专利名称：光学对准检测系统的制作方法
本申请是2000年8月2日提交的共同未决美国专利申请第09/630,927号、名称为“用于流式血细胞计数器的光学检测系统(OPTICAL DETECTION SYSTEM FOR FLOW CYTOMETRY)”的部分继续申请。
政府支持本发明是在DARPA合同号＿＿＿＿下由政府支持的项目。政府可以具有本发明的某些权利。
背景技术：
本发明总地来说涉及对准系统，更具体地是涉及光学对准检测系统。
在今天的很多系统中，需要将第一物体和第二物体对准。在许多情况下，为了正确和/或有效地操作所述系统需要正确地对准。例如，在打印机的应用中，可拆卸的打印盒必须经常与该打印机组件对准，以便所述系统正确地打印。在另一实例中，磁带盒必须经常与磁带读取器等等对准，以确保磁带能够被读取和/或减少磁带的磨损。可拆卸介质的大多数其它形式具有类似的对准关系。光纤对准、部件对准以及其它许多的应用及系统也需要两个或者多个物体被正确地对准。
在许多情况下，通过一定种类的机械耦合可以实现两个物体的对准。例如，在许多情况下，第一物体包括诸如销、接头或者其它机械特征部分的机械键，第二物体包括对应的孔、槽、凹槽或者其它对应的特征部分。当第一物体与第二物体接合时，机械对准特征部分借助外力第一物体与第二物体对准。
这种方法的局限是机械耦合特征部分的机械公差限制了对准的精度。因此，为了提供高精度的对准，还必须严格地控制机械耦合特征部分的公差。但是，这大大地增加了第一和第二物体的生产成本和复杂性。另一个局限是如果由于某一原因或者其它原因使得第一物体相对第二物体未对准，没有办法获知和/或校正该未对准。
发明内容
本发明提供一种用于检测第一物体相对第二物体对准的光学对准检测系统。本发明优选地使用一个或多个光源和一个或多个光检测器，确保光源或者光检测器或者两者都与第二物体有关，以便检测第一物体上的一个或者多个光散射元件的位置。在一个示例性的实施例中，使用光源阵列和不止一个的光检测器。通过识别由一个或者多个光散射元件在第二物体上产生的预定光散射轮廓的光源的位置，能够确定出第一物体相对第二物体的位置。因为该光源和/或光检测器可以比较近地间隔，所以可以相对精确地确定第一物体与第二物体之间的对准。一旦确定了第二物体的相对位置，在一些实施例中，对应于检测或者测量区域的光源阵列中的其它光源就可以被识别并用于测量等。在其它实施例中，光检测器阵列可以用于确定第二物体的相对位置。而在另外的实施例中，可以使用致动器来相对第二物体移动第二物体，以便将第一物体与第二物体正确地对准。
在一些实施例中，每个光源都可以用于提供光束。将光源定位以便只要第一和第二物体在预定范围内对准，那么一个或者多个光束将与至少一个光散射元件相交，光散射元件随后产生散射光轮廓。优选定位一个或者多个检测器，以便至少一个检测器会检测散射光的轮廓。使用控制器来识别实际上是哪个光源产生的该散射光轮廓，并将所识别的光源的位置与第一物体相对第二物体的对准位置关联。
在一个示例性的实施例中，在操作时，连续激励每个光源或者光源子集。依照第一物体相对于第二物体的对准，单个光源或者多个光源将产生与光散射元件相交的光束。通过监视相应检测器的输出能够识别产生与光散射元件相交的光束的该光源或者多个光源。通过在任何给定的时间只激励一个光源或者光源子集，可以更加容易地识别产生与光散射元件相交的光束的该光源或者多个光源。通过了解哪个光源或者哪些光源产生与光散射元件相交的光束，和所述光源的位置，就能够确定出第一物体相对第二物体的对准。
一旦确定了该相对的对准，那么在某些实施例中，本发明例如可以计算偏移量，以便识别一个或者多个具有这样一种位置的光源，即该位置与另一区域相邻，如第一物体的检测或者测量区域。一旦识别出，所述光源就可以用于例如检测第一物体和/或第二物体的一种或多种参数和/或特性。该一种或者多种参数或者特性可以包含例如一种或者多种光学特性，一种或者多种电或磁特性，一种或者多种物理特性，或者任何其它所需的特性。以所述的方式，本发明可以用于检测第一和第二物体之间的对准，然后通过选择适当的光源和/或检测器对任何未对准进行补偿。
在一些实施例中，可以将一个或者多个不产生与光散射元件相交的光束的光源用于确定诸如第一物体的一种或多种特性的其它参数。在一示例性实施例中，当第一物体与第二物体之间的未对准在预定的范围内时，光源以线性或者其它类型的阵列形式构成，其中该阵列横跨包含一个或多个光散射元件的区域。线性或者其它类型的阵列也可以横跨第一物体的检测或者测量区域。在操作过程中，可以使用线性或者其它类型阵列的所选择的光源，以便通过识别一个或者多个光散射元件的位置，来确定第一物体相对第二物体的对准。然后，通过计算偏移量，例如，可以识别该线性或者其它类型阵列的其它所选光源具有的位置，所述位置与第一物体的检测或者测量区域相邻。随后，能够将所识别的光源用于确定检测区域中第一物体所选择的特性或者性能。在一个示例性的实施例中，检测区域可以包含流动通道。
在某些实施例中，来自所有的或者所选择光源的光束可以通过光束形成器或类似的装置。当光源是线性阵列并沿阵列的轴延伸时，所述光束形成器例如可以增加每一光源在轴向上的束斑尺寸，且在某些情况下，在垂直于该轴的方向上减小束斑的尺寸，但这不是必须的。在某些实施例中，光束形成器可以在轴向上增加束斑尺寸，以使每一光源的光输出至少部分与相邻光源的光输出重叠。这可以帮助在一细长的区域上产生相对恒定的光照明，例如希望所述区域包含一个或者多个光散射元件和/或检测区域。在某些实施例中，如果需要，光束形成器可以包含一个或者多个柱面透镜。
附图简要说明本发明的其他目的和本发明的许多附带的优点将通过参照下面考虑到结合附图的详细描述，容易地被理解并同样较好地使人明白，其中图中相同的参考标记表示相同的部分，其中
图1是本发明示例性的实施例的示意图；图2是根据本发明的示例性便携式血细胞计数器的透视图；图3是图2的示例性便携式血细胞计数器的示意图；图4是表示盖部还没盖上的图3的便携式血细胞计数器的更详细示意图；图5是表示盖部已盖上的图3的便携式血细胞计数器的更详细示意图；图6是表示经过图4的流体动力聚焦块88的流体的形成的示意图；图7是本发明示例性的实施例的示意图；图8是表示用于激励图7的光源的示例性方法的时序图；图9是表示3个独立的光源和光检测器阵列的示意图，每个阵列沿相对图6流体的中心流体轴的不同光轴定位；图10表示使用机械致动器来将第一物体相对第二物体对准的本发明的另一示例性实施例的示意图；图11表示使用机械致动器来将光源和/或光检测器相对第二物体对准的本发明的另一示例性实施例的示意图；图12表示由示例性的光束形成器提供的重叠的细长束斑的示意图；图13是表示两个彼此隔开的激光器光源的光照强度图，每个激光器光源产生具有高斯峰值光强的束斑；图14是表示根据本发明，光束已经由光束形成器提供后，两个彼此隔开的激光器光源的光照强度图；图15是表示用于单个光源的示例性光束形成器的示意图；图16是表示用于光源的线性阵列的示例性光束形成器的示意图；图17是表示用于检测盒相对底部和/或盖部对准的若干示例性情况的示意图；图18是表示用于检测在流动通道中流体中心的对准和用于进行散射测量的示例性方法的示意图；图19是表示具有流动通道502和一个或多个光阻挡层或者区的层状盒的示意图；图20是图19的盒的侧剖视图；图21是其上或者其中设有光散射元件的示例性物体的示意图；以及图22是图21的光散射元件的侧剖视图。
具体实施例方式
图1是表示本发明示例性实施例的示意图。该示例性实施例包含第一物体2和第二物体3，其中第二物体3包含用于接收第一物体2的槽4。在本实例中使用了槽4，但这不是必须的，某些实施例可以不包括槽。图1中的第二物体3包含光源5a的线性阵列和光检测器6a的线性阵列。尽管本实例使用线性阵列，但是任何适合的阵列或构造也可以使用。每个光源被表示成加号(+)，且每个检测器被表示成方框。光源5a可以包含例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，发光二极管(LED)，或者任何其它适合的光源。光检测器6a可以包含例如光电二极管或者任何其它适合的光检测器。检测器6a可以是正方形的、圆形的或者任何其它适合的所需形状。另外，检测器6a可以是单独的或者小数量的检测器，其可以检测来自位于宽范围的光。在某些情况下，光学装置可以用于将来自位于宽范围位置的光引向单独的或者小数量的检测器，如下面关于图16的更进一步的描述。
在所示实施例中，将光源5a的线性阵列安装在第二物体3的槽4的一侧(例如上侧)上，将光检测器6a的线性阵列安装在第二物体3的槽4的相对侧(例如下侧)上。但是，在某些实施例中，可以将光源5a和光检测器6a安装在槽4的同侧，如当该光散射元件是反射型时。可以设置光源5a和光检测器6a的线性阵列的间距和/或间隔，以便依照要求达到对准检测所需的精度。
在图1中，第一物体2包含细长的光散射元件7a，当第一物体2插入第二物体3的槽4中时，该元件基本上垂直于光源5a和光检测器6a的线性阵列延伸。这里使用的术语“光散射元件”可以包含任何转移、改变、反射、折射、吸收、或者其它改变光束的光学元件。一个和多个光散射元件7a可包含，例如多个透镜、边缘或者台阶、衍射光栅、吸收滤光器、反射器、流动通道、或者任何其它类型的光散射元件。依照要求，第一物体2的其它部分可以是透明的、不透明的或者基本上非透明的。
在图1所示的示例性实施例中，每个光源5a适合于提供直接射向槽4和一个或者多个相应检测器6a的光束。光源5a的线性阵列可以相对槽4定位，以使得只要第一物体2和第二物体3在预定范围8内对准，那么一个或多个光束将与至少一个光散射元件7a相交，然后在一个或多个相应的检测器6a上产生散射的光轮廓。可以定位检测器6a以使至少一个检测器6a检测到散射的光轮廓。控制器9可以用于识别所检测的散射光轮廓实际上是哪个光源产生的，并可以使该被识别的光源(或多个光源)的位置与相对第二物体3的第一物体2的对准位置相关联。
在操作中，在一个示例性实施例中，可以由控制器9连续地激励每个光源5a或者光源子集。依靠第一物体2相对第二物体3的对准，特定的光源5a或者多个光源可以产生与光散射元件7a相交的光束。通过监视相应检测器6a的输出能够识别产生与光散射元件7a相交的光束的光源5a或者多个光源。通过在任何给定时间只激励一个光源5a或者光源5a的子集，可以更容易地识别产生与光散射元件7a相交的光束的光源5a或者多个光源。但是，可以想到，所有的光源可以被同时激励，并仍落在本发明的范围内。无论如何，通过了解哪个光源5a或者多个光源产生与光散射元件7a相交的光束，以及该光源的位置，就可以确定第一物体2相对第二物体3的对准。
如果光散射元件7a在X方向(即左右方向)沿其长度是均匀的，那么光源5a和光检测器6a的线性阵列可以用于确定第一物体2相对第二物体3在Y方向(即图1中上下方向)的对准位置。可是，如果光散射元件7a沿其长度不是均匀的，并适合于根据光沿光散射元件7a的长度方向射到光散射元件7a的位置产生不同的光散射轮廓，那么光源5a和光检测器6a的线性阵列可以用于确定第一物体2相对第二物体3在X方向和Y方向的对准位置。在本实施例中，控制器9不但可以识别实际上是哪个光源产生了所检测的散射光轮廓，以确定Y位置，而且还可以如上所述地将所检测的特定光散射轮廓与X位置相关联。
可替换地，或者另外，可以相对第一物体2确保第二细长的光散射元件7b。该第二细长的光散射元件7b在Y方向延伸，同时光源5b和光检测器6b的第二线性阵列基本上垂直于第二细长的光散射元件7b延伸。然后，光源5b和光检测器6b的第二线性阵列可以连同第二细长的光散射元件7b一起使用，以确定第一物体2相对第二物体3的X位置。在某些实施例中，如果需要，第二细长的光散射元件7b可以沿其长度不是均匀的，也可以帮助识别第一物体2相对第二物体3的Y位置。如果第一光散射元件7a和第二光散射元件7b两者或者其中任意一个沿其长度方向是非均匀的，那么在本光学对准检测系统中可能会提供某一级别或者冗余度。
可以想到，第一物体2和第二物体3是任何类型的物体。在一个实例中，该第一物体2可以是可拆卸的介质部件，如可拆卸的打印盒、可拆卸的数据存储盒如可拆卸的磁带盒或者可拆卸的闪存盒，可拆卸的生物分析盒或者滑动的或者任何其它形式的可拆卸物体。该第二物体则接收该可拆卸的介质。在可拆卸的介质应用外，光纤对准应用、部件对准应用、以及许多其它应用也落在本发明的范围内。
图2表示包含可拆卸的生物分析盒的本发明的示例性实施例。图2是示例性便携式血细胞计数器的透视图，它包含壳体12和可拆卸的或者可替换的盒14。示例性的壳体12包含底部16、盖部18和将底部16与盖部18连接的铰链20。底部16包含光源阵列22，相关联的光学装置和用于血细胞计数器操作的必需的电子元件。盖部12包含手控压合元件，带有控制微型阀的压力腔，和与光学装置关联的光检测器阵列24。
该可拆卸盒14最好通过样本收集端口38接收样本流。帽38在可拆卸盒14不用时，可以用于保护样本收集端口32。可拆卸盒14最好为成核执行血液稀释、红细胞溶解和流体动力聚焦。可拆卸盒14的构成方式可以类似于可从Micronics Techologies得到的射流电路，它们中的一些是由使用具有刻蚀通道的层状结构而制成的。
当盖部18处于打开位置时，可拆卸盒14插入到壳体中。该可拆卸盒14可包含孔26a和26b，用于接收底部16中的定位销28a和28b，它们可以帮助提供装置的不同部分之间的对准和连接。在某些实施例中，孔26a和26b与定位销28a和28b是不需要的或者甚至是不希望有的，并且这里所述的对准检测系统是用于检测可拆卸盒14相对底部16和盖部18的对准的。该可拆卸盒14还可以包含透明的流体窗30，该窗与光源22阵列和光检测器24及一个或多个光散射元件(未示出)对准。当将盖部移动到关闭位置时，系统被压合，盖部18通过压力提供端口36a，36b和36c分别提供受控的压力给可拆卸盒14中的压力接收端口34a，34b和34c。
为了启动检测，抬起盖部18，并在底部16上放置并定位新的盒14。将血液样本引入到样本收集器32中。关闭盖部18，手控加压系统。一旦加压，装置进行白细胞的血细胞计数测量。该可拆卸盒14为成核提供血液稀释、红细胞溶解和流体动力聚焦。光源22、光检测器24以及相关的控制和处理电子元件执行固态的对准检测并校正盒14的特定位置，以及基于光散射信号区分和计算白细胞。可以想到，可以使用滑动的盒槽或者任何适合的机构，而不是对壳体12使用铰链机构。
图3是图2的示例性便携式血细胞计数器的示意图。如上所述，底部16可以包含光源阵列22、相关的光学装置以及用于操作血细胞计数器所必需的控制和处理电子器件40。底部16还可包含为血细胞计数器供电的电池42。所示的盖部12具有手控压合元件44，带有控制微型阀的压力腔46a，46b和46c，和具有相关光学装置的光检测器24。
该可拆卸的盒14可以通过样本收集端口32接收样本流体。当由盖部18加压时，在优选实施例中可拆卸的盒14为成核进行血液稀释、红细胞溶解和流体动力聚焦。一旦形成，该核将被提供到流体路径50的下游，这些核通过图2中的流体窗30。在底部上的光源阵列22和相关的光学装置经流体窗30提供穿过该核流的光。检测器和相关的光学装置也经流体窗30接收来自核的散射和非散射光。控制器和处理器40接收检测器的输出信号，并区分和计算存在于该核流中的所选的白细胞。
可以想到，该可拆卸核14可包含流体控制块48，用于帮助控制每一流体的速度。在本示例性实施例中，流体控制块48可以包含用于传感各种流体的速度的流体传感器，并将该速度报告给控制器或处理器40。然后该控制器或处理器40调节与压力腔46a、46b和46c关联的微型阀，以达到所需要的压力，和所需的流体速度以由此实现正确地操作血细胞计数器。
因为血液和其它生物废物能够传播疾�。钥刹鹦逗�14优选在流体窗30的下游具有废物储存器52。该废物储存器52接收并储存可拆卸盒14中的流体的液体。当检测完成后，可以拆卸该可拆卸盒并优选在与生物排泄物在一个容器中兼容。
图4是表示盖部还没盖上的图3的便携式血细胞计数器的更详细示意图。图5是表示盖部已盖上的图3的便携式血细胞计数器的更详细示意图。所示的盖部18具有手控压合元件44、压力腔46a、46b和46c，以及总体由60表示的控制微型阀。光源和检测器阵列在这些图中未示出。
有3个压力腔46a，46b和46c，向每个流体加压。在该示例性实施例中，压力腔46a向血液样本储存器62提供压力，压力腔46b向溶液储存器64提供压力，压力腔46c向鞘(sheath)储存器66提供压力。可以调节每一压力腔46a，46b和46c的大小和形状，以给相应的流体提供所需的压力特性。
压力腔46a包含第一压力腔70和第二压力腔72。将第一阀74设置在第一压力腔70和第二压力腔72之间，以用于可控制地将第一压力腔70中的压力释放给第二压力腔72。与第二压力腔72流体通信的第二阀76可控制地排出第二压力腔72中的压力。每个阀最好是静电致动微型阀的阵列，它们是分别可寻址和可控制。压力腔46b和46c包含类似的阀以便分别控制施加给溶液储存器64和鞘储存器66的压力。可选择地，每个阀可以是静电致动微型阀的阵列，用可控的工作循环进行脉冲调制，以便达到可控的“有效”流动速率或者漏泄率。
该可拆卸盒14具有压力接收端口34a，34b和34c，用于接收来自盖部18的受控的压力。如图所示，将该受控的压力提供给血液储存器62、溶液储存器64和鞘储存器66。当血液储存器62从样本收集端口32充满时，在可拆卸盒14被装载使用之前溶液储存器64和鞘储存器66最好被充满。可以将血液样本提供到样本收集端口32，并通过毛细血管作用，将血液样本吸入到血液储存器62中。一旦血液样本进入血液储存器62中，盖部18就可以关闭并且对系统加压。
在流体动力聚焦之前对每个流体提供与之成行流体传感器。每个流体传感器80，100和102测量相应流体的速度。该流体传感器优选是热风速计型流体传感器，更优选是微桥接型流体传感器。将从每个流体传感器80，100和102输出的信号提供给控制器或者处理器40。
当血液样本的速度下降低于第一预定值时，控制器或者处理器40会打开第一阀74；当血液样本的速度增加高于第二预定值时，控制器或者处理器40会打开第二阀76。阀84，86，94和96以类似的方式操作，来控制溶液和鞘流体的速度。
在操作中，为了对系统加压，压下手控压合元件44。如示例中所示，手控压合元件44包含3个活塞，每个活塞接收到相应的第一压力腔之一中。该活塞在第一压力腔中产生相对高的非精确压力。通过打开第一阀70，84和94，在第二腔中产生较低的受控的压力，该压力在第二腔中产生可控制的漏泄。如果在第二压力腔中存在两个以上的压力，那么打开相应的通风阀76，86和96以便降低压力。
当关闭盖部18时，关闭�？牡谝环�74，84和94，同时打开通风阀76，86和96。当在第一压力腔中获得预定的压力P时，关闭通风阀76，86和96，且打开第一阀74，84和94，以便在第二压力腔中产生较低的压力P’。该第二压力腔中的受控的压力为可拆卸盒14的流路提供必需的压力，以便产生血液、溶液和鞘的流体流动。随后，由下游流体传感器80，100和102测量流体流动的速度。每个流体传感器提供一个输出信号，控制器或处理器40使用该信号控制对应的第一阀和通风阀的操作，以便为每一流体提供所需的和恒定的流动速度。
也可以设置通常由110所示的下游阀。控制器或处理器40可以关闭下游阀110，直到对系统加压才打开。这可以帮助防止血液、溶液和鞘在流路加压前流进流路中。在另一实施例中，当盖部关闭时，下游阀110由机械作用打开。
图6是表示图4的流体动力聚焦块88的流体和核形成的示意图。流体动力聚焦块88以受控的速度接收来自流体驱动器的血液、溶液和鞘。血液与溶液混合，使红细胞消除。这经常被称作红细胞溶解。所保留的白细胞向下提供到中央腔150中，它们由鞘流体环绕，以产生流体50。该流体50包含由鞘流152环绕的核流160。如图所示减小通道的尺寸，以使白细胞154和156形成一路纵队。鞘流的速度优选是核流160的约9倍。但是，鞘流和核流160的速度优选保持足够低，以便在流体腔中保持层流。
光发射器22和相关的光学装置优选设置在与流体50一侧相邻的位置上。一个或多个光检测器24和相关的光学装置设置在流体50的另一侧，用于接收来自光发射器22穿过流体50的光束。将从光检测器24输出的信号提供给控制器或者处理器40，由此分析信号从而识别和/或计算核流160中所选择的白细胞。
图7是表示用于分析图6的核流160的光源阵列和光检测器阵列的示意图，并用于识别盒14相对底部16和/或盖部18的相对对准位置(见，例如图2)。将所属光源表示成正(+)号，检测器表示为方框。在所示实施例中，光源阵列设置在流体50的一侧，如设在底部16中或者设在底部16上，且光检测器阵列设置邻近于流体的相对侧，如设在盖部18中或者设在盖部18上。每个光检测器优选与所述光源中的一个相对应。在某些实施例中，只设置一个或者少数光检测器，其能够检测来自相对大面积的光，如面积与光源阵列对应的光。在所示实施例中，光源阵列和光检测器阵列都沿着光源轴200布置，所述光源轴基本上与流体50的轴垂直。可是，可以想到，光源阵列和光检测器阵列可以沿着光源轴布置，所述光源轴与流体50的轴可以是任意角度的偏差。尽管所示的光源阵列和光检测器阵列为线性阵列，但任何适合的排列都可以使用。
光源阵列优选是诸如在共同底部上制造的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的激光器阵列。因为它们是垂直发射的，所以VCSEL在理想状态下适合于封装在如便携式血细胞计数器的小型仪器中。优选地，该VCSEL是“红”VCSEL，其工作波长小于传统的850nm，更优选地，在670nm到780nm范围内，但是这不是必须的。红VCSEL可具有波长、功率和偏振特性，这些特性理想地适合于散射测量。可是，可以想到，可以使用发光二极管(LED)或者其它适合的光源。光检测器可以是例如光电二极管或者任何其它适合的光检测器。该检测器依照要求可以是正方形的、圆形的、环形的或者任何其它适合的形状。
在某些实施例中，每个光源都用于提供光束。为了识别例如盒14相对底部16和/或盖部18(例如见图2)的相对对准位置，这些光源阵列可以延伸足够的范围以使一个或多个光束在盒14的至少一个光散射元件处相交。在示例性实施例中，盒14包含许多光散射元件，该光散射元件包含例如盒的边缘210、流动通道边缘212，和浮凸的光散射元件214。每个光散射元件都可以产生散射光轮廓。
定位所述检测器，以使至少一个所述检测器可以检测至少一个光散射元件的散射光轮廓。控制器可以用于识别所检测的散射光轮廓实际上是哪个光源产生的，并且使所识别的光源位置与盒14相对底部16和/或盖部18的对准位置相关联。
在一个示例性实施例中，在操作时，连续地激励每个光源或者光源子集。依照盒14相对底部16和/或盖部18的对准，单个光源或者多个光源可产生与诸如光散射元件214的光散射元件相交的光束。通过监视相应检测器的输出能够识别产生与光散射元件214相交的光束的该光源或者多个光源。通过在任何给定的时间只激励一个光源或者所述光源子集，可以更加容易地识别产生与光散射元件214相交的光束的该光源或者多个光源。通过了解哪个光源或者哪些光源产生与光散射元件214相交的光束，和其位置，能够确定盒14相对底部16和/或盖部18的对准。
图8是表示用于激励图7的光源的示例性方法的时序图。在该示例性实施例中，连续地激励每个光源，从位于如图7所示的光源阵列底部的光源220开始。光源的连续激励总地以218表示，其中符号V1，V1等对应图7中的VCSEL1 220a、VCSEL2 220b等的激励。相应检测器的响应通常如224所示。
当光源220a被激励时，在相应的检测器中没有散射光轮廓被检测到，因为，如图7所示，盒14没有位于光源220a和相应的检测器之间。在某些实施例中，当图7所示的3个光检测器用于每一光源时，只有左和右检测器可以用于检测散射光轮廓。随后可以将光源220b激励。当这发生时，相应的检测器检测散射光轮廓222。散射光轮廓222的特性可以识别如盒边缘210的光散射元件。
当第三和第四光源被激励时，在相应检测器处没有检测散射光轮廓。当第五光源220c被激励时，相应的检测器检测散射光轮廓224。散射光轮廓224的特性可以识别如浮凸的光散射元件214的光散射元件。继续该实例，当光源220N被激励时，相应的检测器检测散射光轮廓226。散射光轮廓226的特性可以识别如流动通道边缘212的光散射元件。为了示例的目的，所示的光散射轮廓222、224和226具有不同的放大率。可是，可以想到，依照要求任何适合的参数或者特性可以用于把光散射轮廓区分开。可选择地，只识别光散射元件的位置，没有区分开所提供的光散射元件。在某些实施例中，只识别浮凸的光散射元件214的光散射轮廓224，可以忽略对其它光散射元件的检测。
一旦确定盒14的所述相对对准，那么本发明就可以识别哪个或者哪些光源和/或光检测器元件是在与流体50相邻的位置上。例如，在图7的示例性实施例中，本发明可以识别光源220x，220y和220z，其都位于与流体50相邻的位置上。根据盒14和底部16和/或盖部18的相对对准，可以选择不同的光源和/或光检测器。例如，如果将盒14向上移动，以使光源220b位于浮凸的光散射元件214上，那么紧接在光源220c之上的该3个光源会具有与流体50相邻的位置，并被选择。一旦已经所述光源被识别出且被选择，那么就可以使用所选择的光源和/或光检测器例如检测流体的一个或多个参数和/或特性。
图9示出本发明的另一示例性实施例。该实施例包含3个单独的光源和光检测器。当示出3个阵列时，可以理解，也可以使用任何适当的数量，这取决于应用。在该示例性实施例中，每个光源和光检测器阵列沿相对于流体中心流动轴的不同光源轴定位。
光源和光检测器的第一阵列如300所示。在所示的示例性实施例中，第一阵列300的光源和光检测器沿第一光源轴以线性阵列方式排列。该光检测器阵列与光源的线性阵列位于同一行中。第一阵列300的光源和光检测器例如可用于测量流体50中细胞的横向对准、粒子尺寸和在某些情况下的粒子速度。可替换地，或者另外，光源和光检测器的第一阵列300可以用于检测光散射元件的位置，如光散射元件312，以帮助确定盒14相对底部16和/或盖部18的对准。例如，光散射元件312可产生光散射轮廓，该轮廓能够由一个或多个相应的检测器检测。一旦识别出该光散射元件312的位置，那么就能够确定出盒14相对底部16和/或盖部18的对准。
光源和光检测器的第二阵列如302所示。该光源的第二阵列沿相对流体50的流动轴的第二光源轴以线性阵列方式排列。在该示例性实施例中，第二阵列302的光检测器包含光检测器的3个线性阵列。光检测器的一个线性阵列与光源的线性阵列位于同一行中。光检测器的另两个线性阵列位于光检测器的同行阵列的任一侧。光源和光检测器的第二阵列302与图7所示和描述的类似。如图7详细描述的，光源和光检测器的第二阵列302可以用于例如帮助确定盒14相对底部16和/或盖部18的相对对准。
一旦确定盒14的相对对准，就可以识别位于与流体50相邻的一个或多个光源和/或光检测器元件。一旦已经识别并选择出这些光源，那么就可以例如使用所选择的光源和相应的光检测器检测流体的一种或多种参数和/或特性。在一示例性实施例中，可以将第二阵列302的所选光源和光检测器用于测量由流体50中所选粒子产生的小角度散射(SALS)。在这种情况下，可以将外部光检测器与同行的检测器足够地隔开，以便截断由流体50的所选粒子产生的小角度散射(SALS)。
可以想到，可以将第二阵列的光源和光检测器302的同行检测器用于检测光束，该光束不是由核流中的粒子来大量散射的。因此，如果需要，可以将第二阵列302的光检测器的同行线性阵列用于提供与第一阵列300的检测器的同行线性阵列相同的测量。两个检测器的同行阵列的测量可以相比较或者相结合，以提供多个精确的结果。可替换地，或者另外，第二阵列302的同行检测器可以用作检测器的冗余设备，以改善测量的可靠性。
第二阵列302的同行检测器也可以用于与第一阵列300的同行检测器连同使用，以便更精确地确定流体粒子的飞行时间或者速度。由于检测器之间的距离较大，因此该测量可以更精确。如上所述，通过了解粒子的速度，可以由控制器最小化或者消除由流体驱动器引起的流动速率的小变化。
光源和光检测器的第三阵列350也已示出。光源和光检测器的第三阵列350例如可以用于测量由流体的所选粒子产生的前方位角散射(FALS)。在该示例性的实施例中，光源沿相对流体50的流动轴的第三光源轴以线性阵列方式排列。每一光源优选具有相应的光检测器，且每一光检测器优选是无敏感区域的或者具有位于中间的单独的同行检测器的环形检测器。该环形的光检测器的尺寸可以度量，以便截断和检测由流体的所选粒子产生的前方位角散射(FALS)。
如果设置单独的同行检测器，那么该阵列能够用于提供如第一阵列300和/或第二阵列302的同行检测器的相同的测量。当如此设置时，可以比较或结合来自第一阵列300、第二阵列302和第三阵列350的所有3个同行阵列检测器的测量，以提供更加精确的结果。第三阵列302的同行检测器还可以用作另一级别或者冗余以改善测量的可靠性。
第三阵列350的同行检测器还可以与第一阵列300和/或第二阵列302的同行检测器连同使用，以便更精确地确定流体粒子的飞行时间或者速度。由于检测器之间的距离较大，因此该测量可以更精确。如上所述，通过了解粒子的速度，可以由控制器最小化或者消除由流体驱动器引起的流动速率的小变化。
通过使用光源和检测器的3个单独的阵列，在某些实施例中，可以根据需要的应用优化与每一阵列相关联的光学装置。例如，在某些实施例中，设计与第一阵列300关联的光学装置，以在核流平面上提供良好聚焦的激光。这可以帮助提供由第一阵列300执行的对准、尺寸和粒子速度测量的分辨率。同样地，设计与第二阵列302关联的光学装置，以在核流平面上提供良好聚焦的激光。当测量由流体中所选粒子产生的小角度散射(SALS)时，经常需要良好聚焦的光束。最后，设计与第三阵列350关联的光学装置，以在核流平面上提供准直的光束。当测量由流体中所选粒子产生的前方位角散射(FALS)时，需要准直的光束。
使用激光器阵列对于单光源构造来说提供许多重要的改进。例如，线性激光器阵列可用于确定核流160中粒子路径的横向对准。在粒子流的对准中一个光源的不确定性在于核流的宽度，这会导致粒子路径位置的统计波动。可以从检测器数据的分析来确定这些波动，这些波动能够被控制器或处理器40所利用，以调节流体驱动器的阀门，以便改变施加到样本流体和支持流体上的相对压力，从而改变流体中所选粒子的对准。
为了确定流体50中细胞的横向对准，细胞可以通过由光源(例如VCSEL)阵列产生的几个聚焦点。该细胞在相应的同行参考检测器中产生信号下降。该信号的相对强度可以被控制器或处理器40使用，以确定粒子路径的中心和粒子宽度的测量。
使用光源阵列而不是单一激光器构造的另一优点是可以确定每一细胞的速度。从光散射信号估算粒子的大小时，粒子的速度是重要的参数。传统的血细胞计数法是根据泵浦的流动速率来推断粒子的速度。这种方法的局限是泵浦必须非常精确，必须严格地控制血细胞计数器流动腔的公差，无诸如泄漏这样的流体损失发生，和无诸如引入微气泡这样的障碍以干扰流动或核的形成。
为了确定每一细胞的速度，该系统可以测量每一细胞经过两个连续的聚焦点所需的时间。例如，参照图9，一细胞经过检测器208，然后经过检测器210。通过测量细胞从检测器208运动到检测器210所需的时间，并已知从检测器208到检测器210的距离，控制器或处理器40能够计算出细胞的速度。这是近似的速度测量。这经常称作飞行时间(time-of-flight)测量。一旦已知速度，穿过作为粒子的近似中心点的运动时间(几微秒)就可以提供粒子长度和大小的测量。
可以想到，根据粒子速度还可以帮助控制流体驱动器。为了减小血细胞计数器的尺寸、成本和复杂性，图2中可替换的盒14可由塑料层压板或者模制品制造。尽管这种制造技术可提供廉价部件，但是典型地它们的尺寸精度和可重复性，以及不对称尺寸和具有较宽公差的截面。这些较宽的公差可产生粒子速度的变化，特别是从盒到盒的粒子速度的变化。为了有助于补偿这些更宽的公差，上面所讨论的飞行时间的测量能够被控制器或者处理器40所利用，以便调节施加到的血液、溶液和鞘流体上的受控压力，以使核流中的粒子具有相对恒定的速度。同时，由于这些更宽的公差，经常需要确定盒14相对底部16和/或盖部18的对准。一旦确定了该对准位置，就能够选择适当的光源和光检测器来分析流体的所选参数或者特性。
为了进一步估算细胞的尺寸，可以想到，激光光束可以沿细胞路径和沿与细胞路径交叉的路径来聚焦。另外，可以分析穿过细胞的多个样本的组织特征，以使其它细胞类型与形态特征相关。这样可提供有关细胞大小的多个参数，以帮助使细胞类型彼此分开。
使用激光器阵列而不是单一激光器光源构造的另一优点是横跨流动通道可以提供相对恒定的光照射。如图12所示，这可以由相邻的VCSEL提供的重叠的高斯光束来完成。在单一的激光器系统中，横跨流动通道的光照射典型地横跨通道变化。因此，如果粒子不在流动通道的中心，则会减小随后测量的精度。
图10表示使用机械致动器将第一物体相对第二物体对准的本发明的另一示例性实施例的示意图。该示例性实施例包含第一物体352和第二物体353，其中第二物体352包含用于接收第一物体352的槽354。尽管在本实例中使用了槽354，但是其不是必须的，并且在某些实施例中可以不包含槽。如图1所示的第二物体353包含一个或多个光源，如光源355和一个或多个光检测器，如光检测器356。
在所示实施例中，光源355安装在第二物体353的槽354的一侧(如上侧)，光检测器356安装在第二物体353的槽354的相对侧(例如下侧)。如上所述，第一物体352可包含如图所示的细长的光散射元件357。
控制器359可用于控制机械致动器361，当启动该致动器时，其可以使第一物体352相对第二物体353移动。在所示实施例中，机械致动器361相对第二物体353在上和/或下方向移动第一物体352。依照需要，该致动器361可以是任何类型的致动器，包含例如步进马达、微致动器(如静电驱动的微致动器)、或者任何其它适合的致动器。
在使用时，控制器359指示致动器361使第一物体352相对第二物体353移动，直到光源355产生与光散射元件357相交的光束，然后产生由光检测器356所检测的光散射轮廓。一旦发生这种情况，可以认为第一物体352正确地对准了第二物体353。在示例性实施例中，第一物体352的原始位置由虚线表示，其可以向下方向移动，直到第一物体352的光散射元件357与光源355对准为止。在某些实施例中，光散射元件357可以是例如一个另外的透镜、边缘或者台阶、衍射光栅、吸收滤波器、反射器、流动通道、或者其它任何类型的光散射元件。
除了相对第二物体353移动第一物体352外，可以想到，光源355本身可以相对第二物体353移动。这在图11中已表示出。在图11中，致动器363使光源355相对第二物体353移动，通过限定，也可以使光源355相对第一物体352移动。在所示实施例中，控制器359指示驱动器363移动光源355，直到光源355在第一物体352上产生与光散射元件357相交的光束。然后产生可由光检测器356检测到的光散射轮廓。在该示例性实施例中，光源355的原始位置由虚线370表示，激励后，光源向下方向移动直到该光源355与第一物体352的光散射元件357对准为止。在某些实施例中，可以使用光检测器的静态阵列来检测横跨一定范围内位置的光束。在其它实施例中，可以使用一个或多个较大的静态检测器来检测横跨一定范围内位置的光束。在另外的实施例中，可使用一个或多个可移动的光检测器，连同光源355一起由致动器363移动，如图11所示。
现在参照图12，在某些实施例中，来自所有或者所选光源的光束可通过光束形成器等。当光源是沿阵列轴延伸的阵列时，该光束形成器例如可以在轴的方向增加每一光源的束斑尺寸，在某些情况下，在垂直于轴的方向上减小束斑尺寸。在某些实施例中，光束形成器可以在轴的方向增加束斑尺寸，以使每一光源的光输出至少部分地与相邻光源的光输出重叠。例如，图12示出，许多束斑400a-400f已经由光束形成器形成，其中每一束斑已经在光源阵列轴的方向增加，在垂直于光源阵列轴的方向减小。另外，每一束斑400a-400f至少部分与相邻光源的束斑重叠。这增加了束斑400a-400f能够共同横跨的距离，并增加了横跨照射区域的光照均匀性。
图13示出了两个间隔的激光器光源的光照强度。每个光源产生具有高斯峰值光强的束斑。光强度的下降在光源之间表示。图14表示光束已经由上述的光束形成器提供后，两个间隔的激光器光源的光照强度。每个束斑已经在光源阵列轴的方向增加，并在垂直于光源阵列轴的方向减小。另外，每个束斑至少部分与相邻光源的束斑重叠。如所看到的，这可增加横跨照射区域的光照均匀性。
图15示出用于一个或多个光源的示例性光束形成器。该光源由410表示，可提供束斑到通常由412表示的光束形成器上。该光源可以是例如VCSEL、边缘发光光电二极管、或者任何其它适合的光源。光束形成器412包含第一透镜414和第二透镜416，它们在垂直方向上共同减小束斑尺寸，以及第三透镜418，它在水平方向上增加束斑尺寸。该第一透镜414、第二透镜416和第三透镜418在盒14中的流动通道50的核流160平面上共同聚焦细长束斑420，如图所示。如所看到的，光束形成器412可以增加束斑420可横跨的距离，并可以增加横跨流动通道50的光照的均匀性。一旦光经过核流160，该光可以由另一透镜(未示出)接收，如衍射的光学元件(DOE)，并且可以引导到一个或多个用于检测和分析的检测器。
图16表示以光源的线性阵列方式使用的光束形成器。该光源的线性阵列总地由450表示，可包含具有以所示的水平方向(X-方向)延伸的阵列轴的VCSEL的线性阵列。流动通道由50表示。流动通道以垂直方向(Y-方向)延伸。一个或多个检测器由452表示。VCSEL 450阵列中的每一VCSEL优选提供束斑到光束形成器456上。光束形成器456可包含许多透镜或者其它光学元件，它们共同形成重叠的细长束斑，如图12所示。示例性的光束形成器456可包含第一透镜460、第二透镜462和第三透镜464，它们共同在垂直方向(Y-方向)减小束斑的尺寸，第四透镜466在水平方向增加束斑的尺寸。第四透镜466例如可以是在垂直方向(Y-方向)是凹面的柱面透镜。第一透镜460、第二透镜462、第三透镜464和第四透镜466可以在盒14流动通道50的平面上共同聚焦重叠的细长束斑。如图12详细描述的，光束形成器456可以增加由光源阵列450提供的束斑共同横跨盒14的距离，并可以增加横跨照射区域的光照均匀性。一旦光通过核流160，光束就可以由另一诸如衍射光学元件(DOE)的透镜470收集，并可以引导到一个或多个用于检测和分析的检测器452上。
图17是表示若干用于检测盒14相对底部16和/或盖部18对准的示例性方案的示意图。为了识别盒14相对底部16和/或盖部18的相对对准位置，光源阵列优选延伸足够的范围，以使图12所示的至少一个细长束斑与盒14的至少一个光散射元件相交。在图17所示的示例性实施例中，盒14包含若干光散射元件，该光散射元件包括盒的边缘210和两个流动通道边缘212a和212b。每个光散射元件优选产生散射光轮廓。
定位一个或多个检测器以使至少一个检测器可以检测到至少一个光散射元件的散射光轮廓。可以使用控制器来识别所检测的散射光轮廓实际上是哪个光源产生的，并使所识别的光源的位置与盒14相对底部16和/或盖部18的对准位置相关联。
在第一情景中，由光束形成器产生的细长束斑区域共同由470表示。在一个实例中，共同的细长束斑区域470由十个(10)个具有25微米间距的VCSEL线性阵列形成。该光束形成器拉长并重叠10个VCSEL装置的各个束斑，并在盒14产生具有长度约720微米的共同细长束斑区域470。
在第一情景中，对准盒14以使共同的细长束斑区域470只重叠一个光散射元件，即，盒边缘210。如果流动通道50在共同的细长束斑区域470的720微米范围内，那么盒边缘210的位置可用于识别相邻流动通道50设置的各个VCSEL。可是，在所示的实施例中，流动通道50不在共同的细长束斑区域470的720微米范围内。因而，处理器或控制器可以指示出该盒14未对准程度过大，以至于不能进行流动通道50的分析。共同的细长束斑区域470覆盖的范围可以通过简单地添加其它的光源、光检测器和与之相关的光学装置而得到延伸。
在第二情景中，对准盒14以使共同的细长束斑区域472重叠两个光散射元件，即，盒边缘210和流动通道边缘212a。再者，如果整个流动通道50都在共同的细长束斑区域472的720微米范围内，那么盒边缘210和/或流动通道边缘212a的位置都可用于识别相邻流动通道50设置的各个VCSEL。可是，在所示的实施例中，该流动通道50不全都在共同的细长束斑区域472的720微米范围内。因而，处理器或控制器可以指示出该盒14未对准程度过大，以至于不能进行流动通道50的分析。共同的细长束斑区域472所覆盖的范围可以通过简单地添加其它的光源和与之相关的光学装置而得到延伸。
在第三情景中，对准盒14以使共同的细长束斑区域474只重叠一个光散射元件，即，流动通道边缘212a。再者，如果所有流动通道50都在共同的细长束斑区域474的720微米范围内，那么流动通道边缘212a的位置可用于识别相邻流动通道50设置的各个VCSEL。可是，在所示的实施例中，该流动通道50不全都在共同的细长束斑区域474的720微米范围内。因而，处理器或控制器可以指示出该盒14未对准程度过大，以至于不能进行流动通道50的分析。共同的细长束斑区域474所覆盖的范围可以通过简单地添加其它的光源和与之相关的光学装置而得到延伸。
在第四情景中，对准盒14以使共同的细长束斑区域476重叠两个光散射元件，即，流动通道边缘212a和流动通道边缘212b。在该情景中，所有流动通道50在共同的细长束斑区域476的720微米范围内。因而，流动通道边缘212a和流动通道边缘212b的位置可用于识别相邻流动通道50设置的各个VCSEL。一旦被识别，可将所识别的各个VCSEL用于确定所选流动通道50的参数或者特性。
图18是表示用于检测流动通道50中核流对准的示例性方法和用于产生散射测量的示例性方法的示意图。在本实施例中，一旦识别相邻流动通道50设置的VCSEL，那么这些VCSEL中的每一个都可以被连续地激励，以识别流动通道50中的核的位置和/或进行散射测量，如480a、480b和480c所示。可替换地，或者另外，所有所识别的VCSEL都可以被同时激励，如482所示，并监视相应检测器的输出，以确定流动通道中核的位置和/或进行散射测量。
图19是表示具有流动通道502的层状盒500的示意图。图20是图19的盒500的侧剖视图。盒500包含若干层，所述层包含底层504，顶层506和一个或多个中间层508。在一个或多个中间层508中通过蚀刻的通道可以形成流动通道502。为了有助于检测盒边缘510、通道边缘512或者一些其它特征，在其中一层中或或在该层上包含一个光阻挡层或区域。例如，如所示在顶层506的顶部设置光阻挡层或区域514。光阻挡层或区域514例如可以是附着在盒500的顶和/或底表面上的粘着剂或者其它滤波器。可替换地，如果需要，可以将该光阻挡层引入到中间层的一层中，如509所示。
光阻挡层或区域例如可以在盒边缘510和通道边缘512之间延伸。光阻挡层或区域514可以防止由位于盒边缘510和通道边缘512之间的光源发射的光到达相应的检测器。这可以简化对盒边缘510和/或通道边缘512的检测，因为不需要分析详细的散射轮廓。可替代的，可使用简单的光/非光算法。可以理解在盒边缘510和通道边缘512之间不需要光阻挡层或区域延伸。更确切地，可以想到，可以使用任何适合检测盒500的相对位置的布置。
图21是具有光散射元件602的示例性物体600的示意图。图22是图21的光散射元件602的侧剖视图。光源604(图21中表示为“+”号)表示为位于光散射元件602上，且检测器阵列606(图21中表示为方框)表示为位于光散射元件602下。光源604优选将光束引向光散射元件602，并根据光散射元件602与光源604的相对对准，该光散射元件602将光束引向一个或多个检测器606。在一实施例中，参照图22，如果光源相对光散射元件602位于位置604a，那么，该光散射元件602可将光束引向检测器606a。如果该光源相对光散射元件602位于位置604b，那么，该光散射元件602可将光束引向检测器606b。如果该光源相对光散射元件602位于位置604c，那么，该光散射元件602可将光束引向检测器606c。因此，通过监视哪个检测器606检测了该光束，就能够确定光源604和光散射元件602的相对位置并由此确定物体600的相对位置。在一实施例中，光散射元件602是透镜。然而，也可以使用任何适合的光散射元件。可以想到，可使用光散射元件602来确定物体600的一维或者二维的相对对准。
由此，已描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将清楚地了解，这里公开教导的也可以应用于其它实施例中，并落入随后附加的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于检测第一物体相对第二物体对准的光学对准检测系统，该光学对准系统包括一个或多个相对该第一物体固定的光散射元件；两个或多个相对该第二物体固定的光源，所述两个或多个光源用于提供光，以使来自至少一光源的光束与所述一个或多个光散射元件相交，以产生一个散射光轮廓；和一个或多个用于检测该散射光轮廓的检测器。
2.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，还包括控制器，用于识别所述检测到的散射光轮廓是由哪个光源产生的。
3.根据权利要求2所述的光学对准检测系统，其中该控制器通过使所识别的光源的位置与对准位置相关来确定该第一物体相对该第二物体的对准。
4.根据权利要求3所述的光学对准检测系统，还包括用于检测第一物体的一个或多个特性的光检测系统，其中两个或多个光源的至少一些和一个或多个检测器的至少一些是用于检测该第一物体的一种或多种特性的。
5.根据权利要求4所述的光学对准检测系统，其中该第一物体包含流体，其中自流体的中心轴以不同距离横向地定位至少一些光源，用于提供通过该流体的不同部分的光，并且其中定位一个或多个检测器中的至少一些检测器，以便接收来自至少一些光源的光束，并且以便于提供与其响应的至少一个信号。
6.根据权利要求5所述的光学对准检测系统，其中该光学检测系统进一步包括控制器装置，用于使用至少一个信号来确定第一物体的流体的一种或者多种特性。
7.根据权利要求5所述的光学对准检测系统，其中自流体的中心轴以不同距离横向地定位的至少一些光源，以便在该流体上总体地提供基本恒定的光强度。
8.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，其中一个或多个光散射元件在第一物体中包含浮凸区域。
9.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，其中所述一个或多个光散射元件包含衍射光栅。
10.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，其中所述一个或多个光散射元件包含透镜。
11.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，其中两个或多个光源是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
12.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，其中两个或多个光源是发光二极管(LED)。
13.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，其中所述一个或多个检测器包含检测器的线性阵列。
14.根据权利要求1所述的光学对准检测系统，其中所述一个或多个检测器包含环形检测器。
15.一种检测第一物体相对第二物体对准的方法，该第一物体具有一个或多个光散射元件，且该第二物体具有两个或多个相对该第二物体固定的光源，定位所述两个或多个光源，以使至少一个所述光源产生与至少一个光散射元件相交的光束，该方法包括如下步骤连续地激励该两个或者多个光源；识别所述与至少一个光散射元件相交的光束是由所述两个或多个光源中的哪个光源产生的；和根据所识别的光源来确定该第一物体相对该第二物体的对准。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个光散射元件是用于生成散射光轮廓的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该识别的步骤包含如下步骤检测该散射光轮廓；和当检测到该散射光轮廓时，识别是所述两个或多个光源中的哪个被激励。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括步骤使用所述光源中的在识别步骤中未识别出的至少一个光源来检测该第一物体的一种或多种特性。
19.根据权利要求18所述的方法，其中基于所确定的第一物体相对第二物体的对准，来选择用于检测该第一物体的一种或多种特性的至少一个光源。
20.根据权利要求19所述的方法，其中该一种或多种特性包含第一物体中所包含的流动通道的特性。
21.一种用于检测第一物体相对第二物体的对准的光学对准检测系统，该光学对准检测系统包括一个或多个光阻挡区域和一个或多个非光阻挡区域，两者相对第一物体固定；两个或多个相对第二物体固定的光源，所述两个或多个光源用于提供光，以使来自至少一个光源的光束与一个或多个光阻挡区域的至少一个相交，以及来自至少一个其它光源的光束与一个或多个非光阻挡区域的至少一个相交；一个或多个检测器，用于检测从两个或多个光源提供的光束；识别装置，用于识别所述与一个或多个光阻挡区域相交的光束是由所述两个或多个光源中的哪个光源提供的，和/或识别所述与一个或多个非光阻挡区域相交的光束是由所述两个或多个光源中的哪个光源提供的；和根据所识别的光源确定该第一物体相对该第二物体的对准。
22.根据权利要求21所述的光学对准检测系统，其中所述一个或多个光阻挡区域包含吸收滤波器，用于吸收由光源所提供的光束。
23.根据权利要求21所述的光学对准检测系统，其中所述一个或多个光阻挡区域包含固定在第一物体上的薄膜。
24.根据权利要求21所述的光学对准检测系统，其中该第一物体包含两个或多个叠层，其中一个或多个光阻挡区域包含在该第一物体的一个或多个叠层中。
25.一种用于检测第一物体相对第二物体对准的光学对准检测系统，该光学对准检测系统包括相对该第一物体固定的光折射元件；相对该第二物体固定的光源，该光源用于提供与至少部分光折射元件相交的光束，以产生折射的光轮廓；和一个或多个相对该第二物体固定的检测器，用于检测折射光轮廓。
26.根据权利要求25所述的光学对准检测系统，还包括用于根据折射的光轮廓识别第一物体相对第二物体对准的控制器。
27.一种光学发射器，包括两个或多个光源，所述光源沿一个轴以线性阵列方式定位，每个光源产生横截面具有束斑尺寸的输出光束；和光束形成装置，用于在轴向上增加两个或多个光源中每个光源的束斑尺寸。
28.根据权利要求27所述的光学发射器，其中光束形成装置在垂直于该轴的方向上减小所述两个或多个光源中每个光源的束斑尺寸。
29.根据权利要求27所述的光学发射器，其中光束形成装置在该轴的方向上增加所述两个或多个光源中每个光源的束斑尺寸，以使每个光源的光输出至少部分地与相邻光源的光输出重叠。
30.根据权利要求27所述的光学发射器，其中该光束形成装置包括柱面透镜。
31.一种光学系统，包括沿阵列轴定位的两个或多个光源的阵列，每个阵列产生具有束斑尺寸的光束；光束形成装置，用于在沿该阵列轴的方向上增加所述两个或多个光源中每个光源的束斑尺寸；光束准直装置，用于接收来自光束形成装置的光；和一个或多个检测器，用于接收来自光束准直装置的光。
32.一种用于调节第一物体相对第二物体对准的光学对准系统，该光学对准系统包括一个或多个相对第一物体固定的光散射元件；一个或多个相对第二物体固定的用于产生光的光源；致动器装置，用于移动第一物体和第二物体之间的相对位置，直到来自至少所选光源的光与所述一个或多个光散射元件相交，以产生散射光轮廓；和一个或多个用于检测该散射光轮廓的光检测器。
33.根据权利要求32所述的光学对准系统，还包括用于控制该致动器装置的控制器。
34.一种用于调节第一物体相对第二物体对准的光学对准系统，该光学对准系统包括一个或多个相对第一物体固定的光散射元件；一个或多个用于产生光的光源；致动器装置，用于使所述一个或多个光源相对该第一物体移动，直到来自至少所选光源的光与一个或多个光散射元件相交，以产生散射光轮廓；和一个或多个用于检测散射光轮廓的光检测器。
35.根据权利要求34所述的光学对准系统，还包括用于控制该致动器装置的控制器。
36.一种用于检测第一物体相对第二物体对准的光学对准检测系统，该光学对准系统包括一个或多个相对第一物体固定的光散射元件；一个或多个相对第二物体固定的光源，所述一个或多个光源用于提供光束，以使来自至少一个光源的光束与一个或多个光散射元件相交，以产生散射光轮廓；和两个或多个用于检测该散射光轮廓的检测器。
全文摘要
提供一种用于检测第一物体相对第二物体对准的光学对准检测系统。使用一个或多个光源和一个或多个光检测器，它们两者或者其中之一相对第二物体固定，以检测该第一物体上的一个或多个光散射元件的位置。
文档编号G01N35/08GK1688865SQ03824430
公开日2005年10月26日 申请日期2003年8月15日 优先权日2002年8月21日
发明者B·S·弗里茨, P·罗伊蒂曼, A·帕德马纳布汉 申请人:霍尼韦尔国际公司
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