[发明专利]用于使用时间延迟和积分传感器进行成像的时域复用

说明书

技术领域

在第一方面，本发明涉及时间延迟积分(TDI)传感器，该传感器包括编号为1至N的一系列单元，该TDI传感器配置为经由编号为1至N-1的单元从编号为1的单元向编号为N的单元传输电荷。

在第二方面，本发明涉及成像系统。

在第三方面，本发明涉及成像方法。

背景技术

在荧光成像中，经常需要同时探测给定样本中的多个荧光标签(荧光团)的存在。可以采用各种方法来区别荧光标签。

在第一方法中，标签发射的光根据波长分束到多个传感器上，例如通过使用二向色镜进行分束。

另一方法使用不同标签通常对用于激发的光的不同波长敏感的事实。波长各自不同的一组光源，例如激光器，以交替方式操作。每个光源典型地激发特定组荧光标签。通过在切换至下一光源之前，即在改变照明光的频率之前，读出每个探测器，能够获得各标签的分开的图像。该技术是时间共享或时域复用的范例。优点是其容许使用一个探测器探测不同频率的光。该技术从而避免了对每个波长提供分开的探测器的需要。

该两个方法能够组合，以增大使用固定数量的光源可以探测的荧光团的数量。应当注意，能够被独立探测的荧光团的总数量可以大于不同光源的数量和探测器的数量。

在利用时域复用的扫描显微镜中，与每个传感器探测单个类型的荧光团相比，每个扫描的总的积分时间增大了。然而，由于至少两个原因，时域复用仍然比对相同区域进行多个扫描有利。首先，较少时间损失于用于扫描样本的‘开销(overhead)’(例如，用于反转扫描方向或将样本移动回开始位置用于下一个扫描)。其次，系统随时间的变化对从不同激发和/或荧光波长获得的图像的相互对准具有较小的影响。

除其它外，时域复用适合用于共焦扫描(使用例如非像素化传感器)、简单的线传感器和全帧传感器。在线传感器和连续地移动的样本的情况下，通常在每次读出像素行时切换光源，使得在单个扫描后，获取了相同目标的两个或更多不同全图像。

时间延迟和积分(TDI)是已知的通常比使用简单线传感器快的成像方法。其能够应用于亮场和其它成像形态。TDI典型地使用具有多个相邻像素行的电荷耦合器件(CCD)。因为在传感器上连续扫描目标(object)的图像，所以传感器上累积的电荷以同步方式从每行像素移动至下一行像素。每次，仅读出来自最后一行像素的信号并将其存储在存储器中。以此方式，在相同扫描速度，信号更有可能累积于具有长得多的积分时间的传感器上而不是简单的线传感器上。

总之，对于扫描荧光成像的各应用，同时探测研究的目标上的多个荧光团通常视为有利的。为此目的，能够采用发射不同波长的光的多个光源。能够操作光源，使得能够以交替方式将目标暴露于不同波长的光。探测来自目标的荧光的传感器可以在两个连续的照明时段之间被读出。

图1示例TDI成像的原理。目标12由光源(未示出)照明并以恒定速度沿目标路径14移动。在图中，仅图形地描绘目标12的范例性发光点。包括例如透镜或透镜系统的成像光学器件20在TDI传感器22上生成目标12的光学图像24。随着目标12沿目标路径12移动，其图像24沿图像路径26移动越过TDI传感器22。在示出的范例中，目标路径14是直线，但是可以设想其它路径，取决于TDI传感器22的设计。在示出的范例中，图像路径26也是直线。需要注意，目标12和其图像24以相反方向移动，如箭头14、26所指示的。传感器22包括多个平行箭头28，每一行包括多个像素(单元)。箭头22包括第一行30和最后行32。虽然目标12位于如图中所示的初始位置，但是目标12发射的光16入射在第一行30上。随着目标12处于最终位置(对应于箭头14的尖端)，目标发射的光18入射在传感器22的最后行32上。电荷作为光学图像24的强度和像素曝露于图像24期间的时间的函数累积于TDI传感器22的像素上。累积的电荷与光学图像24的移动同步地移动通过传感器22。传感器22积累的信号因此比等效简单传感器的大等于像素行22的数量的因子。在TDI传感器22的两个连续的读出期间，目标12移过的扫描长度与目标12的感兴趣的特征的尺寸相比相当大。然而，问题是，在读出整个TDI传感器22之前在成像模式之间的切换，诸如光源的切换，将导致传感器22上对应图像的混合。

本发明的目的是提供时域复用TDI成像方法。本发明的另一目的是提供时域复用TDI成像系统。本发明的再一目的是提供用于时域复用TDI成像系统中的TDI传感器。

通过独立权利要求的特征实现了这些目的。进一步的说明和优选实施例概述于从属权利要求中。

发明内容