[发明专利]具有成像光学元件的传感器设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测结合到载体的结合表面的颗粒的传感器设备和方法。

背景技术

WO 2008/155716公开一种光学生物传感器，其中输入光束被全内反射并且针对反射表面处目标成分的量检测和评估所得到的输出光束。目标成分包括作为标签的磁性颗粒，其允许通过磁力影响样本中的过程。

发明内容

基于该情形，本发明的目的在于提供用于改善颗粒检测精确度的方式，尤其是对于低颗粒浓度。

通过根据权利要求1所述的传感器设备、根据权利要求2所述的方法以及根据权利要求15所述的用途来实现该目的。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据其第一方面，本发明涉及一种用于检测位于载体表面处的颗粒的传感器设备，其中由于所考虑的颗粒在许多重要应用中将被结合到该表面，因此所述表面被称为“结合表面”。待检测的颗粒典型地包括具有能够被检测的一些属性(例如光学密度、磁化系数、电荷、荧光性、放射性等)的纳米颗粒或者微颗粒。载体将优选由例如玻璃或者聚苯乙烯的透明材料制成，以允许给定(特别是可见光、UV和/或IR)光谱的光传播。载体可以是传感器设备的一部分或者是与传感器设备分离的独立部件，例如通过一次性盒实现。传感器设备包括下面部件：

a)具有图像传感器的光学系统，将颗粒(如果存在于结合表面处)成像于该图像传感器上。由于颗粒在图像传感器上的图像将典型地被放大，因此下面将具有图像传感器的光学系统-不失一般性地-简称为“显微镜”。优选地，显微镜将通过(透明)载体对结合表面成像。

b)用于可控地使显微镜的图像传感器相对于载体产生位移的“位移单元”。该相对位移优选发生的方式为(仅)存在图像传感器上颗粒的图像的横向偏移。而且，所述偏移优选小于所述图像传感器上的一个像素。

c)用于评估在载体与图像传感器的不同相对位移处生成的图像的评估单元。所述评估单元可以通过专用电子硬件、具有相关联的软件的数字数据处理硬件或者其混合实现。

根据第二方面，本发明涉及一种方法，用于使用传感器设备检测位于载体的结合表面处的颗粒，特别是结合到所述结合表面的颗粒，所述方法包括以下步骤：

a)将颗粒成像于显微镜的图像传感器上。

b)使用位移单元，使图像传感器相对于载体产生位移。

c)使用评估单元，评估在载体与图像传感器的不同相对位移处生成的图像。

所述方法可以优选使用根据本发明第一方面的传感器设备来执行。所述方法和所述传感器设备二者具有的共同特征在于它们评估在载体与图像传感器的不同相对位置处生成的(例如结合的)颗粒的图像。因而，由于能够组合从不同视角拍照的至少两个图像的信息，因此能够增加能够使用该图像传感器实现的空间分辨率。这又实现颗粒的种类和/或其结合的类型的更加精确的确定，这有助于增加所述传感器设备和所述检测方法的定量精度。

以下，将描述与上述传感器设备和方法有关的本发明的优选实施例。

根据第一优选实施例，所述显微镜的所述图像传感器被像素化，即，其包括多个能够被单独读取的单独传感器元件(“像素”)。这样的像素化图像传感器可以例如通过根据数字相机已知的CCD或者CMOS图像传感器实现。在像素化的图像传感器中，通过像素尺寸量化(并且限制)空间分辨率。载体和图像传感器之间的相对位移使得所述图像传感器的不同像素将接收一个颗粒的图像，这允许通过克服由所述像素尺寸施加的限制而增加空间分辨率。

在上面提及的实施例中，像素的尺度优选为使得(相对于显微镜的给定尺寸和给定放大倍数的颗粒)位于所述结合表面处的所述颗粒的图像覆盖在所述图像传感器上的一个和大约20个像素之间，优选地在大约三个和大约9个像素之间。在这种情况下，利用其确定结合的颗粒的位置的空间分辨率受到图像传感器的像素化的严重限制，并且本发明的位移方法因而能够提供显著改进。