且诸如“常规”、“传统”、“正常”、“标准”、“已知”和类似含义的术语的形容词不应被解释为将所描述的项目限制为给定时间段或者作为给定的时间的可用项，而是应该被理解为涵盖现在或将来任何时候可用或已知的常规、传统、正常或标准技术。同样地，在本文件涉及本领域普通技术人员明显的或已知的技术的情况下，这样的技术涵盖现在或将来任何时间对技术人员明显的或已知的那些技术。
术语“耦合”是指直接或间接接合、连接、紧固、接触或链接，并且可以指诸如物理、光学、电学、流体、机械、化学、磁性、电磁、通信或其他耦合的各种形式的耦合，或前述的组合。在指定了一种形式的耦合的情况下，这并不意味着排除了其他形式的耦合。例如，一个部件物理耦合到另一部件可以涉及两个部件之间(直接或间接)的物理附接或接触，但不排除部件之间的其他形式的耦合，诸如例如通信链路(例如，RF或光学链路)也可通信地耦合这两个部件。同样，各种术语本身并不是相互排斥的。例如，流体耦合、磁性耦合或机械耦合等可以是物理耦合的一种形式。
在某些情况下，扩展单词和短语如“一个或更多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语的存在不应被解读为意指在这样的扩展短语可能不存在的较窄的情况是意图或需要的。术语“引擎”的使用并不意味着描述或要求保护作为引擎的一部分的部件或功能全部被配置在共同的封装中。实际上，引擎的各种部件的任何或全部(无论是控制逻辑还是其他部件)都可以组合在单个封装中或单独维护，并且可以进一步分布在多个分组或封装或跨多个位置。
此外，本文阐述的各种示例根据示例性框图、流程图和其他图示来描述。如在阅读本文档后对本领域中的普通技术人员变得明显的，所示出的示例及其各种可选方案可以在没有对所示示例的限制的情况下实现。例如，框图及其伴随的描述不应被解释为强制特定的体系结构或配置。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
多个模块化子组件和板；
其中每个模块化子组件包括外壳和与所述外壳对准的多个光学部件，并且每个外壳包括多个安装结构；以及
其中，每个模块化子组件通过将所述模块化子组件的安装结构直接附接到位于所述板上的相应安装结构而机械地耦合到所述板上，从而通过使用所述模块化子组件的所述安装结构和所述板上的所述相应安装结构将每个模块化子组件机械地耦合到所述板上，相邻的模块化子组件在这种附时彼此对准，并且其中，通过将两个模块化分组件之一上的对准结构机械地耦合到两个模块化分组件中另一个上的相应对准结构，机械地耦合到所述板上的所述两个模块化子组件也相互耦合。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个模块化子组件包括线生成模块、聚焦跟踪模块、相机模块或发射光学模块。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述线生成模块包括以第一波长操作的第一光源、以第二波长操作的第二光源以及以预定角度与每个光源对准的光束整形透镜。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一波长是绿色波长或蓝色波长，所述第二波长是绿色波长或红色波长，并且所述光束整形透镜是鲍威尔棱镜。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述发射光学模块包括光学耦合到线生成模块的物镜和光学耦合到所述物镜的镜筒透镜，所述物镜用于将光聚焦到定位成离所述物镜预定距离的流动池上。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述物镜沿着纵向轴线关节式运动，以相对于所述流动池的一个或更多个表面移动所述物镜的焦点。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述流动池包括半透明盖板、基板和夹在其间的液体，并且生物样本位于所述半透明盖板的内表面或所述基板的内表面处。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述生物样本包括DNA样本或RNA样本。
9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述聚焦跟踪模块包括聚焦跟踪光源和聚焦跟踪传感器：
所述聚焦跟踪光源用于生成光束，以及通过所述多个光学部件传输该光束，以使得所述光束终止于所述聚焦跟踪传感器；并且
所述聚焦跟踪传感器通信地耦合到处理器和其上存储有机器可读指令的非暂时性计算机可读介质，以及所述机器可读指令在被所述处理器执行时使所述处理器：
从所述聚焦跟踪传感器接收输出信号，以及分析所述输出信号以确定所述光束的一组特性。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述机器可读指令在被所述处理器执行时还使所述处理器生成反馈信号，所述反馈信号指示所述多个光学部件中的一个或更多个应该被重新配置以优化所述光束的所述一组特性。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个模块化子组件中的至少一个是现场可更换单元。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个安装结构包括狭缝、基准、翼片、销或凹腔。
13.根据权利要求2所述的系统，其中，所述相机模块包括多个光学传感器，并且所述线生成模块包括多个光源，其中每个光学传感器被定向为接收并检测从光学目标发射的荧光光束，所述荧光光束响应于从所述光源之一发射的光束而触发。
14.一种方法，包括：
将多个光源设置在第一外壳内；
将镜筒透镜和物镜设置在第二外壳内；
将多个光学传感器设置在第三外壳内；
将聚焦跟踪光源和聚焦跟踪光学传感器设置在第四外壳内；
将所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳和所述第四外壳中的每一个的相应安装结构附接到位于板上的相应安装结构，使得所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳和所述第四外壳的相邻外壳在这种附接时彼此对准；以及
通过将所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳和所述第四外壳中的两个选定外壳中的一个上的对准结构机械耦合到所述两个选定外壳中的另一个上的相应对准结构，将所述两个选定外壳彼此附接。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将光束整形透镜设置在所述第一外壳内。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括在将所述第一外壳安装到所述安装板之前，测试所述多个光源和所述光束整形透镜，并将所述多个光源和所述光束整形透镜对准到所述第一外壳。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
用所述聚焦跟踪光源生成光束；
通过所述物镜传输所述光束，使得所述光束反射离开被定向在距所述物镜的远端预定距离处的流动池；
在所述聚焦跟踪传感器处接收所述光束的反射；
使用所述聚焦跟踪传感器生成反馈信号；以及
响应于所述反馈信号，重新定向所述镜筒透镜、所述物镜或者所述第二外壳。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括沿着纵向轴线关节式运动所述物镜，以相对于所述流动池的一个或更多个表面移动所述物镜的焦点。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括通过将液体夹在半透明盖板和基板之间来制造所述流动池，并且将生物样本设置在所述流动池的一个或更多个表面上。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述生物样本定位在所述液体的顶表面和底表面处，其中所述生物样本包括DNA样本或RNA样本。
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