KR20180103011A - 연속적 구형 수차 보정 튜브 렌즈 - Google Patents

Abstract

이미징 기기들을 위한 튜브 렌즈들이 본원에서 설명된다. 튜브 렌즈들은, 완전히 무한하게 보정되지는 않는 대물 렌즈를 포함하는 이미징 기기들과 함께 구현될 수 있다. 튜브 렌즈는, 대물 렌즈와 튜브 렌즈 사이의 광 경로를 따라 대물 렌즈로부터의 발산 광을 수신하도록 구성되는 제1 광학 엘리먼트, 및 제2 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 제1 광학 엘리먼트는 대물 렌즈로부터 수신된 발산 광을 제2 광학 엘리먼트 상에 수렴시키고, 제1 엘리먼트는 제2 광학 엘리먼트에 대해 자신의 길이방향 축을 따라 이동가능하다.

Description

연속적 구형 수차 보정 튜브 렌즈{CONTINUOUS SPHERICAL ABERRATION CORRECTION TUBE LENS}

관련 출원들에 대한 교차 참조

본 출원은 2017년 3월 8일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Continuous Spherical Aberration Correction Tube Lens"인 미국 특허 가출원 제62/468,792호의 이익을 주장하는데 상기 가출원은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다. 본 출원은 또한, 2017년 5월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Continuous Spherical Aberration Correction Tube Lens"인 네덜란드 특허 출원 제N2018859호의 이익을 주장한다.

이미징 시스템에서의 구면 수차는 점 광원으로부터의 축외 광(off-axis light) 및 축 방향 광(axial light)을 단일의 초점으로 집속(focus)할 수 없는 능력에 의해 야기된다. 가변 두께를 갖는 샘플들(즉, 다중 평면 샘플들)을 이미지화하는 높은 개구수 렌즈들의 이미징 성능에 영향을 끼치는 것은 일차 수차(primary aberration)이다. 가변 두께를 갖는 샘플의 경우, 구면 수차는 샘플의 두께의 함수로서 변할 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 변화하는 열적 환경(예를 들면, 샘플의 열팽창)이 구면 수차를 또한 도입할 수도 있다. 전통적으로 현미경 공급 업체들은 구면 수차를 보상하기 위해 대물 렌즈의 보정 칼라(corrective collar)를 조정하는 능력을 제공한다.

설계 고려 사항들로 인해, 몇몇 이미징 기기(imaging instrument)들은 구면 수차를 보정하기 위한 소자들을 대물 렌즈 상에 포함하지 않을 수도 있다. 다중 평면 샘플의 이미징 시스템의 하나의 현재의 구현예에서, 초점이 제 1 이미징면(예를 들면, 샘플의 상면(top surface)) 상에 있는지, 또는 제 2 이미징면(예를 들면, 샘플의 하면(bottom surface)) 상에 있는지에 의존하여, 보상기 렌즈는, 대물 렌즈로부터 이미지 센서로 진행하는 광학적 경로(optical path) 안팎으로 움직일 수도 있다. 그러나, 이러한 설계는 두 개의 평면들을 따라 이산된 구면 수차 보정만을 제공하며, 상이한 커버글라스 두께들 또는 환경에서의 열적 변화들을 갖는 샘플들에 부응하지 않을 수도 있다.

본원의 몇몇 예들에서는, 이미징 기기들을 위한 튜브 렌즈들이 제공된다.

제 1 예에서, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈는 다음을 포함한다: 제 1 광학 소자, 제 2 광학 소자, 및 제 3 광학 소자. 이 예에서, 제 1 광학 소자는, 대물 렌즈와 튜브 렌즈 사이의 광학적 경로를 따라 대물 렌즈로부터 발산하는 광(diverging light)을 수광하도록; 그리고 대물 렌즈로부터 수광되는 발산하는 광을 제 2 광학 소자 상으로 수렴시키도록 구성된다. 이 예에서, 제 1 광학 소자는 자신의 종축(longitudinal axis)을 따라 제 2 광학 소자에 대해 이동 가능하고, 제 3 광학 소자는 이미징 시스템의 이미지 센서 상으로 광을 수렴시키도록 구성된다.

이 제 1 예의 다양한 구현예들에서, 제 1 광학 소자는 포지티브 소자(positive element)이고, 제 2 광학 소자는 네거티브 소자(negative element)이고, 제 3 광학 소자는 포지티브 소자이다. 제 1 및 제 2 광학 소자들은 더블릿 렌즈(doublet lens)일 수도 있다. 제 3 광학 소자는 싱글릿 렌즈(singlet lens) 또는 더블릿 렌즈일 수도 있다. 몇몇 구현예들에서, 제 3 광학 소자는 이미지 센서에 대해 텔레센트릭(telecentric)하게 이미지 시스템을 만들도록 구성된다.

몇몇 구현예들에서, 대물 렌즈로부터 수광되는 발산하는 광은, 대물 렌즈의 후방 어퍼쳐(rear aperture)를 빠져나가는 시야 주변 광선(field of view marginal ray)의 중심에 의해 측정될 때 약 0.25 내지 약 1 도 발산한다. 제 1 광학 소자는 자신의 종축을 따라 약 25 mm까지의 거리를 병진할 수도 있다. 튜브 렌즈는 약 150 mm와 약 350 mm 사이의 초점 거리를 가질 수도 있다.

몇몇 구현예들에서, 튜브 렌즈는, 제 1 광학 소자를 그 종축을 따라 병진시키기 위한 스테이지를 포함할 수도 있는데, 여기서 제 1 광학 소자의 병진은, 제 1 광학 소자와 제 2 광학 소자 사이의 광학적 경로의 거리를 변경한다.

제 2 예에서, 이미징 시스템은 다음을 포함한다: 광 생성 모듈에 광학적으로 커플링되는 대물 렌즈 ― 대물 렌즈는 광을 샘플 상으로 집속함 ― ; 및 대물 렌즈에 광학적으로 커플링되는 튜브 렌즈. 이미징 시스템은 본원에서 설명되는 바와 같은 튜브 렌즈를 사용할 수도 있다. 특정한 구현예에서, 이미징 시스템은 시퀀싱 시스템(sequencing system)(예를 들면, DNA 시퀀싱 시스템)이다. 이미징 시스템은, 몇몇 구현예들에서, 대물 렌즈를 조정하여 구면 수차를 보정하기 위한 메커니즘을 포함하지 않을 수도 있다.

개시된 기술의 다른 피처들 및 양태들은, 개시된 기술의 구현예들에 따른 피처들을 예로서 예시하는 첨부된 도면들과 연계하여 취해지는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 개요는 청구범위 및 등가물들에 의해 정의되는 본원에서 설명되는 임의의 발명들의 범위를 제한하도록 의도되는 것은 아니다.

전술한 개념들의 모든 조합들은 (이러한 개념들이 상호 상반되지 않으면) 본원에서 개시되는 발명 주제의 일부인 것으로 고려된다. 특히, 본 개시의 끝에서 나타나는 청구된 주제의 모든 조합들은 본원에서 개시되는 발명 주제의 일부인 것으로 고려된다.

하나 또는 그 초과의 다양한 구현예들에 따른 본 개시가 다음의 도면들을 참조하여 상세히 설명된다. 도면들은 설명의 목적들만을 위해 제공되며 예시적인 구현예들을 묘사하는 것에 불과하다. 또한, 예시의 명확성 및 용이성을 위해, 도면들에서의 소자들은 반드시 실척대로 도시된 것이 아님을 유의해야 한다.
본원에서 포함되는 도면들 중 일부는, 개시된 기술의 다양한 구현예들을 상이한 시야각들로부터 예시한다. 첨부된 설명 텍스트는 이러한 시야들을 "상면도", "하면도" 또는 "측면도"로서 지칭할 수도 있지만, 이러한 언급들은 단지 설명적인 것이며, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 개시된 기술이 특정한 공간적 방위에서 구현되어야 한다는 것 또는 사용되어야 한다는 것을 암시하거나 규정하는 것은 아니다.
도 1a는 본원에서 개시되는 시스템들 및 방법들이 구현될 수도 있는 예시적인 이미지 스캐닝 시스템의 일반화된 블록도를 예시한다.
도 1b는 특정한 구현예들에서 구현될 수도 있는 예시적인 2 채널, 라인 스캐닝 모듈식 광학 이미징 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 2a는 본원에서 개시되는 구현예들에 따른 예시적인 모듈식 광학 분석 시스템을 예시하는 측면도이다.
도 2b는 본원에서 개시되는 구현예들에 따른, 튜브 렌즈 소자의 두 개의 상이한 위치들에 대한, 도 2a의 시스템의 방출 광학기기 모듈(emissions optics module)에 대한 광학 어셈블리의 예시적인 구성을 예시하는 광선 추적 블록도이다.
도 2c는 본원에서 개시되는 구현예들에 따른, 튜브 렌즈 소자의 제 1 위치에 대한, 도 2a의 시스템의 방출 광학기기 모듈에 대한 광학 어셈블리의 예시적인 구성을 예시하는 블록도이다.
도 2d는 본원에서 개시되는 구현예들에 따른, 튜브 렌즈 소자의 제 2 위치에 대한, 도 2a의 시스템의 방출 광학기기 모듈에 대한 광학 어셈블리의 예시적인 구성을 예시하는 블록도이다.
도 2e는 발산하는 주 광선들을 이미지 센서 상으로 시준하는 텔레센트릭 렌즈 소자를 예시하는 광선 추적 블록도이다.
도 2f는 전방의 포지티브 렌즈 더블릿을 연결하여(articulate) 튜브 렌즈의 전방의 포지티브 렌즈 소자와 중간의 네거티브 렌즈 소자 사이의 광학적 경로의 거리, 및 상응하여, 전방의 포지티브 렌즈 소자로부터의 수렴하는 광을 보는 중간의 렌즈 소자의 면적을 조정하는 것에 의해, 구면 수차를 보정하는 튜브 렌즈를 예시하는 광선 추적 블록도이다.
도 3a는 대물 렌즈가 샘플의 제 1 표면에 포커싱될 때의 제 1 구성의 예시적인 튜브 렌즈를 포함하는 예시적인 이미징 시스템을 예시하는 광선 추적 블록도이다.
도 3b는 대물 렌즈가 샘플의 제 2 표면 상에 포커싱될 때의 제 2 구성의 예시적인 튜브 렌즈를 포함하는 도 3a의 예시적인 이미징 시스템을 예시하는 광선 추적 블록도이다.
도 4는 구현예들에 따른 연속하는 구면 수차 보정 튜브 렌즈를 제어하는 예시적인 방법을 예시하는 동작 흐름도이다.
도면들은 총망라하는 것은 아니며 본 개시를 개시되는 정확한 형태로 제한하는 것은 아니다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "xy 평면"은 직선 축들 x 및 y에 의해 정의된 2 차원 영역을 의미하도록 의도된다. 검출기 및 검출기에 의해 관찰되는 오브젝트와 관련하여 사용되는 경우, 그 영역은 검출기와 검출되고 있는 오브젝트 사이의 관찰의 방향에 직각인 것으로 추가적으로 명시될 수 있다. 본원에서 라인 스캐너를 지칭하기 위해 사용되는 경우, 용어 "y 방향"은 스캐닝의 방향을 가리킨다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "z 방향" 또는 "z 축"은, 검출기에 의해 관찰되는 오브젝트의 영역에 직교하는 방향 또는 축을 명시하도록 의도된다. 예를 들면, 광학 시스템에 대한 초점의 방향은 z 축을 따라 명시될 수도 있다.

본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "광학적으로 커플링되는"은, 하나의 소자가 다른 소자에게 광을 직접적으로 또는 간접적으로 부여하도록 적응되는 것을 가리키도록 의도된다.

상기에서 언급되는 바와 같이, 기존의 이미징 기기들에서, 샘플 상의 커버글라스의 두께에 의해 도입되는 구면 수차의 보정은 대물 렌즈 내의 소자의 위치를 조정하는 것에 의해 행해질 수도 있다. 그러나, 몇몇 이미징 기기들에서는, 대물 렌즈 내의 소자를 조정하는 것이 바람직하지 않을 수도 있거나 또는 실용적이지 않을 수도 있다. 이것은, 예를 들면, 대물 렌즈가 샘플의 타겟에 초점을 유지하기 위해 z 스테이지(z-stage)를 사용하는 초점 추적 메커니즘의 중요한 부분인 경우에 특히 그렇다. 이러한 구현예에서, z 스테이지는, 초점의 변화들에 신속하게 응답하고 샘플의 움직임을 보상해야만 하는 고 대역폭 시스템으로서 기능할 수도 있다. z 스테이지 대역폭은 대물 렌즈의 질량과 반비례로 서로 관련될 수도 있다. 따라서, 추가 질량(예를 들면, 대물 렌즈를 조정하기 위한 모터 또는 다른 메커니즘)을 추가하는 것은, 필연적으로 z 스테이지의 대역폭을 감소시킬 것이다. 더구나, 정밀 추적 시스템 상의 모터는, 상기에서 논의되는 바와 같이, 구면 수차 보상 모터와 포커싱 모터 사이에서 공진이 유도될 수도 있다는 점에서 잠재적 크로스 커플링 에러(cross-coupling error)들을 도입한다.

본원에서 개시되는 구현예들은, 샘플의 커버글라스의 두께에 의해 도입되는 구면 수차를 보정하기 위해(또는 다른 이유 때문에) 튜브 렌즈의 소자를 대신 이동시키는 것에 의해 이들 상기 언급된 문제점들을 해결한다. 튜브 렌즈는, 튜브 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광학적 경로의 거리를 조정하도록 이동 가능한 전방의 포지티브 소자, 중앙의 네거티브 소자, 및 후방의 포지티브 소자를 포함할 수도 있다. 튜브 렌즈의 전방의 포지티브 소자를 연결하는(articulating) 것에 의해, 구면 수차는, 일정 범위의 샘플 두께들(예를 들면, 상이한 커버 글라스 두께) 및 구면 수차에 영향을 끼치는 열적으로 유도된 렌즈 변화들 및 굴절률 변화들과 같은 열적 환경에서의 변화들에 대해 연속적으로 조정될 수도 있다.

본원에서 설명되는 튜브 렌즈 구조체는, 완전히 무한대로 보정되지는 않는 대물 렌즈를 포함하는 이미징 기기를 활용한다. 이와 같이, 대물 렌즈에 의해 이미지화된 샘플로부터 수집되는 광은, 그것이 대물 렌즈의 후방 어퍼쳐를 빠져나갈 때 시준되지 않는다. 오히려, 광은 약간(예를 들면, 대물 렌즈의 후방 어퍼쳐를 빠져나가는 시야 주변 광선의 중심에 의해 측정될 때 0.25 내지 1 도) 발산한다. 이러한 근 무한대 구성(near-infinity configuration)에서, 튜브 렌즈는, 전방의 포지티브 소자와 중간 소자 사이의 광학적 경로의 거리, 및 상응하여, 수렴하는 광을 수광하는 중간 렌즈 소자의 면적을 조정하기 위해 전방의 포지티브 렌즈 소자를 연결할 수도 있다. 튜브 렌즈의 중간의 네거티브 소자 상의 광의 풋프린트의 이 조정은 구면 수차를 조율하기(tune) 위해 사용될 수도 있다. 이와 같이, 시스템의 구면 수차는, 전방 소자를 연결하여 튜브 렌즈의 중간 소자에 의해 수광되는 광의 풋프린트를 변경하는 것에 의해 보정될 수도 있다. 하기에 추가로 설명되는 바와 같이, 이것은 광학 이미징 시스템에서 배율, 왜곡 또는 다른 수차들을 변경하지 않고도 구면 수차를 보정할 수도 있다.

본원에서 개시되는 시스템들 및 방법들의 다양한 구현예들을 설명하기 이전에, 본원에서 개시되는 기술이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 설명하는 것이 유용하다. 하나의 이러한 예시적인 환경은 도 1a에서 예시되는 이미징 시스템(100)의 것이다. 예시적인 이미징 시스템은 샘플의 이미지를 획득 또는 생성하기 위한 디바이스를 포함할 수도 있다. 도 1a에서 개설되는(outlined) 예는, 백라이트 설계 구현의 예시적인 이미징 구성을 도시한다. 예시적인 이미징 시스템(100)의 맥락에서 시스템들 및 방법들이 본원에서 때때로 설명될 수도 있지만, 이들은 본원에서 개시되는 기술의 구현예들이 구현될 수도 있는 예들에 불과하다는 것을 유의해야 한다. 본 설명을 읽은 후에, 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 이러한 및 다른 스캐너들, 현미경들 및 다른 이미징 시스템들과 함께 본원에서 설명되는 튜브 렌즈가 어떻게 구현될 수 있는지를 이해할 것이다.

도 1a의 예에서 알 수 있는 바와 같이, 대상 샘플들은, 대물 렌즈(142) 아래의 샘플 스테이지(170) 상에 위치되는 샘플 컨테이너(110)(예를 들면, 본원에 설명되는 바와 같은 플로우 셀(flow cell)) 상에 위치된다. 광원(160) 및 관련된 광학기기들은, 레이저 광과 같은 광의 빔을, 샘플 컨테이너(110) 상의 선택된 샘플 위치로 지향시킨다. 샘플은 형광을 발하고 결과적으로 나타나는 광은 대물 렌즈(142)에 의해 수집되어 형광을 검출하기 위한 카메라 시스템(140)의 이미지 센서로 보내진다. 샘플 스테이지(170)는 대물 렌즈(142)에 대해 이동되어 샘플 컨테이너(110) 상의 다음 샘플 위치를 대물 렌즈(142)의 초점 위치에 위치시킨다. 대물 렌즈(142)에 대한 샘플 스테이지(110)의 이동은, 샘플 스테이지 그 자체, 대물 렌즈, 이미징 시스템의 몇몇 다른 컴포넌트, 또는 상기한 것의 임의의 조합을 이동시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 추가적인 구현예들도 또한, 고정식 샘플에 대해 전체 이미징 시스템을 이동시키는 것을 포함할 수도 있다.

유체 전달 모듈 또는 디바이스(100)는, 시약들(예를 들면, 형광 표식 뉴클레오타이드(fluorescently labeled nucleotide)들, 완충액들, 효소들, 절단 시약(cleavage reagent)들, 등등)의 흐름을 샘플 컨테이너(110) 및 폐기 밸브(120)로 (그리고 이들을 통해) 지향시킨다. 샘플 컨테이너(110)는 샘플들이 제공되는 하나 또는 그 초과의 기재(substrate)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 많은 수의 상이한 핵산 서열들을 분석하기 위한 시스템의 경우, 샘플 컨테이너(110)는, 서열화될 핵산들이 결합, 부착 또는 관련되는 하나 또는 그 초과의 기재들을 포함할 수 있다. 다양한 구현예들에서, 기재는, 예를 들면, 유리 표면들, 플라스틱 표면들, 라텍스, 덱스트란, 폴리스티렌 표면들, 폴리프로필렌 표면들, 폴리아크릴아미드 겔들, 금 표면들, 및 실리콘 웨이퍼들과 같은, 핵산들이 부착될 수 있는 임의의 불활성 기재 또는 매트릭스를 포함할 수 있다. 몇몇 응용예들에서, 기재는, 샘플 컨테이너(110) 전역에서 매트릭스 또는 어레이로 형성되는 복수의 위치들에서의 채널 또는 다른 영역 내에 있다.

몇몇 구현예들에서, 샘플 컨테이너(110)는, 하나 또는 그 초과의 형광 염료들을 사용하여 이미지화되는 생물학적 샘플을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 특정한 구현예에서, 샘플 컨테이너(110)는, 반투명 커버 플레이트, 기재, 및 이들 사이에 끼이는 액체를 포함하는 패턴화된 플로우 셀로서 구현될 수도 있고, 생물학적 샘플은 반투명 커버 플레이트의 안쪽 표면(inside surface) 또는 기재의 안쪽 표면에 위치될 수도 있다. 플로우 셀은, 기재로의 정의된 어레이(예를 들면, 육각형 어레이, 직사각형 어레이, 등등)로 패턴화되는 다수(예를 들면, 수천, 수백만 또는 수십억)의 웰들 또는 영역들을 포함할 수도 있다. 각각의 영역은, 예를 들면, 합성에 의한 시퀀싱을 사용하여 서열화될 수도 있는 DNA, RNA, 또는 다른 게놈 물질과 같은 생물학적 샘플의 클러스터(예를 들면, 단일 클론 클러스터(monoclonal cluster))를 형성할 수도 있다. 플로우 셀은, 클러스터들의 육각형 어레이를 각각 포함하는 다수의 이격된 레인들(예를 들면, 여덟 개의 레인들)로 추가로 분할될 수도 있다. 본원에서 개시되는 구현예들에서 사용될 수도 있는 예시적인 플로우 셀들은 미국 특허 제8,778,848호에서 설명되어 있다.

시스템은 또한, 샘플 컨테이너(110) 내의 유체들의 상태들의 온도를 옵션적으로 조절할 수 있는 가열기/냉각기(135) 및 온도 스테이션 액추에이터(130)를 포함한다. 카메라 시스템(140)은 샘플 컨테이너(110)의 시퀀싱을 모니터링 및 추적하기 위해 포함될 수 있다. 카메라 시스템(140)은, 예를 들면, 필터 스위칭 어셈블리(145) 내의 다양한 필터들, 대물 렌즈(142), 및 포커싱 레이저/포커싱 레이저 어셈블리(150)와 상호 작용할 수 있는, 전하 결합 소자(charge-coupled device; CCD) 카메라(예를 들면, 시간 지연 통합(time delay integration; TDI) CCD 카메라)로서 구현될 수 있다. 카메라 시스템(140)은 CCD 카메라로 제한되지 않으며 다른 카메라들 및 이미지 센서 기술들이 사용될 수 있다. 특정한 구현예들에서, 카메라 센서는 약 5 ㎛와 약 15 ㎛ 사이의 픽셀 사이즈를 가질 수도 있다.

카메라 시스템(140)의 센서들로부터의 출력 데이터는, 이미지 데이터를 분석하는(예를 들면, 이미지 품질 채점), 레이저 빔의 특성들(예를 들면, 초점, 형상, 강도, 전력, 밝기, 위치)을 그래픽 유저 인터페이스(graphical user interface; GUI)로 보고 또는 디스플레이하는, 그리고, 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 이미지 데이터에서의 왜곡을 동적으로 보정하는 소프트웨어 애플리케이션으로서 구현될 수도 있는 실시간 분석 모듈(도시되지 않음)로 전달될 수도 있다.

광섬유 광학기기 인터페이스(이것은 옵션적으로 하나 또는 그 초과의 재 이미징 렌즈들, 광섬유 광학기기 마운팅, 등등을 포함할 수 있음)를 통한 조명을 통해 샘플들 내의 형광성 시퀀싱 반응들을 조명하기 위해, 광원(160)(예를 들면, 옵션적으로 다수의 레이저들을 포함하는 어셈블리 내의 여기 레이저) 또는 다른 광원이 포함될 수 있다. 저 와트 램프(low watt lamp)(165), 포커싱 레이저(150), 및 역 다이크로익(dichroic)이 도시되는 예에서 또한 제공된다. 몇몇 구현예들에서, 포커싱 레이저(150)는 이미징 동안 턴 오프될 수도 있다. 다른 구현예들에서, 대안적인 초점 구성은, 사분면 검출기, 위치 감지 검출기(Position Sensitive Detector; PSD), 또는 표면으로부터 반사되는 산란된 빔의 위치를 데이터 수집과 동시에 측정하기 위한 유사한 검출기일 수 있는 제 2 포커싱 카메라(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

비록 백라이트 디바이스로서 예시되지만, 다른 예들은, 대물 렌즈(142)를 통해 샘플 컨테이너(110) 상의 샘플들 상으로 지향되는 레이저 또는 다른 광원으로부터의 광을 포함할 수도 있다. 대물 렌즈(142)에 대한 샘플 컨테이너(110)의 이동 및 정렬을 제공하기 위해, 샘플 컨테이너(110)는 궁극적으로 샘플 스테이지(170) 상에 장착될 수 있다. 샘플 스테이지는, 샘플 스테이지가 세 개의 차원 중 임의의 차원에서 움직이는 것을 허용하기 위한 하나 또는 그 초과의 액추에이터들을 구비할 수 있다. 예를 들면, 데카르트 좌표 시스템의 관점에서, 스테이지가 대물 렌즈에 대해 X, Y 및 Z 방향에서 움직이는 것을 허용하기 위한 액추에이터들이 제공될 수 있다. 이것은 샘플 컨테이너(110) 상의 하나 또는 그 초과의 샘플 위치들이 대물 렌즈(142)와 광학적으로 정렬되도록 위치되는 것을 허용할 수 있다.

초점(z 축) 컴포넌트(175)가, 이 예에서는, 초점 방향(통상적으로 z 축, 또는 z 방향으로 지칭됨)에서 샘플 컨테이너(110)에 대한 광학적 컴포넌트들의 위치 결정을 제어하기 위해 포함되는 것으로 도시된다. 초점 컴포넌트(175)는, 이미징 동작에 대한 적절한 포커싱을 제공하도록 광학적 컴포넌트들(예를 들면, 대물 렌즈(142))에 대해 샘플 스테이지(170) 상의 샘플 컨테이너(110)를 이동시키기 위해, 광학적 스테이지 또는 샘플 스테이지, 또는 둘 모두에 물리적으로 커플링되는 하나 또는 그 초과의 액추에이터들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터는, 예컨대, 예를 들면, 스테이지에 대한 또는 스테이지와의 직접적인 또는 간접적인 기계적, 자기적, 유체적 또는 다른 부착 또는 접촉에 의해 각각의 스테이지에 물리적으로 커플링될 수도 있다. 하나 또는 그 초과의 액추에이터들은, 샘플 스테이지를 동일한 평면에서 유지하면서(예를 들면, 광축에 수직인 수평 자세 또는 레벨을 유지하면서), z 방향에서 스테이지를 이동시키도록 구성될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 액추에이터들은 또한 스테이지를 기울이도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 샘플 컨테이너(110)가 자신의 표면들에서의 임의의 경사를 고려하여 동적으로 평탄화될 수 있도록 행해질 수 있다.

시스템의 포커싱은, 대물 렌즈의 초점면을, 선택된 샘플 위치에서 이미지화될 샘플과 정렬시키는 것을 가리킬 수도 있다. 그러나, 포커싱은 또한, 예를 들면, 테스트 샘플의 이미지에 대한 소망하는 레벨의 선명도 또는 콘트라스트와 같은 샘플의 표현을 위한 소망하는 특성을 획득하기 위한 시스템에 대한 조정들을 지칭할 수 있다. 대물 렌즈의 초점면의 사용 가능한 피사계 심도가 얕을 수도 있기 때문에(때로는 대략 1 ㎛ 이하), 초점 컴포넌트(175)는 이미지화되고 있는 표면을 밀접하게 따른다. 샘플 컨테이너가 기기에 고정될 때 완벽하게 평평하지 않기 때문에, 초점 컴포넌트(175)는 스캐닝 방향(본원에서 y 축으로 지칭됨)을 따라 이동하는 동안 이 프로파일을 따르도록 설정될 수도 있다.

이미지화되고 있는 샘플 위치에서 테스트 샘플로부터 나오는 광은 카메라 시스템(140)의 하나 또는 그 초과의 검출기들로 지향될 수 있다. 어퍼쳐는 초점 영역에서 나오는 광만이 검출기를 통과하는 것을 허용하도록 포함되고 배치될 수 있다. 어퍼쳐는, 초점 영역 외부의 영역들에서 나오는 광의 성분들을 필터링하는 것에 의해 이미지 품질을 향상시키도록 포함될 수 있다. 방출 필터들은, 결정된 방출 파장을 기록하도록 그리고 임의의 레이저 미광(stray laser light)을 차단하도록 선택될 수 있는 필터 스위칭 어셈블리(145)에 포함될 수 있다.

예시되지는 않지만, 스캐닝 시스템의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러가 제공될 수 있다. 컨트롤러는, 예를 들면, 포커싱, 스테이지 이동, 및 이미징 동작들과 같은 시스템 동작의 양태들을 제어하도록 구현될 수 있다. 다양한 구현예들에서, 컨트롤러는 하드웨어, 알고리즘들(예를 들면, 머신 실행 가능 명령어들), 또는 전술한 것의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 구현예들에서, 컨트롤러는 관련된 메모리를 갖는 하나 또는 그 초과의 CPU들 또는 프로세서들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러는, 컴퓨터 프로세서 및 머신 판독 가능 명령어들이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은 동작을 제어하기 위한 하드웨어 또는 다른 회로부(circuitry)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이 회로부는 다음 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다: 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit; ASIC), 프로그래머블 로직 디바이스(Programmable Logic Device; PLD), 복합 프로그래머블 로직 디바이스(Complex Programmable Logic Device; CPLD), 프로그래머블 로직 어레이(programmable logic array; PLA), 프로그래머블 어레이 로직(Programmable Array Logic; PAL) 또는 다른 유사한 프로세싱 디바이스 또는 회로부. 또 다른 예로서, 컨트롤러는 하나 또는 그 초과의 프로세서들과의 이 회로부의 조합을 포함할 수 있다.

도 1b는, 특정한 구현예들에서 구현될 수도 있는 예시적인 2 채널, 라인 스캐닝 모듈식 광학 이미징 시스템(200)을 예시하는 블록도이다. 예시적인 이미징 시스템(200)의 맥락에서 시스템들 및 방법들이 본원에서 때때로 설명될 수도 있지만, 이들은 본원에서 개시되는 기술의 구현예들이 구현될 수도 있는 예들에 불과하다는 것을 유의해야 한다. 본원에서 설명되는 튜브 렌즈는, 이러한 및 다른 스캐너들, 현미경들 및 다른 이미징 시스템들과 함께 구현될 수 있다.

몇몇 구현예들에서, 시스템(200)은 핵산들의 시퀀싱을 위해 사용될 수도 있다. 적용 가능한 기술들은, 핵산들이 어레이의 고정된 위치들(예를 들면, 플로우 셀의 웰들)에 부착되고 어레이가 반복적으로 이미지화되는 기술들을 포함한다. 이러한 구현예들에서, 시스템(200)은, 특정한 뉴클레오타이드 염기 타입을 다른 것과 구별하기 위해 사용될 수도 있는 두 개의 상이한 컬러 채널들에서 이미지들을 획득할 수도 있다. 보다 구체적으로, 시스템(200)은, 일반적으로 이미징 사이클에서 이미지의 주어진 스팟 위치에 대한 염기 콜(base call)(예를 들면, 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G), 또는 티민(T))을 결정하는 프로세스를 참조하는 "염기 콜링(base calling)"으로 칭해지는 프로세스를 구현할 수도 있다. 두 채널 염기 콜링 동안, 두 개의 이미지들로부터 추출되는 이미지 데이터는, 염기 신원(base identity)을 두 개의 이미지들의 강도들의 조합으로서 인코딩하는 것에 의해 네 개의 염기 타입들 중 하나의 존재를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 두 개의 이미지들의 각각에서의 주어진 스팟 또는 위치에 대해, 염기 신원은 신호 신원들의 조합이 [온, 온]인지, [온, 오프]인지, [오프, 온]인지, 또는 [오프, 오프]인지의 여부에 기초하여 결정될 수도 있다.

묘사되는 바와 같이, 시스템(200)은 내부에 배치되는 두 개의 광원들(211 및 212)을 갖는 라인 생성 모듈(line generation module; LGM)(210)을 포함한다. 광원들(211 및 212)은 레이저 빔들을 출력하는 레이저 다이오드들과 같은 가 간섭성(coherent) 광원들일 수도 있다. 광원(211)은 제 1 파장(예를 들면, 적색 파장)에서 광을 방출할 수도 있고, 광원(212)은 제 2 파장(예를 들면, 녹색 파장)에서 광을 방출할 수도 있다. 레이저 소스들(211 및 212)로부터 출력되는 광 빔들은 빔 성형 렌즈 또는 렌즈들(213)을 통해 지향될 수도 있다. 몇몇 구현예들에서, 단일의 광 성형 렌즈는 두 광원들 모두로부터 출력되는 광 빔들을 성형하기 위해 사용될 수도 있다. 다른 구현예들에서, 별개의 빔 성형 렌즈가 각각의 광 빔에 대해 사용될 수도 있다. LGM(210)의 빔 성형 렌즈들 또는 이미징 시스템의 다른 광학 컴포넌트들은, 광원들(211 및 212)에 의해 방출되는 광을 (예를 들면, 회절성 또는 산란성 컴포넌트들인, 하나 또는 그 초과의 포웰(Powel) 렌즈들, 또는 다른 빔 성형 렌즈들을 사용하는 것에 의해) 라인 패턴들로 성형하도록 구성될 수도 있다.

LGM(210)은 광 빔들을 단일의 인터페이스 포트를 통해 방출 광학기기 모듈(emission optics module; EOM)(230)로 지향시키도록 구성되는 미러(214) 및 반 반사 미러(semi-reflective mirror; 215)를 더 포함할 수도 있다. 광 빔들은 셔터 소자(216)를 통과할 수도 있다. 몇몇 구현예들에서, 포웰 렌즈는 셔터 소자(216)를 통과하기 이전에 라인 빔들을 라인 패턴들로 성형하기 위해 사용될 수도 있다. EOM(230)은 대물 렌즈(235) 및 대물 렌즈(235)를 종방향에서 타겟(250)에 더 가깝게 또는 타겟(250)으로부터 더 멀어지게 이동시키는 z 스테이지(236)를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 타겟(250)은 액체 층(252) 및 반투명 커버 플레이트(251)를 포함할 수도 있고, 생물학적 샘플은 반투명 커버 플레이트의 안쪽 표면뿐만 아니라 액체 층 아래에 위치되는 기재 층의 안쪽 표면에 위치될 수도 있다. 그 다음, z 스테이지는 광 빔들을 플로우 셀의 어느 하나의 안쪽 표면 상으로 집속하도록(예를 들면, 생물학적 샘플 상에 집속됨) 대물 렌즈를 이동시킬 수도 있다. 생물학적 샘플은 DNA, RNA, 단백질들, 또는 기술 분야에서 공지되어 있는 것과 같은 광학적 시퀀싱에 응답하는 다른 생물학적 물질들일 수도 있다.

EOM(230)은 초점 추적 모듈(focus tracking module; FTM)(240)로부터 타겟(250) 상으로 방출되는 초점 추적 광 빔을 반사시키고, 그 다음 타겟(250)으로부터 FTM(240)으로 다시 되돌아 오는 광을 반사시키기 위한 반 반사 미러(233)를 포함할 수도 있다. FTM(240)은, 복귀된 초점 추적 광 빔의 특성들을 검출하고 피드백 신호를 생성하여 타겟(250)에 대한 대물 렌즈(235)의 초점을 최적화하기 위한 초점 추적 광학 센서를 포함할 수도 있다.

EOM(230)은 또한, 타겟(250)으로부터 복귀되는 광이 통과하는 것을 허용하면서 대물 렌즈(235)를 통해 광을 지향시키는 반 반사 미러(234)를 포함할 수도 있다. EOM(230)은 튜브 렌즈(232)를 포함할 수도 있는데, 튜브 렌즈(232)는, 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 대물 렌즈(235)와 튜브 렌즈(232) 사이의 광학적 경로의 거리를 조정하고 (예를 들면, 샘플(250)의 상이한 면들에 초점을 맞추는 것에 의해 야기되는) 구면 수차를 보정하기 위해 종방향에서 연속적으로 연결될 수도 있는 소자를 포함할 수도 있다. 튜브 렌즈(232)를 통해 투과되는 광은 필터 소자(231)를 통해 카메라 모듈(camera module; CAM)(220) 안으로 전달될 수도 있다. CAM(220)은, 입사광 빔들(예를 들면, 광원들(211 및 212)로부터 수광되는 적색 및 녹색 광에 응답하는 형광)에 응답하여 생물학적 샘플로부터 방출되는 광을 검출하기 위한 하나 또는 그 초과의 광 센서들(221)을 포함할 수도 있다.

컨트롤러(225)는 이미징 시스템(210)의 동작을 제어하기 위해 제공될 수 있다. 컨트롤러(225)는 시스템(200)에 통합될 수도 있거나 또는 시스템(200)에 통신 가능하게 커플링되는 컴퓨팅 디바이스 상에서 구현될 수도 있다. 컨트롤러(225)는, 예를 들면, 포커싱, 스테이지 이동, 이미징 동작들, 이미지 프로세싱, 및 튜브 렌즈(232)의 소자의 연결(articulation)(예를 들면, 그 소자를 운반하는 스테이지의 연결)과 같은 시스템 동작의 양태들을 제어하여 구면 수차들 또는 다른 이유들을 보정하도록 구현될 수 있다. 다양한 구현예들에서, 컨트롤러는 하드웨어, 알고리즘들(예를 들면, 머신 실행 가능 명령어들), 또는 전술한 것의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 구현예들에서, 컨트롤러는 관련된 메모리를 갖는 하나 또는 그 초과의 CPU들 또는 프로세서들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러는, 컴퓨터 프로세서 및 머신 판독 가능 명령어들이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은 동작을 제어하기 위한 하드웨어 또는 다른 회로부(circuitry)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이 회로부는 다음 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다: 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit; ASIC), 프로그래머블 로직 디바이스(Programmable Logic Device; PLD), 복합 프로그래머블 로직 디바이스(Complex Programmable Logic Device; CPLD), 프로그래머블 로직 어레이(programmable logic array; PLA), 프로그래머블 어레이 로직(Programmable Array Logic; PAL) 또는 다른 유사한 프로세싱 디바이스 또는 회로부. 또 다른 예로서, 컨트롤러는 하나 또는 그 초과의 프로세서들과의 이 회로부의 조합을 포함할 수 있다.

CAM(220)의 센서들로부터의 출력 데이터는 실시간 분석 모듈(도시되지 않음)로 전달될 수도 있다. 실시간 분석 모듈은, 다양한 구현예들에서, 이미지 데이터를 분석하기 위한(예를 들면, 이미지 품질 채점, 염기 콜링, 등등), 빔의 특성들(예를 들면, 초점, 형상, 강도, 전력, 밝기, 위치)을 그래픽 유저 인터페이스(GUI)로 보고 또는 디스플레이하기 위한, 등등을 위한 컴퓨터 소프트웨어 프로그램 명령어들을 실행한다.

도 2a는 본 개시에 따른 구면 수차를 보정하기 위한 연결 소자(450)를 갖는 튜브 렌즈(400)를 구현할 수도 있는 예시적인 모듈식 광학 분석 시스템을 예시하는 측단면도이다. 도 2a에서 예시되는 바와 같이, LGM(310) 및 EOM(320)은 정렬될 수도 있고, 정밀 장착 플레이트(350)에 대해서 뿐만 아니라 서로에 대해 기계적으로 커플링될 수도 있다. EOM(320)은, LGM(310)에 의해 생성되는 광 빔들이 LGM(310)과 EOM(320) 사이의 인터페이스 배플(interface baffle)을 통해 투과하고, 대물 렌즈(500)를 통과하고, 그리고 광학적 타겟과 충돌하도록, 미러(408)를 통해 튜브 렌즈(400)와 정렬되는 대물 렌즈(500)를 포함할 수도 있는데, 튜브 렌즈(400)는 결국에는 LGM(310)에 광학적으로 커플링된다. 그 다음, 타겟으로부터의 응답성 광 복사(radiation)는 대물 렌즈(500)를 통해 튜브 렌즈(400) 안으로 다시 전달될 수도 있다.

몇몇 구현예들에서, EOM(320)은, 예를 들면, 정렬시 액추에이터들에 의해 제어되는 z 스테이지에 기계적으로 커플링될 수도 있다. 몇몇 예들에서, z 스테이지는 정밀 코일에 의해 연결될 수도 있고, 플로우 셀에 초점을 유지하기 위해 대물 렌즈(500)를 조정 및 이동시킬 수도 있는 포커싱 메커니즘에 의해 작동될 수도 있다. 예를 들면, 초점을 조정하도록 제어하는 신호는 초점 추적 모듈로부터 출력될 수도 있다. 이 z 스테이지는, 예를 들면, 대물 렌즈(500), 튜브 렌즈(400), 및/또는 튜브 렌즈(400)의 렌즈 소자(450)를 연결하는 것에 의해 EOM 광학기기들을 정렬할 수도 있다.

상기에서 논의되는 바와 같이, 본원에서 설명되는 튜브 렌즈 구조체는, 구면 수차를 보정하기 위해 완전히 무한대로 보정되지는 않는 대물 렌즈를 포함하는 이미징 기기를 활용한다. 이와 같이, 다양한 구현예들에서, 대물 렌즈(500)는 완전히 무한대로 보정되지는 않는다. 대물 렌즈(500)에 의해 이미지화된 샘플로부터 수집되는 광은, 그것이 대물 렌즈의 후방 어퍼쳐를 빠져나갈 때 전체적으로 시준되지는 않는다. 오히려, 광은 약간(예를 들면, 대물 렌즈의 후방 어퍼쳐를 빠져나가는 시야 주변 광선의 중심에 의해 측정될 때 약 0.25 내지 약 1 도) 발산한다. 이 구성에서, 튜브 렌즈(400)는 모션 스테이지(455)를 사용하여 자신의 종축을 따라 병진될 수도 있는 연결용 전방 렌즈(articulating front lens; 450)를 포함한다. 특정한 구현예에서, 모션 스테이지(455)는 컨트롤러(예를 들면, 컨트롤러(225))를 사용하여 병진될 수도 있는 스테퍼 모션 스테이지일 수도 있다. 전방 렌즈(450)의 이러한 연결은 샘플 기재 또는 커버 글라스(예를 들면, 플로우 셀)의 다양한 두께를 통한 대물 렌즈(500) 이미징에 의해 도입되는 구면 수차 아티팩트(artifact)들을 보정하기 위한 것이다. 이것은 도 2b 내지 도 2d를 참조하여 추가로 설명된다.

도 2b는, 본원에서 개시되는 구현예들에 따른, 튜브 렌즈 소자(450)의 두 개의 상이한 위치들에 대한, EOM(320)에 대한 광학 어셈블리의 예시적인 구성을 예시하는 광선 추적 블록도이다. 도 2c 및 도 2d는 EOM(320)에 대한 광학 어셈블리의 구성을 유사하게 예시하는 (광선 추적이 없는) 블록도들이다.

도 2b 내지 도 2d의 구성에서 예시되는 바와 같이, 대물 렌즈(500)의 후방 어퍼쳐(510)를 빠져나가는 광은, 소자(510)로부터 튜브 렌즈(400)의 소자(450)로의 광학적 경로를 따라 약간(예를 들면, 후방 어퍼쳐를 빠져나가는 시야 주변 광선의 중심에 의해 측정될 때 0.25 내지 1 도) 발산한다. 이 구성 예에서의 튜브 렌즈(400)는 전방의 포지티브 렌즈 더블릿(450), 중간의 네거티브 렌즈 더블릿(460), 및 후방의 포지티브 렌즈 싱글릿(470)을 포함한다. 도 2b에 의해 예시되는 구성에서, 카메라 렌즈를 고정된 채로 유지하고 튜브 렌즈(400)의 구면 수차를 조정하기 위해 단일의 소자 튜브 렌즈(400)만 이동시키는 것이 바람직할 수도 있다. 추가적으로, 후방 렌즈 소자(470)는 이미지 센서(550)의 표면에 수직인 시야 공간(field space)을 가로지르는 주 광선 각도 공간(chief ray angle space)을 유지하는 텔레센트릭 렌즈로서 구성될 수도 있다. 이것은, 발산하는 주 광선들을 이미지 센서(550) 상으로 시준하는 렌즈 소자(470)를 도시하는 도 2e에 의해 예시된다. 이러한 구성에서, 후방 렌즈 소자(470)는 구면 수차를 보정하기 위해 사용될 수 없을 수도 있다.

추가적으로, 이 예에서, 대물 렌즈(400)와 전방의 포지티브 렌즈 소자(450) 사이의 광이, 비록 약간의 발산을 갖더라도, 본질적으로 시준됨에 따라, 이 렌즈 소자(450)가 보게 되는 광은 실질적으로 변하지 않을 수도 있다. 이와 같이, 이러한 근 무한대 구성에서, 튜브 렌즈(400)는, 전방의 포지티브 렌즈 더블릿(450)을 연결하여 튜브 렌즈의 전방의 포지티브 렌즈 소자(450)와 중간의 네거티브 렌즈 소자(460) 사이의 광학적 경로의 거리, 및 상응하여, 렌즈 소자(450)로부터의 수렴하는 광을 보는 렌즈 소자(460)의 면적(즉, 렌즈 소자(460) 상에서의 광의 "풋프린트")을 조정하는 것에 의해, 구면 수차를 보정할 수도 있다. 이것은 도 2f에 의해 예시된다. 포지티브 소자(450)가 중간 소자(460)로부터 떨어져 연결되면, 두 소자들 사이의 광학적 경로의 거리는 증가하고 광 풋프린트(465)는 사이즈가 감소한다. 반대로, 포지티브 소자(450)가 중간 소자(460) 쪽으로 연결됨에 따라, 두 소자들 사이의 광학적 경로의 거리는 감소하고, 광 풋프린트(465)는 사이즈가 증가한다(즉, 두 소자들 사이에서 광의 수렴이 더 적다). 따라서, 광 풋프린트(465)에서의 변화는, 보상용 구면 수차(compensating spherical aberration)를 도입할 수도 있다. 구면 수차의 이 조정은, 파면(wavefront)과 렌즈(460)의 표면 사이의 상호 작용의 관점에서 이해될 수도 있는데, 여기서 더 작은 파면 풋프린트는, 광학적 표면들의 더 적은 굴곡 처짐(curvature sag)으로 인해 더 적은 수차를 유발할 수도 있다.

따라서, 이 구성에서의 구면 수차는 전방의 포지티브 렌즈 소자(450)를 렌즈 소자(460)로부터 멀어지게 또는 렌즈 소자(460)에 더 가깝게 연결하여 튜브 렌즈(400)의 소자(460)에 의해 수광되는 광의 풋프린트를 변경시키는 것에 의해 보상될 수도 있다. 이것은, 광학 이미징 시스템에서 배율, 왜곡 또는 다른 수차들을 변경하지 않고도 시스템에서 구면 수차를 보정할 수도 있다.

몇몇 구현예들에서, 튜브 렌즈(400)는 약 150 mm와 약 350 mm 사이의 초점 거리를 가질 수도 있다. 하나의 특정한 구현예에서, 튜브 렌즈(400)는 약 200 mm와 약 300 mm 사이의 초점 거리를 가질 수도 있다. 몇몇 구현예들에서, 렌즈 소자(450)는 약 5 mm 내지 약 25 mm까지의 총 거리를 종방향으로 병진할 수도 있다.

도 3a 및 도 3b는, 튜브 렌즈(400)를 두 개의 상이한 구성들로 포함하는 예시적인 이미징 시스템의 측면도를 예시하는 광선 추적 블록도들이다. 이 환경에서, 이미징 시스템은, 반투명 커버 플레이트, 기재 및 이들 사이에 끼인 샘플 영역(예를 들면, 액체)을 포함하는 샘플(700)을 이미징하고 있다. 예를 들면, 샘플(700)은 유체 통로에 의해 분리되는 상부 내부 표면(top interior surface) 및 하부 내부 표면(bottom interior surface)을 포함하는 플로우 셀일 수도 있는데, 내부 표면들의 각각은 형광적으로 태그가 붙은 복수의 핵산 사이트(nucleic acid site)들을 구비한다.

제 1 구성(도 3a)에서, 샘플(700)의 상부 내부 표면이 이미징되고 있고, 렌즈 소자(450)는, 시스템에서의 구면 수차를 보상하는 광 풋프린트(468)를 렌즈 소자(460) 상에 생성하는 제 1 위치에 있다. 제 2 구성(도 3b)에서, 샘플(700)의 하부 내부 표면이 이미징되고 있고, 렌즈 소자(450)는, 구면 수차를 보상하기 위해 렌즈 소자(460)에 더 근접하게 연결된다.

도 4는, 구현예들에 따른, 연속하는 구면 수차 보정 튜브 렌즈를 제어하는 예시적인 방법(800)을 예시하는 동작 흐름도이다. 동작(810)에서, 제 1 구성의 튜브 렌즈를 사용하여 샘플의 제 1 평면(예를 들면, 상부 표면)이 이미지화된다. 결정들(822, 824 및 826)에서, 전방 튜브 렌즈 소자의 병진을 필요로 하는 충분한 구면 수차를 시스템에 도입한 상태가 존재하는지가 결정된다. 이 결정은, 구현예들에서, 시스템의 컨트롤러(225)에 의해 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 구면 수차를 도입하고 있는 열적 변화들이 시스템에서 존재한다는 것, 샘플링된 이미지들이 구면 수차를 나타내고 있다는 것, 또는 샘플의 새로운 초점면(예를 들면, 하부 표면)이 이미지화되고 있다는 것이 결정될 수도 있다. 이들 상태들 중 임의의 것에 응답하여, 동작(830)에서, 튜브 렌즈의 전방 소자는, 튜브 렌즈의 전방 소자와 중간 소자 사이의 광학적 경로의 거리를 조정하도록 연결될 수도 있다.

전술한 개념들의 모든 조합들은 (이러한 개념들이 상호 상반되지 않으면) 본원에서 개시되는 발명 주제의 일부인 것으로 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 개시의 끝에서 나타나는 청구된 주제의 모든 조합들은 본원에서 개시되는 발명 주제의 일부인 것으로 고려된다.

청구범위를 포함하는 본 개시의 전반에 걸쳐 사용되는 용어들 "실질적으로(substantially)" 및 "약"은, 예컨대 프로세싱에서의 변화들로 인한 작은 변동들을 설명하고 고려하기 위해 사용된다. 예를 들면, 그들은 ±5 % 이하, 예컨대 ±2 % 이하, 예컨대 ±1 % 이하, 예컨대 ±0.5 % 이하, 예컨대 ±0.2 % 이하, 예컨대 ±0.1 % 이하, 예컨대 ±0.05 % 이하를 가리킬 수 있다.

적용할 수 있는 한, 용어들 "제 1", "제 2", "제 3", 등등은, 본원에서 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 본원에서, 이들 용어들에 의해 설명되는 각각의 오브젝트들을 별개의 엔티티들로서 나타내기 위해 활용되는 것에 불과하며, 연대기적 순서의 뜻을 의미하도록 의도되지는 않는다.

비록 상기에서 다양한 예시적인 구현예들 및 구현예들의 관점에서 설명되었지만, 개개의 구현예들 중 하나 또는 그 초과에서 설명되는 다양한 피처들, 양태들 및 기능성(functionality)은, 그 다양한 피처들, 양태들 및 기능성을 설명하기 위해 사용되는 특정한 구현예에 대한 그들의 적용 가능성에서 제한되지 않으며, 대신, 이러한 구현예들이 설명되든 또는 그렇지 않든 간에 그리고 이러한 피처들이 설명된 구현예의 일부인 것으로 제시되든 또는 그렇지 않든 간에, 적용의 다른 구현예들 중 하나 또는 그 초과에, 단독으로 또는 다양한 조합들로, 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 출원의 폭 및 범위는 상기에서 설명된 예시적인 구현예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 한다.

본 문서에서 사용되는 용어들 및 어구들, 및 그 변형어들은, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 제한하는 것과는 반대로, 제한이 없는 것으로 해석되어야 한다. 상기한 것의 예들로서: 용어 "포함하는(including)"은 "제한없이 포함하는" 또는 등등을 의미하는 것으로 이해되어야 한다; 용어 "예(example)"는, 논의 중인 항목의 망라하는 또는 제한하는 리스트가 아니라, 그 예시적인 경우들을 제공하기 위해 사용된다; 용어들 "a(한)"또는 "an(한)"은 "적어도 하나", "하나 또는 그 초과(one or more)" 또는 등등을 의미하는 것으로 이해되어야 한다; 그리고 "기존의", "전통적인", "일반적인", "표준의", "공지된" 및 유사한 의미의 용어들과 같은 형용사는, 설명되는 항목을 주어진 시간 기간으로 또는 주어진 시간 현재 이용 가능한 항목으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안되고, 대신 지금 또는 미래의 임의의 시간에 이용 가능할 수도 있는 또는 공지될 수도 있는 기존의, 전통적인, 일반적인, 또는 표준의 기술들을 포괄하도록 이해되어져야 한다. 마찬가지로, 본 문서가 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 또는 공지되어 있을 기술들을 언급하는 경우, 그러한 기술들은, 현재 또는 미래의 임의의 시간에 숙련된 기술자에게 명백한 또는 공지되는 기술들을 포괄한다.

몇몇 경우들에서 "하나 또는 그 초과", "적어도", "그러나 ~에 제한되지 않는" 또는 다른 유사한 어구들과 같은 확장형(broadening) 단어들 및 어구들의 존재는, 이러한 확장형 어구들이 존재하지 않을 수도 있는 경우들에서 더 좁은 경우가 의도되거나 또는 필요로 된다는 것을 의미하는 것으로 이해되지 않을 것이다. 용어 "모듈"의 사용은, 모듈의 일부로서 설명되거나 청구되는 컴포넌트들 또는 기능성이 모두 공통 패키지에서 구성된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 실제로, 제어 로직이든 또는 다른 컴포넌트들이든, 모듈의 다양한 컴포넌트들 중 임의의 것 또는 모두는, 단일 패키지에 결합될 수 있거나 또는 개별적으로 유지될 수 있고 다수의 그룹들 또는 패키지들에서 또는 다수의 위치들에 걸쳐 추가로 분산될 수 있다.

추가적으로, 본원에서 기술되는 다양한 구현예들은 예시적인 블록도들, 흐름도들 및 다른 예시들의 관점에서 설명된다. 본 문서를 읽은 후에 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 바와 같이, 예시된 구현예들 및 그들의 다양한 대안예들은 예시된 예들로 한정되지 않고 구현될 수 있다. 예를 들면, 블록도들 및 그들의 수반하는 설명은, 특정한 아키텍처 또는 구성을 요구하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 개시의 다양한 구현예들이 상기에서 설명되었지만, 그들은 제한으로서가 아니라 단지 예로서 제시되었다는 것이 이해되어야 한다. 마찬가지로, 다양한 도면들은 본 개시에 대한 예시적인 아키텍처 또는 다른 구성을 묘사할 수도 있는데, 이러한 묘사는 본 개시에 포함될 수 있는 피처들 및 기능성을 이해함에 있어서 보조하기 위해 행해진다. 본 개시는 예시된 예시적인 아키텍처들 또는 구성들로 제한되지 않지만, 그러나 소망하는 피처들은 다양한 대안적인 아키텍처들 및 구성들을 사용하여 구현될 수 있다. 실제로, 본 개시의 소망하는 피처들을 구현하기 위해 대안적인 기능적, 논리적 또는 물리적 분할 및 구성들이 어떻게 구현될 수 있는지가 기술 분야에서 숙련된 자에게는 명백할 것이다. 또한, 본원에서 묘사되는 것 이외의 다수의 상이한 구성 모듈 이름들이 다양한 구획들에 적용될 수 있다. 추가적으로, 흐름도들, 동작 설명들 및 방법 청구항들과 관련하여, 본원에서 단계들이 제시되는 순서는, 열거된 기능성을 수행하기 위해 다양한 구현예들이, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 동일한 순서로 구현되어야 한다는 것을 요구하지는 않을 것이다.

Claims (20)

1. 이미징 시스템으로서,
   광 생성 모듈에 광학적으로 커플링되는 대물 렌즈 ― 상기 대물 렌즈는 광을 샘플 상으로 집속(focus)함 ― ;
   상기 대물 렌즈에 광학적으로 커플링되는 튜브 렌즈를 포함하며, 상기 튜브 렌즈는 제 1 광학 소자 및 제 2 광학 소자를 포함하고, 상기 제 1 광학 소자는 상기 대물 렌즈로부터 수광되는 발산하는 광을 상기 제 2 광학 소자 상으로 수렴시키고, 상기 제 1 광학 소자는 자신의 종축을 따라 상기 제 2 광학 소자에 대해 이동 가능한, 이미징 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 광학 소자에 광학적으로 커플링되는 제 3 광학 소자를 더 포함하고, 상기 제 3 광학 소자는 상기 이미징 시스템의 이미지 센서 상으로 광을 수렴시키는, 이미징 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 광학 소자는 포지티브 소자(positive element)이고, 상기 제 2 광학 소자는 네거티브 소자(negative element)이며, 상기 제 3 광학 소자는 포지티브 소자인, 이미징 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 광학 소자는 더블릿 렌즈(doublet lens)이고, 상기 제 2 광학 소자는 더블릿 렌즈인, 이미징 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 3 광학 소자는 상기 이미지 센서에 대해 텔레센트릭(telecentric)하게 상기 이미징 시스템을 만드는, 이미징 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 대물 렌즈로부터 수광되는 상기 발산하는 광은, 상기 대물 렌즈의 후방 어퍼쳐를 빠져나가는 시야 주변 광선(field of view marginal ray)의 중심에 의해 측정될 때 약 0.25 내지 약 1 도 발산하는, 이미징 시스템.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 광학 소자를 그 종축을 따라 병진시키기 위한 스테이지를 더 포함하는, 이미징 시스템.
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 광학 소자는 자신의 종축을 따라 적어도 약 5 mm의 거리를 병진할 수도 있는, 이미징 시스템.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 이미징 시스템은 상기 대물 렌즈를 조정하여 구면 수차를 보정하기 위한 메커니즘을 포함하지 않는, 이미징 시스템.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 시퀀싱 시스템(sequencing system)인, 이미징 시스템.
11. 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈로서,
    대물 렌즈와 상기 튜브 렌즈 사이의 광학적 경로를 따라 상기 대물 렌즈로부터 발산하는 광을 수광하기 위한 제 1 광학 소자;
    제 2 광학 소자 ― 상기 제 1 광학 소자는 상기 대물 렌즈로부터 수광되는 상기 발산하는 광을 상기 제 2 광학 소자 상으로 수렴시키고, 상기 제 1 광학 소자는 자신의 종축을 따라 상기 제 2 광학 소자에 대해 이동 가능함 ― ; 및
    상기 이미징 시스템의 이미지 센서 상으로 광을 수렴시키기 위한 제 3 광학 소자를 포함하는, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는 포지티브 소자이고, 상기 제 2 광학 소자는 네거티브 소자이며, 상기 제 3 광학 소자는 포지티브 소자인, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는 더블릿 렌즈이고, 상기 제 2 광학 소자는 더블릿 렌즈인, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 광학 소자는 상기 이미지 센서에 대해 텔레센트릭하게 상기 이미징 시스템을 만드는, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 3 광학 소자는 싱글릿(singlet) 또는 더블릿 렌즈인, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈로부터 수광되는 상기 발산하는 광은, 상기 대물 렌즈의 후방 어퍼쳐를 빠져나가는 시야 주변 광선의 중심에 의해 측정될 때 약 0.25 내지 약 1 도 발산하는, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는 자신의 종축을 따라 적어도 약 5 mm의 거리를 병진할 수도 있는, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는 자신의 종축을 따라 최대 약 25 mm의 거리를 병진할 수도 있는, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자를 그 종축을 따라 병진시키기 위한 스테이지를 더 포함하고, 상기 제 1 광학 소자의 병진은, 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 사이의 광학적 경로의 거리를 변경하는, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
20. 제 12 항에 있어서,
    상기 튜브 렌즈는 약 150 mm와 약 350 mm 사이의 초점 거리를 갖는, 이미징 시스템을 위한 튜브 렌즈.
    

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