JP2019537067A5 - - Google Patents

Claims (47)

1. マイクロ流体デバイスの囲い内の微小物体を撮像する光学装置であって、
   非構造化光線を第１の光源から受け取り、前記マイクロ流体デバイスの囲いに配置された微小物体の照明に適した構造化光線を反射又は透過するように構成された構造化光変調器と、
   前記構造化光変調器からの前記構造化光線を捕捉し透過するように構成された第１のチューブレンズと、
   前記マイクロ流体デバイスの前記囲いの少なくとも一部を含む視野からの画像光線を捕捉し透過するように構成された対物レンズと、
   前記第１のチューブレンズから前記構造化光線を受け取り、反射又は透過するように構成され、前記対物レンズからの前記画像光線を受け取り、透過又は反射するように更に構成された第１のダイクロイックビームスプリッタと、
   前記第１のダイクロイックビームスプリッタからの前記画像光線を受け取り透過するように構成された第２のチューブレンズと、
   前記第２のチューブレンズから前記画像光線を受け取るように構成された画像センサであって、前記第２のチューブレンズから受け取った前記画像光線に基づいて前記視野の画像を形成する画像センサと、
   を備え、
   前記第１のチューブレンズが、
   凸形及び第１の曲率半径を有する第１の表面と、
   第２の曲率半径を有する第２の表面と、
   凹形及び第３の曲率半径を有する第３の表面と、
   凹形及び第４の曲率半径を有する第４の表面と、
   少なくとも４５ｍｍの直径を有するクリアアパーチャと、
   を含み、
   前記第１の曲率半径が正であり、前記第３の曲率半径が負であり、前記第４の曲率半径が負であり、
   前記第１のチューブレンズの前焦点及び後焦点が、前記第１のチューブレンズの中間点から等しく離間されていない、
   光学装置。
2. 前記構造化光変調器が、少なくとも１５ｍｍの活性エリアを含む、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１のチューブレンズが、約１６２ｍｍ以下の有効焦点距離を有する、請求項１に記載の光学装置。
4. 前記第１のチューブレンズが、約１５５ｍｍの有効焦点距離を有する、請求項１に記載の光学装置。
5. 前記第１のチューブレンズが、約０．０７１から約０．０８５の開口数を有する、請求項４に記載の光学装置。
6. 前記第１のチューブレンズの後方焦点距離（ＢＦＬ）が最小化される、請求項１に記載の光学装置。
7. 前記第１のチューブレンズが、有効焦点距離（ＥＦＬ）約１５５ｍｍ（例えば、１５５ｍｍ＋／−１ｍｍ）及び後方焦点距離（ＢＦＬ）約１３５ｍｍ（例えば、１３５ｍｍ＋／−１ｍｍ）を有する、請求項１に記載の光学装置。
8. 前記第１のチューブレンズが、有効焦点距離（ＥＦＬ）約１６２ｍｍ（例えば、１６２ｍｍ＋／−１ｍｍ）及び後方焦点距離（ＢＦＬ）約１４６ｍｍ（例えば、１４６ｍｍ＋／−１ｍｍ）を有する、請求項１に記載の光学装置。
9. 前記第１のチューブレンズが、有効焦点距離（ＥＦＬ）約１８０ｍｍ（例えば、１８０ｍｍ＋／−１ｍｍ）及び後方焦点距離（ＢＦＬ）約１６４ｍｍ（例えば、１６４ｍｍ＋／−１ｍｍ）を有する、請求項１に記載の光学装置。
10. 前記第１のチューブレンズが、有効焦点距離（ＥＦＬ）約２００ｍｍ（例えば、２００ｍｍ＋／−１ｍｍ）及び後方焦点距離（ＢＦＬ）約１９１ｍｍ（例えば、１９１ｍｍ＋／−１ｍｍ）を有する、請求項１に記載の光学装置。
11. 前記第２のチューブレンズが、約１８０ｍｍ以上の有効焦点距離を有する、請求項１に記載の光学装置。
12. 前記第２のチューブレンズが、約２００ｍｍの有効焦点距離を有する、請求項１１に記載の光学装置。
13. 前記第２のチューブレンズが、約０．０６３から約０．０７７の開口数を有する、請求項１に記載の光学装置。
14. 前記画像センサが、少なくとも１８．０ｍｍの活性エリアを含む、請求項１に記載の光学装置。
15. 当該装置が、前記対物レンズの背後におけるアパーチャストップを特徴とし、前記アパーチャストップが少なくとも２５ｍｍである、請求項１に記載の光学装置。
16. 前記対物レンズが、前記画像センサによって形成される前記視野の前記画像の収差を最小に抑えるように構成される、請求項１に記載の光学装置。
17. 前記第２のチューブレンズが、前記対物レンズの残存収差を補正するように構成される、請求項１６に記載の光学装置。
18. 前記対物レンズの残存収差を補正するように構成された補正レンズを更に備える、請求項１６に記載の光学装置。
19. 前記構造化光変調器が、前記画像センサの共役面に配置される、請求項１に記載の光学装置。
20. 第１の光源を更に備える、請求項１に記載の光学装置。
21. 前記第１の光源が、少なくとも１０ワットの電力を有する、請求項２０に記載の光学装置。
22. 第２の光源を更に備える、請求項２０に記載の光学装置。
23. 前記第２の光源が、非構造化明視野照明を提供するように構成されるか、又は前記第２の光源がレーザを備える、請求項２２に記載の光学装置。
24. 第２のダイクロイックビームスプリッタを更に備える、請求項１に記載の光学装置。
25. 第３の光源を更に備え、前記第３の光源がレーザを備え、前記第３の光源の前記レーザが、前記マイクロ流体デバイスの内面及び／又は前記マイクロ流体デバイスの前記囲い内に配置される液体媒体を加熱するように構成される、請求項２２に記載の光学装置。
26. ネストを更に備え、前記ネストが前記マイクロ流体デバイスを保持するように構成され、
    前記ネストが、前記マイクロ流体デバイスへの少なくとも１つの電気接続を提供するように更に構成されるか、又は前記ネストが、前記マイクロ流体デバイスへの流体接続を提供するように更に構成される、
    請求項１に記載の光学装置。
27. 命令を前記構造化光変調器に提供する制御ユニットを更に備え、前記命令が、前記構造化光変調器に１つ又は複数の照明パターンを生成させる、請求項１に記載の光学装置。
28. 前記１つ又は複数の照明パターンが、前記マイクロ流体デバイスの複数のＤＥＰ電極の１以上を選択的に活性化する、請求項２７に記載の光学装置。
29. マイクロ流体デバイスの囲い中の微小物体を撮像する光学装置であって、
    非構造化光線を第１の光源から受け取り、前記マイクロ流体デバイスの前記囲いに配置された微小物体の照明に適した構造化光線を反射又は透過するように構成された構造化光変調器と、
    前記構造化光変調器からの前記構造化光線を捕捉し透過するように構成された第１のチューブレンズと、
    前記マイクロ流体デバイスの前記囲いの少なくとも一部を含む視野からの画像光線を捕捉し透過するように構成された対物レンズと、
    前記第１のチューブレンズから前記構造化光線を受け取り、反射又は透過するように構成され、前記対物レンズからの前記画像光線を受け取り、透過又は反射するように更に構成された第１のダイクロイックビームスプリッタと、
    前記第１のダイクロイックビームスプリッタからの前記画像光線を受け取り透過するように構成された第２のチューブレンズと、
    前記第２のチューブレンズから前記画像光線を受け取るように構成された画像センサであって、前記第２のチューブレンズから受け取った前記画像光線に基づいて、前記視野の画像を形成する画像センサと、
    を備え、
    前記第２のチューブレンズが、
    凸形及び第１の曲率半径を有する第１の表面と、
    第２の曲率半径を有する第２の表面と、
    凹形及び第３の曲率半径を有する第３の表面と、
    凹形及び第４の曲率半径を有する第４の表面と、
    少なくとも４５ｍｍの直径を有するクリアアパーチャと、
    を含み、
    前記第１の曲率半径は正であり、前記第３の曲率半径は負であり、前記第４の曲率半径は負であり、
    当該第２のチューブレンズの前焦点及び後焦点が、当該第２のチューブレンズの中間点から等しく離間されていない、
    光学装置。
30. マイクロ流体デバイス中の微小物体を撮像するシステムであって、
    前記マイクロ流体デバイスの囲い内の微小物体を撮像するように構成された光学装置であって、
    非構造化光線を第１の光源から受け取り、前記マイクロ流体デバイスの前記囲いに配置された微小物体の照明に適した構造化光線を反射又は透過するように構成された構造化光変調器と、
    前記構造化光変調器からの前記構造化光線を捕捉し透過するように構成された第１のチューブレンズと、
    前記マイクロ流体デバイスの前記囲いの少なくとも一部を含む視野からの画像光線を捕捉し透過するように構成された対物レンズと、
    前記第１のチューブレンズから前記構造化光線を受け取り、反射又は透過するように構成され、前記対物レンズからの前記画像光線を受け取り、透過又は反射するように更に構成された第１のダイクロイックビームスプリッタと、
    前記第１のダイクロイックビームスプリッタからの前記画像光線を受け取り透過するように構成された第２のチューブレンズと、
    前記第２のチューブレンズから前記画像光線を受け取るように構成された画像センサであって、前記画像センサは、前記第２のチューブレンズから受け取った前記画像光線に基づいて前記視野の画像を形成する、画像センサと、
    を備える光学装置と、
    前記マイクロ流体デバイスが前記光学装置により撮像することができる位置に前記マイクロ流体デバイスを保持するネストと、
    命令を前記構造化光変調器に提供する制御ユニットであって、前記命令が、前記構造化光変調器に１つ又は複数の照明パターンを生成させる、制御ユニットと、
    を備える、システム。
31. 前記光学装置が請求項１から２９のいずれか１項に従って構成される、請求項３０に記載のシステム。
32. 前記ネストが、前記マイクロ流体デバイスへの少なくとも１つの電気接続を提供する、請求項３０に記載のシステム。
33. 前記ネストが、前記マイクロ流体デバイスへの流体接続を提供する、請求項３０に記載のシステム。
34. 前記照明パターンが経時変化する、請求項３０に記載のシステム。
35. 前記構造化光変調器が、前記マイクロ流体デバイスの複数のＤＥＰ電極の１以上を選択的に活性化するよう、前記１つ又は複数の照明パターンを調整するよう構成されている、請求項３０に記載のシステム。
36. 試料の１つ又は複数の微小物体を操作する方法であって、
    基板を含む囲いを有するマイクロ流体デバイスに、前記１つ又は複数の微小物体を含む前記試料を装填することであって、前記基板が、前記基板の表面上に配置されるか、又は前記表面により構成される複数の光作動式誘電泳動（ＤＥＰ）電極を備える、装填することと、
    電圧電位を前記マイクロ流体デバイスにわたり印加することと、
    光学装置に、構造化光を前記マイクロ流体デバイスの前記基板の前記表面の第１の位置に投影させることにより、前記マイクロ流体デバイス内に配置された少なくとも１つの微小物体に隣接してＤＥＰ力を選択的に活性化することであって、前記第１の位置が、複数の光作動式ＤＥＰ電極の１つ又は複数を含み、前記基板の前記表面の第２の位置に隣接して配置され、前記第２の位置が前記少なくとも１つの微小物体の下に配置され、前記光学装置が、
    第１の光源、
    非構造化光線を前記第１の光源から受け取り、前記マイクロ流体デバイスの前記基板の前記表面の前記第１の位置における前記１つ又は複数のＤＥＰ電極を選択的に活性化するのに適した構造化光線を透過するように構成された構造化光変調器、
    前記構造化光変調器からの前記構造化光線を捕捉し透過するように構成された第１のチューブレンズ、
    前記第１のチューブレンズから透過された前記構造化光線を捕捉し、前記構造化光線を前記マイクロ流体デバイスの前記基板の前記表面の前記第１の位置に投影するように構成された対物レンズであって、前記対物レンズは、前記マイクロ流体デバイスの前記囲いの少なくとも一部を含む視野から反射又は発せられた画像光線を捕捉し透過するように更に構成され、前記視野は、前記基板の前記表面の前記第１の位置及び前記第２の位置を包含する、対物レンズ、
    前記第１のチューブレンズから受け取った前記構造化光線を前記対物レンズに向けて反射又は透過するように構成され、前記対物レンズから受け取った画像光線を透過又は反射するように更に構成される第１のダイクロイックビームスプリッタ、
    前記第１のダイクロイックビームスプリッタから前記画像光線を受け取り透過するように構成された第２のチューブレンズ、及び
    前記第２のチューブレンズから前記画像光線を受け取るように構成された画像センサであって、前記第２のチューブレンズから受け取った前記画像光線に基づいて前記視野の画像を記録する画像センサ
    を備える、ＤＥＰ力を選択的に活性化することと、
    前記光学装置に、前記投影された構造化光を前記マイクロ流体デバイスの前記基板の前記表面の前記第１の位置から前記基板の前記表面の第３の位置に移動させることにより、生成される前記ＤＥＰ力の位置を少なくとも１つの微小物体に隣接するようにシフトさせることであり、前記第３の位置も、複数の光作動式ＤＥＰ電極の１つ又は複数を含む、シフトさせることと、
    を含む、方法。
37. 前記光学装置が、請求項１から２９のいずれか１項に記載の光学装置を備える、請求項３６に記載の方法。
38. 前記マイクロ流体デバイスの前記囲いが、フロー領域と、前記フロー領域に流体的に接続される少なくとも１つの隔離ペンと、を含み、
    前記視野が、前記少なくとも１つの隔離ペン及び前記フロー領域の少なくとも一部を包含する、請求項３６に記載の方法。
39. 前記光学装置が、非構造化光を生成する第２の光源を含み、
    当該方法が、前記光学装置を使用して、前記第２の光源からの前記非構造化光を前記マイクロ流体デバイスの前記囲いに投影し、それにより、前記囲い内に明視野照明を提供することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
40. 前記画像センサで前記視野の画像を記録することをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
41. 前記光学装置がレーザ光源を含み、
    前記方法が、前記光学装置を使用して、前記レーザ光源からのレーザ光を前記マイクロ流体デバイスの前記囲い内の表面に投影することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
42. 前記基板の前記表面の前記第１の位置に投影された前記構造化光が、１又は複数の照明パターンを含む、請求項３６に記載の方法。
43. 前記基板の前記表面の前記第１の位置が、前記マイクロ流体デバイスの前記フロー領域に配置され、前記基板の前記表面の前記第３の位置が、前記複数の隔離ペンの隔離ペンの１つ内に配置される、請求項３８に記載の方法。
44. 前記光学装置を使用して、構造化光を前記マイクロ流体デバイスの前記基板の前記表面の複数の第１の位置に投影することにより、前記マイクロ流体デバイス内に配置された複数の微小物体に隣接してＤＥＰ力を選択的に活性化することであって、前記複数の第１の位置のそれぞれが、前記複数の光作動式ＤＥＰ電極の１つ又は複数を含み、前記基板の前記表面の対応する第２の位置に隣接して配置され、前記対応する第２の位置が、前記複数の対応する微小物体の下に配置される、ＤＥＰ力を選択的に活性化することと、
    前記光学装置を使用して、前記投影された構造化光を前記マイクロ流体デバイスの前記基板の前記表面の前記複数の第１の位置から前記基板の前記表面の複数の対応する第３の位置に移すことにより、前記生成されるＤＥＰ力の前記位置を前記複数の微小物体に隣接するようにシフトさせることと、
    を更に含む、請求項３６に記載の方法。
45. 試料の１つ又は複数の微小物体を撮像する方法であって、
    前記１つ又は複数の微小物体を含む前記試料をマイクロ流体デバイスの囲いに装填する
    ことと、
    視野に投影される複数の対応する照明パターンを使用して、前記１つ又は複数の微小物
    体を含む前記囲いの少なくとも一部を包含する前記視野の複数の画像を捕捉することであ
    って、前記複数の各照明パターンは、構造化光を使用して生成され、前記複数の他の照明
    パターンと異なり、前記複数の画像は、光学装置を使用して捕捉され、前記光学装置が、
    第１の光源、
    非構造化光線を前記第１の光源から受け取り、前記複数の照明パターンのいずれかに
    対応する構造化光線を透過するように構成された構造化光変調器、
    前記構造化光変調器からの前記構造化光線を捕捉し透過するように構成された第１の
    チューブレンズ、
    前記第１のチューブレンズから透過された前記構造化光線を捕捉し、前記構造化光線
    を前記視野により包含される前記マイクロ流体デバイスの前記囲いの前記少なくとも一部
    に投影するように構成された対物レンズであって、前記視野内から反射又は放射された画
    像光線を受け取るように更に構成される対物レンズ、
    前記第１のチューブレンズから受け取った前記構造化光線を前記対物レンズに向けて
    反射又は透過するように構成され、前記対物レンズから受け取った画像光線を透過又は反
    射するように更に構成される第１のダイクロイックビームスプリッタ、
    前記第１のダイクロイックビームスプリッタから前記画像光線を受け取り透過するよ
    うに構成された第２のチューブレンズ、及び
    前記第２のチューブレンズから前記画像光線を受け取るように構成された画像センサ
    であって、前記画像センサは、前記第２のチューブレンズから受け取った前記画像光線に
    基づいて前記視野の画像を記録する、画像センサ
    を備える、捕捉することと、
    前記複数のデジタル画像を結合することであって、それにより、前記視野に配置された
    前記１つ又は複数の微小物体の共焦点画像を生成し、前記結合するステップが、前記複数
    の画像のそれぞれを処理して、焦点ボケ背景光を除去することを含む、結合することと、
    を含む、方法。
46. 前記光学装置が、請求項１から２９のいずれか１項に記載の光学装置を備える、請求項４５に記載の方法。
47. 前記視野に投影される複数の対応する照明パターン及び前記画像センサにおいて捕捉される対応する画像が、同時にピントが合う、請求項４５に記載の方法。