JP2023513729A - 光学結像系及びそれを適用した生化物質検出系 - Google Patents
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Abstract
Description
開口数NA≧0.7、
有効作動距離>1.2mm、
焦点距離=12.5mm、
500nm~800nmの波長の光波に対するアポクロマート<0.4μm、
像面湾曲<0.4um、
物体側視野範囲>φ1.2mm、
鏡筒レンズとの組み合わせのディストーション<1%などの仕様を満たしている。
第2群レンズ162は、4.7<f2/fobj<5.5を満たし、
第3群レンズ163は、4.6<f3/fobj<5.6を満たし、
第4群レンズ164は、3.25<f4/fobj<3.88を満たし、
第5群レンズ165は、5.71<f5/fobj<6.11を満たし、
第6群レンズ166は、-4.76<f6/fobj<-3を満たし、
第7群レンズ167は、-23.9<f7/fobj<-19.5を満たす。
そのうち、f1は第1群レンズ161の焦点距離、f2は第2群レンズ162の焦点距離、f3は第3群レンズ163の焦点距離、f4は第4群レンズ164の焦点距離、f5は第5群レンズ165の焦点距離、f6は第6群レンズ166の焦点距離、f7は第7群レンズ167の焦点距離、fobjは対物レンズ16の焦点距離である。
DIV=α(DIFF/SUM +β) である。
11 照明モジュール
13 合焦モジュール
15 結像モジュール
16 対物レンズ
111、1301 光源
113 励起光整形手段
2 試料キャリア
151 TDIカメラ
152、1303 鏡筒レンズ
153、116 カットフィルタ
154 分光装置
A、B、C、D、E ダイクロスコープ
115 平面ミラー
t1、t2 撮影時間
161 第1群レンズ
162 第2群レンズ
163 第3群レンズ
164 第4群レンズ
165 第5群レンズ
166 第6群レンズ
167 第7群レンズ
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
L5 第5レンズ
L6 第6レンズ
L7 第7レンズ
L8 第8レンズ
L9 第9レンズ
L10 第10レンズ
L11 第11レンズ
L12 第12レンズ
L13 第13レンズ
L14 第14レンズ
1111 マルチモード光ファイバ
1112 出力端面
113a 第1整形手段
113b 第2整形手段
C1、C2、C3、C4 円柱レンズ
1511 感光面
17 制御装置
18 可動プラットフォーム
19 コンピュータ装置
130 検出光路
131 センサユニット
132 制御ユニット
1311 センサ
1305 ミラー
1312 PDセンサ
1312a、1312b センシング領域
O、P、Q、R 曲線
S 交差点
H 横線
Claims (24)
- 試料を撮像して結像する光学結像系であって、
前記試料を励起して、被励起光を発生させる励起光を出力する照明モジュールと、
前記被励起光を記録する時間差積分(time delay integration,TDI)ラインカメラを備える結像モジュールと、を備える光学結像系。 - 前記光学結像系が、前記励起光を出力し、前記被励起光を収集する通路である対物レンズをさらに備える請求項1に記載の光学結像系。
- 前記対物レンズの開口数は0.7以上であり、視野範囲>φ1.2mmであることを特徴とする請求項2に記載の光学結像系。
- 前記対物レンズは、物体側から像側へと順に配置された、第1群~第7群までの計7群のレンズを備え、第1群~第3群レンズが負の屈折力を担い、第4群~第7群レンズが正の屈折力を担うことを特徴とする請求項3に記載の光学結像系。
- 前記第1群レンズは、正の像面湾曲を発生させるための正の屈折力を有し、
前記第2群レンズは、前記第1群レンズとともに正の偏角を負担する正の屈折力を有し、
前記第3群レンズは、コマ収差と色収差を補正するための正の屈折力を有し、
前記第4群レンズは、正の屈折力を有し、
前記第5群レンズは、正の屈折力を有し、
前記第6群レンズは、負の屈折力を有し、
前記第7群レンズは、負の屈折力を有し、
前記第6群レンズおよび前記第7群レンズは、像面湾曲および歪曲の制御に共通に用いられることを特徴とする請求項4に記載の光学結像系。 - 前記第1群レンズは、9.2<f1/fobj<9.7を満たし、
前記第2群レンズは、4.7<f2/fobj<5.5を満たし、
前記第3群レンズは、4.6<f3/fobj<5.6を満たし、
前記第4群レンズは、3.25<f4/fobj<3.88を満たし、
前記第5群レンズは、5.71<f5/fobj<6.11を満たし、
前記第6群レンズは、-4.76<f6/fobj<-3を満たし、
前記第7群レンズは、-23.9<f7/fobj<-19.5を満たし、
そのうち、f1は前記第1群レンズの焦点距離、f2は前記第2群レンズの焦点距離、f3は前記第3群レンズの焦点距離、f4は前記第4群レンズの焦点距離、f5は前記第5群レンズの焦点距離、f6は前記第6群レンズの焦点距離、f7は前記第7群レンズの焦点距離、fobjは前記対物レンズの焦点距離であることを特徴とする請求項5に記載の光学結像系。 - 前記第3群レンズは、3枚のレンズを備え、前記3枚のレンズが接合されて3枚接合レンズ群を形成し、および/または、
前記第5群レンズは、2枚のレンズを備え、前記2枚のレンズが接合されて2枚接合レンズ群を形成し、および/または、
前記第6群レンズは、2枚のレンズを備え、前記2枚のレンズが接合されて2枚接合レンズ群を形成し、および/または、
前記第7群レンズは、2枚のレンズを備え、前記2枚のレンズが接合されて2枚接合レンズ群を形成していることを特徴とする請求項6に記載の光学結像系。 - 前記対物レンズと前記TDIカメラとの間に設けられ、前記TDIカメラへの特定波長外の光の進入を阻止するフィルタシステムをさらに備える請求項2に記載の光学結像系。
- 前記フィルタシステムと前記TDIカメラとの間に設けられた、前記対物レンズとの組み合わせの歪み<1%である鏡筒レンズをさらに備える請求項8に記載の光学結像系。
- 前記鏡筒レンズの焦点距離が150mm~250mmであり、及び/又は、
前記鏡筒レンズが4枚のレンズを備え、前記4枚のレンズが接合されて2枚接合レンズ群を形成することを特徴とする請求項9に記載の光学結像系。 - 前記フィルタシステムは、
フィルタシステム異なる前記TDIカメラによって記録されるように、前記被励起光を異なる結像チャンネルに導光する分光装置と、
前記TDIカメラ毎に特定波長外の光を入射するのを阻止するためのフィルタと、を備えることを特徴とする請求項9に記載の光学結像系。 - 前記照明モジュールは、前記励起光を出力する出力端面が矩形状である光源を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学結像系。
- 前記照明モジュールは、励起光整形手段をさらに備え、
前記励起光整形手段は、前記励起光の光スポットの形状を前記TDIカメラの感光面の形状に合わせるように、前記励起光の光スポットを第1方向に拡大し、前記励起光の光スポットを前記第1方向と直交する第2方向に縮小し、あるいは、
前記励起光整形手段は、前記励起光のスポットを第1方向に拡大するための第1整形手段と、前記励起光のスポットを前記第1方向と直交する第2方向に縮小するための第2整形手段と、を含み、あるいは、
前記励起光整形手段は、2枚の円柱レンズを含み、
前記2枚の円柱レンズの一方は、前記励起光の光スポットを第1方向に拡大しながら、他方は、前記励起光の光スポットを前記第1方向に直交する第2方向に縮小することを特徴とする請求項1または12に記載の光学結像系。 - 前記励起光の光スポットは、前記励起光整形手段によって整形された後の縦横比が20以上であることを特徴とする請求項13に記載の光学結像系。
- 前記試料を搭載する試料キャリアと前記対物レンズとの位置関係を検出し、検出した前記位置関係に応じて、前記試料キャリアが対物レンズの焦点面上に位置するように前記試料キャリアと前記対物レンズとの相対位置を調整する、合焦モジュールを備えることを特徴とする請求項2に記載の光学結像系。
- 前記合焦モジュールは、検出光を前記試料キャリアに照射する光源と、前記試料キャリアから反射された検出光を検知するセンサユニットと、を備え、
前記センサユニットは、反射された前記検出光に基づいて前記試料キャリアと前記対物レンズとの位置関係を反映する電気信号を出力することを特徴とする請求項15に記載の光学結像系。 - 前記合焦モジュールは、制御ユニットをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記電気信号に基づいて、前記試料キャリアが対物レンズの焦点面からずれるデフォーカス方向とデフォーカス量とを決定し、前記対物レンズが前記試料キャリアに接近または離間する距離を制御することで、前記試料キャリアを再び前記対物レンズの合焦面に位置することを特徴とする請求項16に記載の光学結像系。 - 前記センサユニットは、それぞれ受光した検出光を電気信号に変換する2つのセンシング領域を設けた光電センサを含み、
前記制御ユニットは、前記2つのセンシング領域が出力する前記電気信号の差を、前記2つのセンシング領域が出力する前記電気信号の和で除算することにより、前記対物レンズの焦点面からずれた前記試料キャリアのデフォーカス方向とデフォーカス量とを決定する、ことを特徴とする請求項17に記載の光学結像系。 - 前記制御ユニットは、算式DIV=α(DIFF/SUM+β)に従って、前記対物レンズの移動を制御するための制御信号を算出し、
そのうち、前記制御信号をDIV、信号増幅率をα、前記2つのセンシング領域が出力する電気信号の差信号をDIFF、前記2つのセンシング領域が出力する電気信号の和信号をSUM、予め設定された電圧オフセット量をβ、とすることを特徴とする請求項18に記載の光学結像系。 - 前記試料の移動速度と前記TDIカメラの周波数とをマッチングして同期させるように制御するとともに、前記光源の点灯と前記TDIカメラの撮影との同期を保つように制御する制御装置をさらに備える、請求項12に記載の光学結像系。
- 請求項1~19の何れか1項に記載の光学結像系を備える生化物質検出系。
- 前記試料を搭載するための検出プラットフォームをさらに備える請求項21に記載の生化物質検出系。
- 前記光学結像系は、前記検出プラットフォームと通信して光学イメージングシステムと検出ステージとの同期を制御する制御装置をさらに含むことを特徴とする請求項22に記載の生化物質検出系。
- 前記制御装置は、前記検出ステージの移動速度を前記TDIカメラの周波数に合わせて同期させるように制御すると共に、前記照明モジュールの点灯を前記TDIカメラの撮影に同期するように制御することを特徴とする請求項23に記載の生化物質検出系。
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