[发明专利]具有聚焦光学器件的光生物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于光生物传感器的聚焦光学器件、包括这样的光学器件的生物传感器以及用于将调查区域成像在光探测器的探测器平面上的方法。

背景技术

WO2008/155716公开了一种光生物传感器，在该光生物传感器中输入光束被全内反射，并且针对反射表面处的目标成分的量探测和评价所产生的输出光束。当在这样的或类似的生物传感器并行测试多个分析物时，通常必须将样品提供在空间隔开的腔室中。这将增加必须被调查的视场，从而或者导致成像区域的边缘处图像劣化，或者导致复杂的光学系统。

发明内容

基于该情况，本发明的目的是提供允许在光生物传感器的若干不同的样品腔室中同时探测分析物的手段。

该目的通过根据权利要求1所述的聚焦光学器件、根据权利要求2所述的光生物传感器、根据权利要求3所述的方法以及根据权利要求15所述的用途来实现。优选实施例在从属权利要求中公开。

根据其第一方面，本发明涉及用于光生物传感器的聚焦光学器件，所述光学器件包括至少两个聚焦小透镜，所述至少两个聚焦小透镜设置为彼此相邻以使得它们将沿着聚焦光学器件的主光轴导向的入射平行光束成像在公共平面上。

在此使用的术语“小透镜(lenslet)”表示基本上与常规光学透镜相对应，但是尺寸相对较小的透镜。更准确地说，这样的小透镜的尺寸小于将由光学器件处理的光束的直径。因此，完整光束的处理需要应用小透镜阵列。优选地，各个小透镜相对于彼此固定，例如通过附接到公共框架上。随后，聚焦光学器件可以作为单个物体操作。“主光轴”用于表征聚焦光学器件的几何特性。通常，该主光轴对应于聚焦光学器件的对称轴和/或其平行于小透镜在物侧的各自光轴。在许多情况下，主光轴对应于所有单独光轴的平均。通常，折射光学元件的“光轴”被定义为沿其具有元件(并且，因此，关于其光学特性)的某种程度的旋转对称的方向。而且，术语“物侧”用于表示小透镜和整个聚焦光学器件的一侧；在应用期间，物通常设置在聚焦光学器件的物侧，而在相对侧生成其图像，因此该相对侧被称为“像侧”。

根据其第二方面，本发明涉及一种光生物传感器，该光生物传感器包括以下组件：

a)用于生成基本上平行的“输出光束”的装置，所述基本上平行的输出光束从调查区域发出并且沿着被称为“主光轴”的轴导向。调查区域通常是能够由样品接触的某个表面的子区域，其中调查区域的图像的评价将生成关于所述样品的某些信息。

b)具有光敏探测器平面的光探测器。光探测器可以包括能够探测给定光谱的光的任意适合的一个传感器或多个传感器，例如光电二极管、光敏电阻、光电管、CCD/CMOS芯片或光电倍增管。

c)包括至少两个聚焦小透镜的聚焦光学器件，所述至少两个聚焦小透镜设置为彼此相邻以用于将所述输出光束聚焦到探测器平面上。换句话说，光生物传感器的聚焦光学器件是根据本发明的第一方面的聚焦光学器件，并且其物侧朝向调查区域取向。

根据第三方面，本发明涉及一种用于将调查区域成像到光生物传感器的光探测器的探测器平面上的方法，所述方法包括以下步骤：

a)生成基本上平行的输出光束，所述基本上平行的输出光束从调查区域发出并沿着被称为“主光轴”的轴传播；

b)通过聚焦光学器件的小透镜将前述输出光束的相邻子光束分别聚焦到所述探测器平面上。

根据本发明以上方面的聚焦光学器件、光生物传感器和方法均允许将大的平行输出光束的若干子光束聚焦到探测平面的不同区域上。因此，能够处理具有大直径的输出光束，同时因为处理是相对于有限扩展的子光束进行的，因此避免了边缘区域的光学畸变。这允许使用高精度的光学测量来检查光生物传感器相对大的调查区域，而不需要可能难以调节的复杂光学系统。或者，包括多个设置为彼此相邻的小透镜的聚焦光学系统可以满足需要。

以下，将描述根据本发明以上方面所涉及的聚焦光学系统、光生物传感器以及方法的本发明的进一步进展。

从调查区域发出并由聚焦光学器件处理的平行输出光束通常能够以许多不同方式生成，例如将光透射通过调查区域。在本发明的优选实施例中，通过输入光束在调查区域的全内反射生成输出光束。输入光束可以由光生物传感器的光源生成，该光源例如为可选地设置有用于成形和引导输入光束的某些光学器件的激光器或发光二极管(LED)。

光探测器优选包括多个单独的探测器单元，该探测器单元以下通常称为“像素”。这样的像素化的光探测器尤其可以由图像传感器实现，例如从数字照相机中已知的CCD或CMOS设备。多个探测器像素允许评价以空间分辨方式包含在输出光束中的相对于调查区域的信息。