CN118591750A - 用于微流体装置的成角度的照明系统 - Google Patents

Abstract

本文描述了用于对诸如微流体或微阵列装置的装置照明和成像的系统以及相关联的方法和技术。以倾斜角度照明平面表面的光源可以与诸如偏离光学成形杆和楔形棱镜的光学部件一起使用，该光源用于跨越平面表面提供均匀的照明，并允许照明适当地到达目标照明区域，而不管通过成像、微流体控制、和/或热循环部件的存在和位置施加的几何限制。

Description

用于微流体装置的成角度的照明系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月2日提交的美国临时申请第63/217,955号的优先权的权益，该美国临时申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文中。

技术领域

本发明属于显微镜的领域。本发明总体上涉及一种用于以角度照明装置的表面的光学系统。

背景技术

微流体和微阵列装置用于基因测序、基因表达、分子筛选和其他应用中；诸如微流体阵列装置中的装置阵列可以用于并行化。在一些应用中，成像技术用于探测反应物或产物。然而，由于微流体装置阵列和相关联的流动通道的小尺寸以及热控制装备和成像装备的存在，可以施加几何限制，从而限制光学系统的尺寸和布置。

发明内容

本文描述了用于以倾斜(例如，非平行和非正交)角度将光投影到平面表面上的系统和方法。平面表面可以包括(包括反应位点的阵列的)微流体装置阵列或微阵列，其可以耦接到热循环部件和成像部件(例如，显微镜)。微流体装置阵列的荧光成像可以用于探测各个反应位点中的组合物的浓度，以研究例如并行发生的不同反应。

荧光成像可以利用来自光源的光来驱动荧光团在各个反应位点处的吸收，然后荧光团可以发射荧光。荧光可以通过显微镜成像，从而允许定量(例如，荧光团浓度测定)。在一些示例中，荧光团可以包括核酸分子或与核酸分子反应。核酸分子可以使用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增，其中诸如使用耦接到微流体装置阵列或微阵列装置的热量块来使反应位点的温度热循环。热量块和显微镜的存在可以限制用于利用来自光源的光照明微流体装置阵列的可用空间和几何形状。在一些示例中，热量块可以耦接到微流体装置阵列的底部，并且显微镜可以定位在微流体装置阵列的顶部之上，并且因此通过光源的照明可以以倾斜角度发生。

然而，角度照明可能引起微流体装置阵列的不同部分上的光具有不同强度的配置。本文中所描述的方法和系统允许跨越微流体装置阵列的更均匀的光强度，并允许紧凑的几何形状以适应在微流体装置荧光显微镜系统中有用的其他部件的布置。

在第一方面中，描述了光学投影系统，诸如用于照明平面表面的光学投影系统。在一些示例中，平面表面包括显微镜系统的关注区域(诸如包含微流体装置阵列的关注区域)。该方面的示例性光学投影系统包括：光源，被引导为沿发射轴线发射光，该发射轴线定向成与平面表面不正交；成形杆，与光源光学通信，该成形杆具有沿发射轴线或平行于发射轴线对准的杆轴线；以及投影光学器件，与成形杆光学通信，该投影光学器件具有从发射轴线偏离的中心轴线以及从中心轴线偏离的输出轴线。

各种不同的光源可以与本文中所描述的光学投影系统一起使用。例如，光源可以具有圆对称的强度轮廓，但是也可以使用其他形状的强度轮廓。可选地，光源沿发射轴线生成准直光。例如，光源可以包括准直光的固有发射源(例如，激光源)，或者可以包括用于准直来自非准直发射源的光的一个或多个光学元件(例如，透镜或反射镜)。光源通常可以包括任何合适的布置或数量的单个发射源或光学元件，诸如激光源、发光二极管(LED)、透镜、滤镜、窗口、棱镜、光栅、反射器、波导等。在一些示例中，光源包括发光二极管、准直透镜、光学滤镜、光学滤镜轮和耦接透镜中的一个或多个。由于光源可以相对于平面表面以角度定位，因此，诸如在两个光源定位在平面表面的相对侧上的情况下，可以使用多个光源。在一些情况下，该方面的系统可以包括单个光源或基本上由单个光源组成。换句话说，示例性光学投影系统可以不包括用于从多于一个方向照明平面表面的第二光源或多个光源。

如上所述，成形杆可以定位成与光源光学通信，定位成接收从光源沿发射轴线发射的光。成形杆可以包括具有任何合适的横截面形状的棱镜，并且可以将来自光源的光的源强度轮廓(例如，圆形强度轮廓)修改为另一形状(例如，矩形形状)。可选地，成形杆包括具有弯曲横截面形状(诸如圆形形状、椭圆形形状、卵形形状等)的棱镜。可选地，成形杆包括多边形横截面形状，诸如正方形、矩形、菱形、梯形等。例如，使用特定横截面形状可以有利于适应输出光的形状，以匹配表面上的关注区域的形状。在一些情况下，具有椭圆形横截面形状的成形杆可以有利于使光适应圆形形状的关注区域。在一些情况下，具有梯形横截面形状的成形杆可以有利于使光适应正方形或矩形形状的关注区域。可选地，具有梯形横截面形状的成形杆被定位成用于将来自光源的光以矩形形状或正方形形状轮廓投影到平面表面上。

成形杆可以提供额外的益处。例如，成形杆的位置可以影响投影光的强度轮廓的均匀性。在一些情况下，成形杆与投影光学器件之间的偏离可能影响投影光的均匀性。例如，当成形杆和投影光学器件偏离时，与成形杆和投影光学器件对准的配置(例如，成形杆的杆轴线和投影光学器件的中心轴线对准的配置)相比，关注区域上的强度轮廓的均匀性可以增加。在一些示例中，成形杆的杆轴线(或光源的发射轴线)与投影光学器件的中心轴线之间的偏离可以是从约1mm到约20mm(诸如从1mm到2mm，从2mm到3mm，从3mm到4mm，从4mm到5mm，从5mm到10mm，从10mm到15mm，或从15mm到20mm)。在一些示例中，成形杆的杆轴线与投影光学器件的中心轴线之间的偏离可以根据投影光学器件的分数直径或投影光学器件的直径的百分比来指定。例如，偏离可以是投影光学器件的直径的至少25％。可选地，偏离可以是投影光学器件的直径的至少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％。在一些示例中，成形杆耦接到支座，诸如允许沿杆轴线或垂直于杆轴线调整成形杆位置的支座，和/或允许成形杆绕杆轴线或发射轴线的旋转的支座。成形杆绕杆轴线的旋转的调整可以允许投影光轮廓在平面表面上的形状的朝向的调整。例如，垂直于杆轴线的成形杆的位置的调整可以允许调整杆轴线与投影光学器件的中心轴线之间的偏离。

在一些情况下，成形杆被定位成用于将来自光源的光以50％以上的均匀性比率投影到平面表面的区域上。如本文中所使用的，均匀性比率可以对应于最小强度与最大强度的比率。通过调整偏离，可以调整投影的强度的均匀性，诸如与成形杆和投影光学器件对准的配置(例如，偏离为零的配置)相比，增加均匀性比率。在一些示例中，诸如与杆轴线和投影光学器件的中心轴线之间的偏离为零的基线均匀性比率相比，包括杆轴线与投影光学器件的中心轴线之间的非零偏离可以将均匀性比率增加10％以上、20％以上、或30％以上。期望的均匀性比率可以是50％以上、60％以上、70％以上、80％以上、或90％以上。在一些情况下，可以跨越平面表面的关注区域确定均匀性比率。在一些情况下，可以诸如沿投影光的一个或多个切片或子区域为投影光的不同部分确定均匀性比率。在一些示例中，Y轴线均匀性比率可以是50％以上。在一些示例中，X轴线均匀性比率可以是50％以上。可选地，可以通过对跨越关注区域的不同点处(诸如在矩形关注区域的四个角部和中心处)的强度进行采样并基于这些区域中的最小强度和最大强度确定均匀性比率，来确定均匀性比率。

投影光学器件可以包括用于将从成形杆发射的光投影到平面表面上的任何合适的数量和布置的光学部件。如上所述，投影光学器件的中心轴线可以从发射轴线或杆轴线偏离诸如从1mm到20mm的距离。投影光学器件可以包括一个或多个透镜(诸如一个或多个球面透镜)。可选地，投影光学器件可以包括其他光学元件(诸如一个或多个滤镜、窗口、棱镜、光栅、反射器、波导等)。

在一些实现方式中，与杆轴线(或发射轴线)和中心轴线对准的配置相比，将杆轴线(或发射轴线)定位成从投影光学器件的中心轴线偏离可能引起在平面表面处的投影光的横向转向。虽然这样的配置可以改进投影光的均匀性比率，但是投影光的横向转向可能是不期望的。在一些情况下，可以通过在与横向转向相对的方向上调整整个光学投影系统(例如，投影光学器件、成形杆和光源)的位置来适应投影光的横向转向。在其他情况下，诸如由于其他部件(例如，显微镜)的存在，对整个光学投影系统的位置的这样的调整可能是有限的或不切实际的。然而，在投影光学器件中包括其他光学部件可以弥补这一点。例如，投影光学器件可以包括楔形棱镜，该楔形棱镜可以定位成将沿中心轴线或平行于中心轴线定向的输入光转向为沿另一轴线(本文中被称为输出轴线)定向的输出光。例如，楔形棱镜可以重定向投影光学器件处的光，使得输出轴线与中心轴线有角度地偏离。该角度偏离可以引起在平面表面处的投影光的横向转向，该横向转向可以处于与由中心轴线与杆轴线(或发射轴线)之间的偏离施加的任何横向转向相对的方向上。以此方式，包括楔形棱镜可以改进投影光的位置。例如，楔形棱镜可以定位成将输出光对准在平面表面的中心之上，这在一些情况下由于其他系统部件施加的几何约束而可能是不可行的。可选地，投影光学器件包括楔形棱镜的输入侧上的第一透镜以及楔形棱镜的输出侧上的第二透镜。

投影光学器件可以耦接到允许绕中心轴线旋转或者允许沿垂直于中心轴线的方向和/或沿平行于中心轴线的方向平移的支座。如上文所描述的，沿垂直于中心轴线的方向的平移可以允许调整成形杆与中心轴线之间的偏离。沿平行于中心轴线的方向的平移可以允许调整投影到平面表面上的光的焦点。绕中心轴线的旋转可以允许调整投影光在平面表面上的横向位置。

本文中所描述的光学投影系统还可以包括或耦接到与平面表面光学通信的显微镜系统或利用该显微镜系统而被使用，该显微镜系统用于收集来自平面表面的散射光或发射光。例如，显微镜系统可以具有定向成与平面表面正交或基本上正交的光轴线。平面表面可以包括、保持或被配置成保持微流体或微阵列装置，诸如包括微流体阵列或跨越平面表面分布的多个反应位点的微流体装置。可选地，一个或多个流动控制器可以被布置成引导微流体装置中的流体流动。在一些示例中，热量块或热循环装置可以耦接到微流体装置。可选地，该方面的系统还可以包括用于使用热循环装置来调整微流体或微阵列装置的温度的温度控制器。例如，在实施方式中，温度控制和热循环可以有利于诸如出于扩增反应位点中的核酸的目的而驱动聚合酶链式反应(PCR)。

该方面的光学投影系统还可以包括诸如至少支撑成形杆和投影光学器件、以及可选地光源的平移或旋转台，其用于调整平面表面与成形杆和投影光学器件之间的相对位置或朝向。这样的平移或旋转台可以允许调整平面表面上的投影光的大小或平面表面上的投影光的横向位置。

在另一方面中，本文描述了方法，诸如用于照明平面表面的方法。该方面的示例性方法包括：沿发射轴线引导来自光源的光，该发射轴线定向成与平面表面不正交；使光穿过成形杆，该成形杆具有沿发射轴线对准的杆轴线；使光穿过投影光学器件，该投影光学器件具有从发射轴线偏离的中心轴线以及从中心轴线偏离的输出轴线；以及将来自投影光学器件的光引导到平面表面上。

如上文所描述的，可以使用各种光源配置。可选地，来自光源的光具有圆对称的强度轮廓。可选地，光源沿发射轴线生成准直光。可选地，光源包括发光二极管、准直透镜、光学滤镜、光学滤镜轮和耦接透镜中的一个或多个。

例如，来自光源的光可以在荧光显微镜中使用。在一些情况下，使用多种不同波长的光来激发不同的荧光团可能是有用的。例如，来自光源的光可以具有第一波长或波长范围，并且该方面的方法还可以包括：沿发射轴线引导来自光源的额外的光，该额外的光具有第二波长或波长范围。

如上文所描述的，可以使用各种不同的成形杆配置。可选地，成形杆包括具有弯曲横截面形状(诸如例如圆形形状或椭圆形形状)的棱镜。可选地，成形杆和投影光学器件被定位成用于将光以50％以上的Y轴线均匀性比率以及50％以上的X轴线均匀性比率投影到平面表面上。可选地，成形杆包括具有多边形横截面形状(诸如梯形横截面形状)的棱镜。可选地，成形杆和投影光学器件被定位成用于将光以矩形形状或正方形形状投影到平面表面上。可选地，投影到矩形形状或正方形形状上的光具有50％以上的y轴线均匀性比率以及50％以上的x轴线均匀性比率。可选地，成形杆耦接到允许成形杆绕杆轴线或发射轴线旋转的支座。该方面的方法还可以包括：通过调整成形杆绕杆轴线或发射轴线的旋转来调整投影到平面表面上的光的形状或形状朝向。

如上文所描述的，可以使用各种不同的投影光学器件配置。可选地，投影光学器件包括一个或多个透镜，诸如一个或多个球面透镜。可选地，投影光学器件包括楔形棱镜，该楔形棱镜定位成将沿中心轴线或平行于中心轴线定向的输入光转向为沿输出轴线定向的输出光。在一些示例中，投影光学器件包括楔形棱镜的输入侧上的第一透镜以及楔形棱镜的输出侧上的第二透镜。可选地，投影光学器件耦接到允许投影光学器件绕中心轴线旋转或者允许投影光学器件沿垂直于中心轴线的方向平移的支座。在一些示例中，该方面的方法还可以包括：通过调整投影光学器件沿垂直于中心轴线的方向的平移来调整投影到平面表面上的光的焦点。在一些示例中，该方面的方法还可以包括：通过调整投影光学器件绕中心轴线的旋转来调整投影到平面表面上的光的横向位置。可选地，投影光学器件包括楔形棱镜，并且调整投影光学器件绕中心轴线的旋转修改由楔形棱镜施加的转向的朝向。

所描述的方法可以在各种不同的配置中使用。在一些示例中，平面表面包括显微镜系统的关注区域。例如，该方面的方法还包括：使用显微镜系统来收集从平面表面散射或发射的光并对其进行成像。可选地，平面表面包括微流体或微阵列装置。在一些示例中，该方面的方法还可以包括：在一个或多个不同温度之间循环微流体装置处的温度。可选地，微流体装置包括微流体阵列或跨越平面表面分布的多个反应位点。可选地，该方法还可以包括：在循环温度之前控制微流体装置中的样本和试剂的流动。

在另一方面中，本发明的实施方式提供了用于向微流体装置供应受控压力的设备和系统。例如，一种设备可以包括被配置成与微流体装置耦接的保持器、用于向微流体装置供应受控压力的多个蓄压器、以及用于选择性地调节供应到多个蓄压器中的每一个的压力的压力调节器。在一些实施方式中，压力调节器包括蓄压器选择器阀。在一些实施方式中，压力调节器采用旋转运动。在一些实施方式中，一种用于供应受控压力的设备包括一个或多个第一供应出口选择器阀，用于选择性地将第一供应出口放置成与多个蓄压器中的一个流体连通。在一些实施方式中，一种用于供应受控压力的设备包括一个或多个第二供应出口选择器阀，用于选择性地将第二供应出口放置成与多个蓄压器中的一个流体连通。在一些实施方式中，第一供应出口选择器阀包括旋转阀。在一些实施方式中，第二供应出口选择器阀包括旋转阀。例如，一种系统可以包括任何上述设备以及用于控制压力调节器的操作的控制单元。在一些实施方式中，该系统可以控制一个或多个蓄压器选择器阀以及一个或多个供应出口选择器阀。

在一些实施方式中，本文利用了用于进行微流体分析的各种装置和方法，包括可以用于进行热循环反应(诸如核酸扩增反应)的装置。该装置与常规的微流体装置的不同之处可以在于，其可以包括弹性体部件，诸如可以形成阀的可偏转膜；在一些实例中，装置的大部分或全部由弹性体材料构成。例如，扩增反应可以是线性扩增(利用单个引物的扩增)，以及指数扩增(例如，利用正向和反向引物组进行的扩增)。

在一些实施方式中，还利用了各种基于矩阵或阵列的装置。这些装置中的某些装置包括：(i)在弹性体基底中形成的第一多个流动通道，(ii)在弹性体基底中形成的第二多个流动通道，其与第一多个流动通道相交以限定反应位点的阵列，(iii)设置在第一多个流动通道和第二多个流动通道内的多个隔离阀，其可以被致动以将反应位点中的每一个内的溶液与其他反应位点处的溶液隔离，以及(iv)围绕流动通道中的一个或多个和/或反应位点中的一个或多个的多个周边防护通道以抑制溶液从其中蒸发。前述装置可以用于进行多种不同类型的反应，包括涉及温度调节的反应(例如，核酸分析的热循环)。

在一些实施方式中，微流体装置可以包含盲流通道，该盲流通道包括用作反应腔室或反应位点的区域。盲流或盲填充可以指代利用液体填充终端管或流动通道，其中，气体头被推到液体团的前面，并且其中，气体头被排出或以其他方式从流动通道释放，从而允许终端流动通道完全充满液体。在一些实施方式中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)可以用作弹性体材料。PDMS具有足够的气体渗透性，因此在几个psi下加压的液体可以驱动气体离开通道，使通道完全充满液体。

在一些示例中，该方面的方法还可以包括：通过调整平面表面与成形杆和投影光学器件之间的相对朝向来调整投影到平面表面上的光的横向位置。在一些示例中，该方面的方法还可以包括：通过调整平面表面与成形杆和投影光学器件之间的相对距离来调整光投影到平面表面上的区域。

在不希望受任何特定理论约束的情况下，本文可以讨论与本发明相关的基本原理的信念或理解。应当认识到，不管任何机械解释或假设的最终正确性如何，本发明的实施方式仍然可以是可操作的和有用的。

附图说明

图1提供了根据本文中所描述的实施方式的示例性投影和成像系统的示意性图示。

图2A示出了根据一些实施方式的光学投影系统的部件的示例性布置的示意性图示，并且图2B示出了使用与图2A中所描绘的光学投影系统类似的光学投影系统的示例性光线追踪模拟的说明性结果。

图3A和图3B提供了图2B中所描绘的示例性光线追踪模拟的定量结果。

图4A示出了根据一些实施方式的光学投影系统的部件的示例性布置的示意性图示，并且图4B示出了使用与图4A中所描绘的光学投影系统类似的光学投影系统的示例性光线追踪模拟的说明性结果。

图5A和图5B提供了图4B中所描绘的示例性光线追踪模拟的定量结果。

图6提供了根据本文中所描述的实施方式的示例性投影和成像系统的示意性图示，并描绘了当部件偏离时投影的转向。

图7A示出了根据一些实施方式的光学投影系统的部件的示例性布置的示意性图示，并且图7B示出了使用与图7A中所描绘的光学投影系统类似的光学投影系统的示例性光线追踪模拟的说明性结果。

图8A和图8B提供了图7B中所描绘的示例性光线追踪模拟的定量结果。

图9提供了根据本文中所描述的实施方式的示例性投影和成像系统的示意性图示，示出了投影系统细节、显微镜系统细节和微流体装置细节。

图10A提供了示例性光学投影系统1005的示意性图示，示出了可以进行的各种调整，并且图10B示意性地示出了可以使用图10A中所指示的调整来调整投影光的不同方式。

图11提供了具有根据本文中所描述的实施方式的用于投影光的示例性方法的概述的流程图。

具体实施方式

本文描述了用于照明平面表面的系统和相关联的方法和技术，诸如微流体装置阵列(例如，微流体装置内的反应位点的平面阵列)。虽然本文的一些实施方式描述了微流体装置，但是可以使用任何合适的装置，诸如微阵列。例如，可以使用以倾斜角度照明平面表面的光源的几何形状来容纳其他成像、微流体和热循环部件，同时仍然提供紧凑且动态可调整的系统。某些光学部件及其布置(例如偏离光学成形杆和楔形棱镜)可以用于跨越平面表面提供均匀的照明，并允许照明适当地到达目标照明区域，而不管成像、微流体和热循环部件的存在和位置所施加的几何限制。

通常，本文中所使用的术语和短语具有其本领域公认的含义，其可通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考和上下文来找到。提供以下定义以阐明其在本发明的上下文中的具体用途。

如本文中所使用的，“平面表面”指代通常平坦的光接收区域或部件，并且可以包括微流体装置或微阵列。平面表面可以包括偏离平面性但是被设计为平坦的或具有平面或非弯曲形状的表面。平面表面还可以包括具有局部曲率但是具有整体平坦形状的一些区域。在一些示例中，平面表面可以具有无限曲率半径，但是非无限曲率半径在本文中可以被视为是平面的，诸如具有相对大的曲率半径的相对小的区域。作为示例，在一些情况下，曲率半径为或大于约10m的10cm×10cm区域可以被视为是平面的。

“成形杆”指代光学元件，其可以被视为具有细长形状的透镜、棱镜或波导，诸如其中，长度大于横截面尺寸。通常，成形杆具有均匀的横截面形状，诸如圆形形状、卵形形状、椭圆形形状或多边形形状(例如，正方形、矩形、五边形、六边形、梯形等)，但是在一些情况下可以使用具有不均匀的横截面形状的成形杆。成形杆可以具有“杆轴线”，指代平行于或沿杆的长度或最长尺寸的方向。成形杆的面可以高度抛光，并且通常与杆的长度或最长尺寸正交。在本说明书中，成形杆可以在端面上接收输入光，并且将光光学耦接到相对端面并传输来自相对端面的输出光。在一些示例中，成形杆可以用于将在一个面上接收的光的强度轮廓的形状改变为来自相对端面的输出光的不同形状。在一些示例中，由成形杆接收的光可以具有圆对称的强度轮廓，并且成形杆可以将输出强度轮廓改变为非圆对称的强度轮廓。

图1提供了用于将光投影到表面上并对表面进行成像的示例性系统100的示意性图示。如图所示，系统100包括光学投影系统105，该光学投影系统包括光源110、成形杆115和投影光学器件120。光学投影系统定位成将光投影到平面表面125上。系统100还包括显微镜130，该显微镜可以包括用于对来自平面表面125的光成像或收集来自平面表面的光的一个或多个透镜、滤镜、相机或其他成像装置等。

光源110可以可选地包括白光源，诸如一个或多个白色发光二极管，或者可以包括窄带光源，诸如一个或多个彩色发光二极管或激光源。在一些情况下，光源110可以包括一个或多个滤镜，诸如以光学滤镜轮配置，允许选择来自光源110的特定波长范围的输出光。光源110还可以包括一个或多个透镜或其他光学部件，诸如反射器、波导、棱镜等，以允许对由光源110输出的光进行成形和聚焦。在一些示例中，光源110可以包括诸如用于将由光源110输出的光耦接到成形杆115中的准直透镜和聚焦透镜。

由投影光学器件120输出的光可以以倾斜角度朝向平面表面125引导，并且可以被聚焦和投影以照明平面表面125的关注区域。例如，当关注区域具有特定形状时，将投影光的形状与关注区域的形状匹配可能是有用的，并且成形杆115可以有利于控制输出投影光的形状。例如，当平面表面125的关注区域是矩形或正方形形状时，可能期望投影光的形状是矩形或正方形形状的。由于由投影光学器件120输出的光以倾斜角度朝向平面表面125引导，因此可以考虑入射角。

平面表面125可以包括例如包含多个反应位点的流动池或微流体阵列。在一些情况下，显微镜130是荧光显微镜，其定位成获得由存在于微流体阵列中的组合物发射的荧光，因此可能期望由投影光学器件120输出的光主要被引导到平面表面125的关注区域上，以便使可以在反应位点处接收的光的强度最大化，从而允许由显微镜130收集更大强度的荧光。为了定量地比较跨越微流体阵列中的不同反应位点发射的荧光的强度，可能期望由投影光学器件120输出并在平面表面125处接收的光的强度具有均匀的强度分布，如将在下文进一步详细描述的。

图2A示出了光学投影系统205的部件(即，成形杆215和投影光学器件220)的示例性布置的示意性图示。投影光学器件220包括多个透镜，该透镜可以是球面透镜，在图2A中描绘为两个双凸透镜和一个平凸透镜。将理解，所示的用于投影光学器件220的透镜的布置仅仅是一个示例，并且透镜、反射器、棱镜、滤镜、波导等的任何期望的布置均可以包括在投影光学器件220中。图2A还示出了通过成形杆215的中心和投影光学器件220的透镜对准的轴线250。由于在图2A中所示的配置中，成形杆215的中心沿公共轴线对准，因此仅示出了单个轴线250，并且轴线250可以对应于输出光(诸如来自光源(未示出)并由成形杆215接收)的发射轴线、成形杆215的杆轴线或投影光学器件220的中心轴线。

图2B示出了使用与图2A所描绘的光学投影系统类似的光学投影系统将光以倾斜角度投影到平面表面上的示例性光线追踪模拟的说明性结果，该光学投影系统包括具有梯形横截面形状的成形杆以及平行于(例如，沿)光源的发射轴线对准的杆轴线，以及包括三个球面透镜(两个双凸透镜和一个平凸透镜)的投影光学器件。光线追踪模拟允许图3A所示的基于光学配置来估计跨越平面表面的关注区域接收的强度分布。有利地，使用具有梯形横截面形状的成形杆提供了输出光对矩形或大致正方形形状的关注区域的良好覆盖，尽管与底侧(低Y坐标值)相比，图3A中所示的辐照度在顶侧(高Y坐标值)看起来稍微更亮。图3B提供了针对两个单独的垂直切片的强度的曲线图(图3B中的顶部面板示出了根据针对约为0的X坐标值的Y坐标值的强度；图3B中的中间面板示出了根据针对约为-15的X坐标值的Y坐标值的强度)以及针对单个水平切片的强度(图3B中的底部面板示出了根据针对为0的Y坐标值的X坐标值的强度)，这表明从一侧到另一侧的均匀性相对较好，但是从顶部到底部的均匀性相对较差。

如上所述，可能期望跨越平面表面的关注区域具有均匀的光分布。关注区域可以大于0.1cm²，大于1cm²，或大于10cm²，诸如介于1cm²与100cm²之间。光的均匀性在本文中可以通过均匀性比率来描述，该均匀性比率可以通过将最小强度与最大强度进行比较来反映强度跨越关注区域的不同程度。在一些示例中，可以期望50％以上的均匀性比率。可选地，均匀性比率可以高于50％或高于60％，诸如从50％到100％、从60％到100％、从70％到100％、或从80％到100％。通过比较跨越关注区域(例如，四个角部和中心)采样的各个点等，可以在关注区域(诸如图3B中所示)中的X轴线或Y轴线上的各个点处、跨越整个关注区域确定均匀性比率。在图3B中所示的曲线图中，Y轴线均匀性约为42％，而X轴线均匀性大于85％。

为了改进在图2A中所描绘的光学投影系统之上以倾斜角度投影到平面表面上的光的均匀性，可以进行几何和/或结构改变。在一些示例中，可以使用第二光学投影系统，诸如除了可以被布置在相对于平面表面的不同位置处之外，其与本文中所描述的光学投影系统相同或基本上相同。简单地回到图1中所示的配置，这样的第二光学投影系统可以定位在显微镜130的与光学投影系统105相对的一侧上。然而，包括第二光学投影系统将增加系统的对准要求和复杂性，增加整体零件计数并占用空间，这在一些实现方式中可能是受限制的。因此，与多个光学投影系统相反，本文中所描述的一些系统可以包括这些包括、包含单个光学投影系统、由单个光学投影系统组成或基本上由其组成的系统。

在其他示例中，可以通过调整成形杆和投影光学器件的相对位置来改变均匀性，可选地不进行其他结构改变(例如，在投影光学器件中包括另一光学元件)。例如，通过在成形杆与投影光学器件之间放置偏离，可以改进均匀性。具体地，成形杆的杆轴线可以从投影光学器件的中心轴线偏离，诸如同时使杆轴线和中心轴线仍然彼此平行或基本上平行。

图4A示出了光学投影系统405的部件(包括成形杆415和投影光学器件420)的示例性布置的示意性图示。投影光学器件420包括多个透镜，其可以是球面透镜。图4A还示出了第一轴线450和第二轴线455，该第一轴线通过成形杆415的中心对准并对应于杆轴线，该第二轴线通过投影光学器件420的透镜对准并对应于投影光学器件420的中心轴线。在图4A中指示了杆轴线与中心轴线之间的偏离460。取决于具体实现方式，偏离量可能相对较小。例如，偏离量可以是从约1mm到约20mm，诸如从1mm到2mm，从2mm到3mm，从3mm到4mm，从4mm到5mm，从5mm到6mm，从6mm到7mm，从7mm到8mm，从8mm到9mm，从9mm到10mm，从10mm到11mm，从11mm到12mm，从12mm到13mm，从13mm到14mm，从14mm到15mm，从15mm到16mm，从16mm到17mm，从17mm到18mm，从18mm到19mm，或从19mm到20mm。

图4B示出了使用与图4A所描绘的光学投影系统类似的光学投影系统将光以倾斜角度投影到平面表面上的示例性光线追踪模拟的说明性结果，该光学投影系统包括具有梯形横截面形状的成形杆以及平行于(例如，沿)光源的发射轴线对准的杆轴线，以及包括三个球面透镜(两个双凸透镜和一个平凸透镜)的投影光学器件，在成形杆的杆轴线与投影光学器件的中心轴线之间具有偏离。来自光线追踪模拟的估计强度分布在图5A中示出，图5B提供了强度的曲线图(图5B中的顶部面板示出了根据针对约为0的X坐标值的Y坐标值的强度；图5B中的中间面板示出了根据针对约为-15的X坐标值的Y坐标值的强度；图5B中的底部面板示出了根据针对为0的Y坐标值的X坐标值的强度)。同样，使用具有梯形横截面形状的成形杆提供了输出光对矩形或大致正方形形状的关注区域的良好覆盖，与图3A所示相比，图5A中所示的从顶侧到底侧具有更均匀的强度。图3B中所示的强度的曲线图再次指示，从一侧到另一侧的均匀性保持相对良好(例如，均匀性比率高于约85％)，其中顶部到底部的均匀性比率改进到约62％。

尽管使用成形杆与投影光学器件之间的偏离可以改进投影光的均匀性，但是这样的效果可能伴随着其他改变。例如，在一些情况下，由投影光学器件投影的输出光最终可能在平面表面上转向。图6提供了用于将光投影到表面上并对表面进行成像的示例性系统600的示意性图示。如图所示，系统600包括光学投影系统605，该光学投影系统包括光源610、成形杆615和投影光学器件620，其中在成形杆615的杆轴线650与投影光学器件620的中心轴线655之间提供偏离。由于杆轴线650与中心轴线655之间的偏离，投影的输出光在平面表面625处经历转向665，如箭头所示，这可能引起投影的输出光不再充分地定位在关注区域之上。

当使用杆轴线650与中心轴线655之间的偏离时，可以使用各种实现方式来将投影的输出光转向回到关注区域之上。在一些实现方式中，整个光学投影系统605可以与转向665的方向相反地转向。然而，在一些情况下，光学投影系统605的这样的转向可能会受到系统600的其他部件(诸如受到显微镜630)的限制，因此，将光学投影系统605转向足够的量以适应由于杆轴线650与中心轴线655之间的偏离而产生的转向665可能是不期望的或不切实际的。

在一些实现方式中，可以更改投影光学器件以实现投影的输出光的转向。例如，图7A示出了光学投影系统705的部件(包括成形杆715和投影光学器件720)的示例性布置的示意性图示。图7A还示出了第一轴线750和第二轴线755，该第一轴线通过成形杆715的中心对准并对应于杆轴线，该第二轴线通过投影光学器件720的透镜对准并对应于投影光学器件720的中心轴线。在图7A中示出了杆轴线与中心轴线之间的偏离760。投影光学器件720包括多个透镜和楔形棱镜770，这些透镜可以是球面透镜。楔形棱镜770可以如图所示布置在平凸透镜与双凸透镜之间，或者布置在其他位置。楔形棱镜770可以以这样的方式定向，即将输出轴线775在合适的方向上引导，以减少或消除由杆轴线与中心轴线之间的偏离760引起的上文参考图6所描述的转向效应。

图7B示出了使用与图7A所描绘的光学投影系统类似的光学投影系统将光以倾斜角度投影到平面表面上的示例性光线追踪模拟的说明性结果，该光学投影系统包括具有梯形横截面形状的成形杆以及平行于(例如，沿)光源的发射轴线对准的杆轴线，以及包括三个球面透镜(两个双凸透镜和一个平凸透镜)和楔形棱镜的投影光学器件，在成形杆的杆轴线与投影光学器件的中心轴线之间具有偏离。来自光线追踪模拟的估计强度分布在图8A中示出，图8B提供了强度的曲线图(图8B中的顶部面板示出了根据针对约为0的X坐标值的Y坐标值的强度；图8B中的中间面板示出了根据针对约为-15的X坐标值的Y坐标值的强度；图8B中的底部面板示出了根据针对为0的Y坐标值的X坐标值的强度)。图8B中所示的强度的曲线图再次指示，从一侧到另一侧的均匀性保持相对良好(例如，均匀性比率高于约85％)，其中顶部到底部的均匀性比率处于约60％。

图9提供了另一示例性系统900的示意性图示，示出了额外的细节。系统900包括光学投影系统，该光学投影系统包括白色光源910、准直器911、滤镜轮912、耦接透镜913、成形杆915和投影光学器件920，该投影光学器件包括三个透镜和楔形棱镜，其中，在成形杆915的杆轴线与投影光学件920的中心轴线之间设置偏离。系统900还包括显微镜，该显微镜包括收集透镜931的下部的集合、滤镜轮932、收集透镜933的上部的集合和相机934。

系统900还包括接口连接到微流体芯片927的气动块926，该微流体芯片可以包括具有用于接收来自投影光学器件920的光的反应位点的阵列的平面表面。微流体芯片927可以提供针对多个不同反应的位点，其可以使用系统900进行探测。在阵列配置可用的情况下，各种活性成分、浓度或其他方面可以跨越阵列而变化，从而允许同时评估阵列中的每个反应位点处的不同反应条件。例如，可以可选地对来自光源的光进行滤光并将其引导至微流体芯片以照明存在于反应位点中的组合物。所示的配置(包括显微镜)可以有利于响应于照明对来自反应位点中存在的组合物(例如，反应物或产物)的荧光进行成像。

系统900还包括允许对微流体芯片927进行温度控制的热量块928。在一些情况下，例如，热量块928包括珀尔帖(Peltier)装置和散热器。热量块928可以有利于控制微流体芯片927的温度，诸如用于热循环以驱动聚合酶链式反应(PCR)的目的，以用于扩增核酸的目的。在一些情况下，热量块928的存在会对照明光学器件的定位施加限制。例如，当存在热量块928时，这可以防止、阻挡或以其他方式使底部照明不方便。微流体和热循环系统的额外的细节可以在例如美国专利第8,105,553号、第8,389,960号、第9,316,331号、第9,371,965号、第10,106,846号、第10,131,934号和第10,226,770号中找到，这些专利通过引用并入本文中。

光学投影系统的部件的布置可以有利地允许对投影到平面表面上的光进行各种调整。图10A提供了示例性光学投影系统1005的示意性图示，示出了可以进行的各种调整。这些调整可以引起改变由光学投影系统1005投影并在平面表面上接收的光的大小、位置、焦点和/或朝向。图10B示意性地示出了可以调整投影光的不同方式。

在图10A中，光学投影系统1005包括成形杆1015和投影光学器件1020，该投影光学器件包括三个球面透镜和一个楔形棱镜，如上文所描述的。成形杆1015可以耦接到允许成形杆1015从投影光学器件的中心轴线1055偏离的支座1016，如上文所描述的。支座1016还可以允许成形杆1015(诸如绕杆轴线1050)旋转1017。类似地，投影光学器件1020可以耦接到允许投影光学器件1020的中心轴线1055从杆轴线1050或发射轴线偏离支座1021，如上文所描述的。支座1021还可以允许投影光学器件1020绕其中心轴线1055旋转1022。可以进行的额外的调整包括投影光学器件1020的相对位置1080(例如，投影光学器件1020与平面表面之间以及投影光学器件1020与成形杆1015之间的距离)、光学投影系统1005的总体位置1085(例如，光学投影系统与平面表面之间的距离)、以及光学投影系统的整体倾斜1090或朝向(例如，相对于平面表面)。在一些情况下，在各种实施方式中，可以使用可旋转和/或可平移的支座，其可以是计算机控制的或手动控制的。

这些调整可以影响投影光的大小、位置、焦点或朝向，允许通过对支座或各种部件的相对位置进行调整来对光到关注区域上的投影进行稳健的控制。图10B的左上面板示出了投影光1095的总体大小相对于关注区域1096的改变，这可以通过调整光学投影系统1005的总体位置1085来实现。图10B的右上面板示出了投影光1095的焦点的变化，这可以通过调整投影光学器件1020的相对位置1080来实现。图10B的左下面板示出了投影光1095相对于关注区域1096沿Y轴线的平移，这可以通过调整光学投影系统1005的整体倾斜1090来实现。图10B的右下面板示出了投影光1095相对于关注区域1096沿X轴线的平移，这可以通过调整投影光学器件1020绕其中心轴线1055的旋转1022来实现。图10B的中心面板示出了投影光1095相对于关注区域1096的旋转，这可以通过调整成形杆1015绕杆轴线1050的旋转来实现。

图11提供了根据各种实现方式的示例性方法1100的概述。方法1100始于方框1105，其中，使用光源生成光，并以倾斜角度朝向平面表面引导光。光源可以是任何合适的光源，诸如激光源或发光二极管(LED)源，但是也设想了其他光生成部件。光源可以包括或耦接到各种光学器件或部件，以引导、过滤或聚焦所生成的光。在一些情况下，反射器、透镜、波导、光栅、光学滤镜、棱镜、偏振器、窗口等可以被包括作为光源的一部分或耦接到光源。在一些实施方式中，准直透镜用于从光源生成准直光。可选地，一个或多个光学滤镜(诸如可以经由包括一个或多个短通滤镜、长通滤镜或带通滤镜的滤镜轮提供的光学滤镜)可以用于对来自光源的光进行滤光。来自光源的光可以具有任何适当形状的强度分布，但是圆对称分布可能是优选的。来自光源的光可以具有平均传播方向，其在本文中可以被称为发射轴线。将理解，尽管来自光源的光的特征在于具有发射轴线，但是来自源的所有光不需要直接沿发射轴线行进，因为来自光源的光可以沿一定范围的角度从源发射。在一些情况下，诸如使用激光源或其他高度准直的光源，发射轴线可以沿与发射相同的方向，但是将理解，高度准直的源中的光也可以沿一定范围的角度传播，诸如由于聚焦，但是仍然具有对应于平均传播方向的发射轴线。

在方框1110处，来自源的光穿过成形杆以调整光的强度轮廓。来自源的光可以被聚焦，以便适当地进入成形杆。成形杆可以包括棱镜或其他光学部件，并且可以是具有长度轴线(有时在本文中称为杆轴线)的细长结构，该细长结构具有平坦的抛光端。成形杆在其上可以具有光学涂层，诸如抗反射涂层或其他涂层。成形杆可以充当波导，允许进入一端的光(诸如直接地或经由全内反射)传输到相对端。成形杆可以具有任何合适的横截面形状，其可以有利于将来自光源的强度分布变换为期望的成形强度分布，诸如匹配或近似平面表面处的关注区域。在一些示例中，光源可以具有圆形强度分布，成形杆可以具有梯形横截面形状，并且关注区域在形状上可以是矩形或正方形。在一些示例中，光源可以具有圆形强度分布，成形杆可以具有椭圆形横截面形状，并且关注区域在形状上可以是圆形的。

在方框1115处，来自成形杆的光穿过投影光学器件以将光投影到平面表面上。投影光学器件可以具有中心轴线，诸如穿过投影光学器件的球面透镜元件部件的中心的轴线。可以调整投影光学器件和成形杆的相对位置，诸如上文所描述的，其中，成形杆的杆轴线从投影光学器件的中心轴线偏离，以便调整到达平面表面的光的强度轮廓。在实施方式中，可能期望更均匀的强度轮廓，并且包括成形杆的杆轴线与投影光学器件的中心轴线之间的偏离对于使平面表面处的光的强度轮廓更均匀可能是有用的。

投影光学器件可以包括楔形棱镜，以便调整投影光的横向转向，这可能是由于杆轴线与中心轴线之间的偏离以及可能防止或以其他方式限制光学系统的位置的局部几何形状而需要的。有利地，在投影光学器件中包括楔形棱镜还可以允许通过绕中心轴线旋转投影光学器件来调整投影光的横向位置。

方框1120、1125、1130、1135和1140是可选的，并且可以在一些方法中使用，但不能在其他方法中使用。在方框1120处，可以诸如通过平移或旋转成形杆、投影光学器件或包括光源、成形杆和投影光学器件的光学投影系统来调整投影光的位置、大小或朝向，如上文参考图10A和图10B所描述的。以此方式，可以调整投影光的位置、大小和朝向，以适当地匹配平面表面的关注区域。

在方框1125、1135和/或1145处，可以使用定位成收集来自平面表面的光并对其进行成像的显微镜对来自平面表面的荧光进行成像。例如，在平面表面包含荧光组合物的情况下，利用来自光源的光照明可以生成荧光，该荧光可以由显微镜收集并进行成像。如图9所示，显微镜可以包括一个或多个透镜、滤镜和成像装置(例如，相机)，以允许对荧光进行定量测量。荧光的强度可以与包含在平面表面中的特定荧光团的浓度成比例。收集荧光和对荧光进行成像的过程可以重复一次或多次，诸如以建立荧光团的初始浓度并标识荧光团随时间改变的浓度，诸如在包含荧光团作为反应物或产物的反应的引发之后。

例如，在方框1130处，可以诸如使用聚合酶链式反应(PCR)工艺扩增核酸分子，在该工艺中，平面表面处的反应位点的温度被循环以驱动核酸分子的融化和复制。热循环的使用不限于核酸扩增，并且可以用于驱动其他反应。可以使用耦接到平面表面的热量块来执行热循环，该热量块诸如包括珀尔帖装置和散热器或者用于向平面表面添加热量和从平面表面移除热量的其他装置或部件。

在方框1140处，可以在表面处引发反应。例如，热驱动反应可以通过热循环引发，如上文所描述的。在另一示例中，反应可以通过在平面表面处使反应物彼此接触(诸如通过使用微流体通道在平面表面处使两种不同的反应物混合)来引发。

如上所述，在方框1145处，可以对来自平面表面的荧光进行成像，诸如以在某一时刻建立特定荧光团的浓度。将理解，诸如当需要测量荧光时，来自光源的光可以连续地或离散地投影到表面上。

关于通过引用和变化而合并的声明

贯穿本申请的所有参考文件，例如专利文件，包括已发布或授权的专利或等同物和专利申请出版物，以及非专利文献文件或其他源材料，均以其全文通过引用并入本文中，如同通过引用单独并入一样。

说明书中提到的所有专利和出版物均指示本发明所属领域的技术人员的技能水平。本文引用的参考文件以其全文通过引用的方式并入本文中，以指示在一些情况下截至其提交日期的技术状态，并且其旨在，如果需要，可以在本文中使用该信息，以排除(例如，放弃)现有技术中的特定实施方式。

当本文公开一组替代物时，应当理解，这些组的所有单个构件以及可以使用替代物形成的所有子组和类是单独公开的。当在本文中使用马库什组或其他分组时，该组的所有单个成员以及该组的可能的所有组合和子组合旨在被单独地包括在本公开中。如本文中所使用的，“和/或”是指以“和/或”分隔的列表中的项目中的一个、全部或任何组合包括在列表中；例如，“1、2和/或3”等同于“1、2、3，1和2，1和3，2和3，或1、2和3”。

除非另有说明，否则所描述或例示的每种制剂或部件的组合均可以用于实践本发明。材料的具体名称旨在是示例性的，因为已知本领域的普通技术人员可以不同地命名相同的材料。将理解，除了那些具体例示的方法、装置元件和材料之外的方法、装置元件和材料均可以用于本发明的实践中，而不需要过度的实验。任何这样的方法、装置元件、起始材料和合成方法的所有现有技术已知的功能等同物均旨在包括在本发明中。每当在说明书中给出范围(例如，温度范围、时间范围或组成范围)时，所有中间范围和子范围以及包括在所给出的范围中的所有单个值均旨在包括在本公开中。

如本文中所使用的，“包括(comprising)”与“包括(including)”、“包含”或“特征在于”同义，并且是包容性的或开放式的，并且不排除额外的、未列举的元件或方法步骤。如本文中所使用的，“由……组成”不包括权利要求元素中未指定的任何元素、步骤或成分。如本文中所使用的，“基本上由……组成”并不排除不会对权利要求的基本和新颖特征产生实质性影响的材料或步骤。本文中对术语“包括”的任何表述，特别是在组合物的成分的描述中、在方法的描述中或在装置的元件的描述中，应当理解为包含基本上由所列举的成分或元件组成并由所叙述列举的成分或元件组成的组合物、方法或装置，可选地，除了其他部件或元件之外。本文中说明性描述的本发明可以在没有本文中未具体公开的任何一个或多个元件、一个或多个限制的情况下适当地实践。

已经采用的术语和表达被用作描述而非限制的术语，并且在使用这样的术语和表达时无意排除所示和描述的特征或其部分的任何等同物，但是应当认识到，在所要求保护的本发明的范围内，各种修改是可能的。因此，应当理解，尽管本发明已经通过优选实施方式和可选特征具体公开，但是本领域技术人员可以采用本文公开的概念的修改和变化，并且这样的修改和变化被视为在所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (57)

1.一种用于照明平面表面的光学投影系统，所述光学投影系统包括：

光源，被引导为沿发射轴线发射光，所述发射轴线定向成与所述平面表面不正交；

成形杆，与所述光源光学通信，所述成形杆具有平行于所述发射轴线对准的杆轴线；以及

投影光学器件，与所述成形杆光学通信，所述投影光学器件具有从所述发射轴线偏离的中心轴线以及从所述中心轴线偏离的输出轴线。

2.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述光源具有圆对称的强度轮廓。

3.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述光源沿所述发射轴线生成准直光。

4.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述光源包括发光二极管、准直透镜、光学滤镜、光学滤镜轮和耦接透镜中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述光源由单个光源组成，或者不包括用于从另一方向照明所述平面表面的第二光源。

6.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述成形杆包括具有弯曲横截面形状的棱镜。

7.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述成形杆被定位成用于将来自所述光源的光以50％以上的Y轴线均匀性比率以及50％以上的X轴线均匀性比率投影到所述平面表面的区域上。

8.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述成形杆包括具有多边形横截面形状的棱镜。

9.根据权利要求8所述的光学投影系统，其中，所述棱镜具有梯形横截面形状。

10.根据权利要求9所述的光学投影系统，其中，所述成形杆被定位成用于将来自所述光源的光以矩形形状或正方形形状投影到所述平面表面上。

11.根据权利要求10所述的光学投影系统，其中，投影到所述矩形形状或正方形形状上的所述光具有50％以上的y轴线均匀性比率以及50％以上的x轴线均匀性比率。

12.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述成形杆耦接到允许所述成形杆绕所述杆轴线或所述发射轴线旋转的支座。

13.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述投影光学器件的所述中心轴线从所述发射轴线偏离从1mm到20mm的距离。

14.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述投影光学器件包括一个或多个透镜。

15.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述投影光学器件包括楔形棱镜，所述楔形棱镜定位成将沿所述中心轴线或平行于所述中心轴线定向的输入光转向为沿所述输出轴线定向的输出光。

16.根据权利要求15所述的光学投影系统，其中，所述输出轴线从所述中心轴线有角度地偏离。

17.根据权利要求15所述的光学投影系统，其中，所述楔形棱镜定位成将所述输出光对准在所述平面表面的中心之上。

18.根据权利要求15所述的光学投影系统，其中，所述投影光学器件还包括：所述楔形棱镜的输入侧上的第一透镜，以及所述楔形棱镜的输出侧上的第二透镜。

19.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述输出轴线从所述中心轴线有角度地偏离。

20.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述投影光学器件耦接到允许所述投影光学器件绕所述中心轴线旋转或者允许所述投影光学器件沿垂直于所述中心轴线的方向平移的支座。

21.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述投影光学器件沿垂直于所述中心轴线的方向的平移改变所述中心轴线与所述发射轴线之间的偏离。

22.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述平面表面包括显微镜系统的关注区域。

23.根据权利要求1所述的光学投影系统，还包括：与所述平面表面光学通信的显微镜系统，用于收集来自所述平面表面的散射光或发射光。

24.根据权利要求23所述的光学投影系统，其中，所述显微镜系统具有定向成与所述平面表面正交的光轴线。

25.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述平面表面包括、保持或被配置成保持微阵列或微流体装置。

26.根据权利要求25所述的光学投影系统，其中，所述平面表面包括、保持或被配置成保持所述微流体装置，并且其中，所述微流体装置包括微流体阵列或跨越所述平面表面分布的多个反应位点。

27.根据权利要求26所述的光学投影系统，还包括：被布置成引导所述微流体装置中的流体流动的一个或多个流动控制器。

28.根据权利要求26所述的光学投影系统，还包括：耦接到所述微流体装置的热量块。

29.根据权利要求26所述的光学投影系统，还包括：耦接到所述微流体装置的热循环装置。

30.根据权利要求26或29所述的光学投影系统，还包括：用于使用热循环装置来调整所述微流体装置的温度的温度控制器。

31.根据权利要求1所述的光学投影系统，还包括：至少支撑所述成形杆和所述投影光学器件的平移或旋转台，用于调整所述平面表面与所述成形杆和所述投影光学器件之间的相对位置或朝向。

32.一种用于照明平面表面的方法，所述方法包括：

沿发射轴线引导来自光源的光，所述发射轴线定向成与所述平面表面不正交；

使所述光穿过成形杆，所述成形杆具有沿所述发射轴线对准的杆轴线；

使所述光穿过投影光学器件，所述投影光学器件具有从所述发射轴线偏离的中心轴线以及从所述中心轴线偏离的输出轴线；以及

将来自所述投影光学器件的光引导到所述平面表面上。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，来自所述光源的光具有圆对称的强度轮廓。

34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述光源沿所述发射轴线生成准直光。

35.根据权利要求32所述的方法，其中，所述光源包括发光二极管、准直透镜、光学滤镜、光学滤镜轮和耦接透镜中的一个或多个。

36.根据权利要求32所述的方法，其中，来自所述光源的光具有第一波长或波长范围，并且其中，所述方法还包括：沿所述发射轴线引导来自所述光源的额外的光，所述额外的光具有第二波长或波长范围。

37.根据权利要求32所述的方法，其中，所述成形杆包括具有弯曲横截面形状的棱镜。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述成形杆和所述投影光学器件被定位成用于将所述光以50％以上的y轴线均匀性比率以及50％以上的x轴线均匀性比率投影到所述平面表面上。

39.根据权利要求32所述的方法，其中，所述成形杆包括具有多边形横截面形状的棱镜。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述棱镜具有梯形横截面形状。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述成形杆和所述投影光学器件被定位成用于将所述光以矩形形状或正方形形状投影到所述平面表面上。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，投影到所述矩形形状或正方形形状上的所述光具有50％以上的y轴线均匀性比率以及50％以上的x轴线均匀性比率。

43.根据权利要求32所述的方法，其中，所述成形杆耦接到允许所述成形杆绕所述杆轴线或所述发射轴线旋转的支座。

44.根据权利要求43所述的方法，还包括：通过调整所述成形杆绕所述杆轴线或所述发射轴线的旋转来调整投影到所述平面表面上的光的形状或形状朝向。

45.根据权利要求32所述的方法，其中，所述投影光学器件包括楔形棱镜，所述楔形棱镜定位成将沿所述中心轴线或平行于所述中心轴线定向的输入光转向为沿所述输出轴线定向的输出光。

46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述投影光学器件还包括：所述楔形棱镜的输入侧上的第一透镜，以及所述楔形棱镜的输出侧上的第二透镜。

47.根据权利要求32所述的方法，其中，所述投影光学器件耦接到允许所述投影光学器件绕所述中心轴线旋转或者允许所述投影光学器件沿垂直于所述中心轴线的方向平移的支座。

48.根据权利要求47所述的方法，还包括：通过调整所述投影光学器件沿垂直于所述中心轴线的方向的平移来调整投影到所述平面表面上的光的焦点。

49.根据权利要求47所述的方法，还包括：通过调整所述投影光学器件绕所述中心轴线的旋转来调整投影到所述平面表面上的光的横向位置。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述投影光学器件包括楔形棱镜，并且其中，调整所述投影光学器件绕所述中心轴线的旋转修改由所述楔形棱镜施加的转向的朝向。

51.根据权利要求32所述的方法，其中，所述平面表面包括显微镜系统的关注区域，并且其中，所述方法还包括：使用所述显微镜系统来收集从所述平面表面散射或发射的光并对所述光进行成像。

52.根据权利要求32所述的方法，其中，所述平面表面包括微阵列或微流体装置。

53.根据权利要求52所述的方法，其中，所述平面表面包括所述微流体装置，并且还包括：在一个或多个不同温度之间循环所述微流体装置处的温度。

54.根据权利要求53所述的方法，并且还包括：在循环所述温度之前控制所述微流体装置中的样本和试剂的流动。

55.根据权利要求52所述的方法，其中，所述微流体装置包括微流体阵列或跨越所述平面表面分布的多个反应位点。

56.根据权利要求32所述的方法，还包括：通过调整所述平面表面与所述成形杆和所述投影光学器件之间的相对朝向来调整投影到所述平面表面上的光的横向位置。

57.根据权利要求32所述的方法，还包括：通过调整所述平面表面与所述成形杆和所述投影光学器件之间的相对距离来调整光投影到所述平面表面上的区域。