专利名称：用于光侦测的仪器和方法
技术领域：
本发明涉及用于侦测(interrogating)探针体积阵列的光学特性的仪器和方法。
背景技术：
探针体积(probe volume)的折射率通常是复数，包含实部和虚部，这两者都取决于空间坐标。探针体积的折射率的复杂空间分布在这里被称作该探针体积的“光学性质”。在许多应用中存在对侦测探针体积阵列的光学性质的需要，这些应用包括生物医学诊断学、基因组学、蛋白质组学、药物研发、DNA测序、光数据存储、材料科学、职业健康和安全、平民或者军队反恐、战地、电泳、分析色谱法、半导体加工、计量学、仿造、食品加工、法庭、法律实施、环境监测、显微术、质谱学、微流体动力学、和流式细胞术。在许多这些应用中，包括所关心材料的样品的探针体积(靶试样探针体积)的光学性质与包括参考材料的样品的探针体积(参考样品探针体积)的光学性质相比较。因此，便利的方法是，确定靶试样探针体积相对于一个或更多参考样品探针体积的比较光学性质。例如，一组第一类型的分子(第一靶试样)占据靶试样探针体积的一部分。液体(第三靶试样)中第二类型的分子组(第二靶试样)的溶液被传递到靶试样探针体积，然后冲掉。该仪器显示，通过侦测靶试样探针体积的光学性质在第一和第二类型的分子之间是否发生反应，其中如果通过结合第一类型分子，第二类型分子占据其部分，那么该光学性质可能变化。用于实行这个比较的已知仪器和方法通常涉及使用多次测量、多个独立的探针波束、用于扫描或改变探针波束位置的复杂的仪器、或者实现多次比较测量的其他相对复杂的方法。
发明内容
使用根据本发明的适当形式的探针波束，例如能够方便地使用单个源波束和单次测量来实行该比较。靶试样探针体积X和参考样品探针体积A和/或B可以平行地暴露于格式化探针波束。产生的结果是靶试样探针体积X的光学性质和参考样品探针体积A或B的光学性质的同步比较。但是，这是使用用于比较探针体积的光学性质的本发明的格式化探针波束的一个实例。在本发明的格式化探针波束中，单个光源波束可以由无源光学元件转换为多个完全剪切探针波束对中格式化的一对部分剪切探针波束。靶试样探针体积和参考样品探针体积被设置在暴露于多个完全剪切探针波束对的覆盖层(blanket)和已知的网格阵列中。在曝光之后，完全剪切波束对的多个波束重新合并，产生干涉图案，其显示网格阵列中所选择的探针体积的光学性质之间的关系。根据本发明的格式化探针波束具有独特的特性，即，其含有部分剪切的波束对，该波束对被格式化为完全剪切的探针波束对的阵列。部分剪切探针波束被定义为包含两个波束，即，第一部分剪切探针波束和第二部分地剪切探针波束，其中，第一和第二波束部分地重叠。完全剪切探针波束被定义为包含作为同一部分剪切探针波束对的部分的两个波束，即，第一完全剪切探针波束和第二完全剪切探针波束，第一波束和第二波束横向间隔一定距离没有重叠。这里参考格式化探针波束通常意思是贯穿该仪器的光束，即，源波束，包含部分和完全剪切探针波束对的格式化波束、和检测区域中的组合波束。
为了限定本发明，格式化光束被定义为具有部分剪切。其允许形成具有部分重叠的剪切波束对和不重叠的多个剪切波束对的光束。
当结合附图考虑时，可以更加理解本发明，其中:
图1是根据本发明第一实施例的示意图，其示出用于形成部分剪切格式化光学探针波束的光学元件；
图2是用图1的元件构造的仪器的透视图3是格式化探针波束横过图2的仪器的分量的透视图，其示出第一偏振态的部分剪切探针波束，OE波束；
图4是格式化探针波束横过图2的仪器的分量的透视图，其示出第二偏振态的部分剪切探针波束，EO波束；
图5示出图3和4的格式化探针波束的分量的组合，其示出部分剪切探针波束对，即，OE波束和EO波束；
图6示意地示出根据可能的侦测阵列的一个实例的图5的光束被格式化为25个侦测元件阵列，该侦测元件特征在于完全剪切；
图7示出图6的一个侦测元件，其示出完全剪切探针波束对，即，子OE波束和子EO波束；
图8是在格式化探针波束的源区的侦测元件阵列的视图9是在格式化探针波束的部分剪切区域的侦测元件阵列的视图10是在格式化探针波束的合并区域的侦测元件阵列的视图11是在格式化探针波束的检测区域的侦测元件阵列的视图12是示出格式化探针波束的部分剪切区域中组织的靶试样探针体积和参考样品探针体积的可能选址的网格阵列的视图13是类似于图12的视图，其示出替换的选址；
图14是单个侦测元件和靶试样的透视图，靶试样如图所示被放置在部分地占据侦测元件的靶试样探针体积的靶式样载体上；
图15是类似于图14的视图，其中第二靶试样被增加到第一靶试样；
图16是类似于图2的仪器的透视图，其中增设了相位调制器；
图17和18是可替换的格式化探针波束仪器的透视图，其中，格式化探针波束只在一个方向上部分地剪切。
图19和20是可替换的格式化探针波束仪器的透视图，其中，探针波束只在一个方向上部分地剪切。
图21和22是可替换的格式化探针波束仪器的透视图，其中，探针波束只在一个方向上部分地剪切。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例的用于产生部分剪切格式化探针波束的部件的示意设置。格式化探针波束表示为11，并且在图例中，简单地示出格式化探针波束通过各个元件12到18的方向。应该理解，区块12到18表示所述的光学元件，并且不是说明这些分量的尺寸或物理性质。同时，元件可以彼此间隔开，但是优选地如下面更详细说明的，在集成光学组件中邻近。在图1的仪器中，由于探针波束被格式化，所以其经历分光以及分开波束的位移。因此，线11只指示探针波束通过图1中各个元件的总方向。
该仪器可以操作，其中，11是如图所示的竖直定向或者水平定向。可替换地，11可以是竖直和水平的两者，其中，波束在源区和检测区域之间彼此反射或折射。
探针波束的初始来源(未示出)可以是近似平面光束源，其具有低的空间相干性和低的时间相干性。其可以是LED、激光、或者适合于侦测至少一个靶试样探针体积的任何其他光源。
图1中的元件12是波束偏振器，其用于使源波束偏振为偏振波束，其能够被分为两个分量。为了方便起见，这些分量被标明为波束E (非常波束)和波束0(正常波束)。图1中示意地示出的光学元件优选地是对源波束而光学透明的，并且通过传输而操作。然而，使用适当设置的折射或反射光学元件，或者用折射和反射元件的组合，可以获得等同的功能。
元件13是双折射晶体(BC)，其双折射轴相对于方向11倾斜。元件13的效果是，横向位移波束E的传播方向，而维持其优选地平行于方向11，并且保持波束O的传播方向未受影响的。该位移(图1中未示出)在这里被称作剪切。剪切应该表示为，对象轴(subjectaxis)从同轴到离轴的移动，其中，同轴优选地与离轴平行，但是相对于其位移。位移的量取决于元件13的形状、倾斜角、和双折射装置的光学性质。双折射装置的特性和操作众所周知并且不需要在这里阐明。
在图1中和在后面附图中，双折射装置可以被称作“BC”或者双折射晶体。然而，其能够是双折射玻璃或者聚合物或者适当结构的材料。已知许多双折射装置。根据本发明，任何适合的双折射装置可以用于格式化探针波束。只需要产生E波束相对于O波束的剪切。(本领域技术人员应当理解，在本说明书中E波束和O波束是可互换的，只要进行一致互换。)
然后，探针波束横过第二 BC 14。第二 BC具有位于平面上的光轴，该平面平行于方向11并且与第一 BC的光轴所在的平面正交。BC 14的功能是以结合BC 13描述的相同的方式相对于E波束剪切O波束。最好的是，由BC 13和14产生的剪切是相同的，以便在两者横向方向上产生均匀偏移。(如果11的方向是Z方向，那么BC 13可以在X方向上偏移波束E，而BC 14在Y方向上偏移波束O。)然而，偏移可以是不同的。
同样，尽管优选的是BC 13和14具有位于平面中的光轴，其中这些平面平行于方向11并且彼此正交，以便在X和Y方向上发生位移，与平行于方向11或者彼此正交的偏离也可以结果形成有用的装置。
该探针波束现在位于部分剪切格式区域中并且含有部分剪切且部分重叠的光束对和完全剪切和没有重叠的光束对。这个状态中的探针波束在这里被称作具有部分剪切格式。
格式化探针波束的部分剪切波束对和完全剪切波束对传播通过靶试样探针体积和参考样品探针体积，并且能够与靶试样载体相交。该载体可以具有许多形式，简单地包括虚平面，那就是说，靶试样和参考样品可以位于空间中。更典型地，靶试样和参考样品会被安装在透明板上。分析的材料可以被包含在样品容器中，诸如玻璃或者塑料安瓿(ampoule，小的玻璃容器)中。
在传播通过靶试样探针体积和参考样品探针体积以后，格式化探针波束的部分剪切波束对和完全剪切波束对合并，从而产生干涉图案，其指示靶试样探针体积和参考样品探针体积的光学性质。这通过使格式化波束受到对其格式化的光学装置的相反功能而方便地获得。因此，该波束横过BC 15和16，其每个的光轴都被适当定向。
合并的波束现在是干涉图案的阵列，其在穿过偏振器17之后由检测器阵列18“读取”。检测器阵列可以是任何形式的成像装置，其功能为显示和/或记录干涉图案。
像图1中所述的元件的设置在图2中的透视图中示出，其为部分剪切侦测仪器的一个实施例。其包含:第一偏振器、下文称作“剪切装置”的装置、下文称作“合并装置”的装置、第二偏振器和检测装置，其中，剪切装置通过振幅分隔将源波束部分地剪切为在第一和第二正交偏振态中的部分重叠和相对平行的探针波束对，这个波束对在下文分别被称为“0E波束”和“E0波束”，该合并装置将所述OE波束和EO波束大体上合并为合并波束，第二偏振器的偏振轴大体上平行于第一偏振器的偏振轴。
如剪切装置的一个实施例，其包含第一剪切�？椋浒礁龃筇迳弦恢碌乃凵渚�(BC)，两者的光轴成相对于其进出面具有大于零的角度，并且其主截面以大体上90°相交。
如合并装置的一个实施例，其包含:
第二剪切�？椋溆叛〉赜氲谝患羟心？榕渲孟嗤窃谌魏吻榭鱿绿峁┑韧δ埽湎喽杂诘谝患羟心？榇筇迳闲�180°。
下列表格列出用于图2所示的实施例的设计参数的实例。
表格I
光源I 裸LED (Bare LED)光源尺寸~ 0-5 mm X 0.5 mm光源的中心波长 600 nm光源的半高宽(full width at half ~ 30 nmmaximum)_光源和第一偏振器之间的距离 45 mm源波束的尺寸 10 mm直径双折射晶体(BC)离散角6°的YVO4每个BC的尺寸 IO mm x 10 mm x 0_5 mm
权利要求
1.一种用于侦测靶试样探针体积的方法，包括: 分开并剪切光源波束，以产生包含第一探针波束和第二探针波束的格式化光束，其中，所述第一探针波束和所述第二探针波束部分地重叠； 将至少一个靶试样探针体积和至少一个参考样品探针体积暴露于所述格式化光束； 合并所述第一探针波束和所述第二探针波束，以产生合并光束；和 检测所述合并光束中的干涉图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述格式化光束中的所述第一探针波束和所述第二探针波束是平行的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，剪切所述第一探针波束和所述第二探针波束两者。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述光源波束被偏振，以产生偏振光束。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，使用至少一个双折射装置来分开并剪切所述偏振光束。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述格式化光束具有探针体积对的网格阵列。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述网格阵列包含探针体积对，其中，所述体积对中的一个是所述第一探针波束的一部分而所述体积对中的另一个是所述第二探针波束的一部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用至少一个双折射装置来合并所述第一探针波束和所述第二探针波束。
9.一种用于侦测靶试样探针体积的仪器，包括: 剪切装置，用于分开并剪切光源波束，以产生包含第一探针波束和第二探针波束的格式化光束，其中，所述第一探针波束和所述第二探针波束部分地重叠； 合并装置，用于合并所述第一探针波束和所述第二探针波束，以产生合并光束；和 检测装置，用于检测所述合并光束中的干涉图案。
10.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述格式化光束中的所述第一探针波束和所述第二探针波束是平行的。
11.根据权利要求9所述的仪器，其中，在两个方向上剪切所述光源波束。
12.根据权利要求9所述的仪器，进一步包括光束偏振器，所述光束偏振器用于将所述源波束偏振成偏振波束，所述偏振波束能够被分为两个分量。
13.根据权利要求11所述的仪器，其中，所述剪切装置包括第一双折射装置和第二双折射装置，所述第一双折射装置用于在第一横向方向上剪切所述光源波束以产生部分剪切探针波束对，并且所述第二双折射装置用于在大致垂直于所述第一横向方向的横向方向上剪切所述部分剪切探针波束对。
14.根据权利要求13所述的仪器，其中，所述合并装置包括第一双折射装置和第二双折射装置，所述第一双折射装置用于在第一横向方向上剪切所述格式化光束以产生部分剪切探针波束对，并且所述第二双折射装置用于在大致垂直于所述第一横向方向的横向方向上剪切所述部分剪切探针波束对。
15.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述光束源具有低的空间相干性和低的时间相干性。
16.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述光束源是LED或者激光器。
17.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述第一波束行进的光路长度大体上等于所述第二光束的光路长度。
18.根据权利要求9所述的仪器，进一步包括补偿装置，所述补偿装置用于补偿或调节两个所述部分剪切光束的相对光路长度。
19.根据权利要求9所述的仪器，进一步包括样品载体，所述样品载体放置成与所述格式化光束相交。
20.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述样品载体包括成对的靶试样和参考样品的阵列，并且所述检测装置包括检测装置的阵列，各个检测装置的阵列对应于所述样品载体上的所述成对的靶试样和参考样品的阵列。
21.根据权利要求9所述的仪器，进一步包括相位调制器。
全文摘要
本发明涉及侦测仪器和方法，其使用部分剪切光学干涉仪器来侦测靶试样探针体积阵列相比于参考样品探针体积的阵列的光学性质。该仪器产生格式化探针波束，其含有部分剪切的波束对，该波束对被格式化为完全剪切探针波束对的阵列。靶试样探针体积和参考样品探针体积被适当地组织并暴露于完全剪切探针波束对的阵列。
文档编号G01N21/23GK103189711SQ201180036688
公开日2013年7月3日 申请日期2011年5月11日 优先权日2010年5月25日
发明者乔瓦尼·巴尔巴罗萨 申请人:瓦莱里奥·普鲁纳里, 马克·霍夫雷 克鲁阿涅斯, 佩德罗·安东尼奥·马丁内斯 科尔德罗, 达维德·卢卡 詹纳
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
