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CN103534627A - 光导像素 - Google Patents

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CN103534627A
CN103534627A CN201280011370.4A CN201280011370A CN103534627A CN 103534627 A CN103534627 A CN 103534627A CN 201280011370 A CN201280011370 A CN 201280011370A CN 103534627 A CN103534627 A CN 103534627A
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CN
China
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light
pixel
photoconduction
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Application number
CN201280011370.4A
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English (en)
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李承亚
郑国安
本杰明·朱德克维茨
庞硕
吴继刚
杨昌辉
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California Institute of Technology
Original Assignee
California Institute of Technology
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Abstract

一种具有引导层和光探测层的光导像素。所述引导层具有光导。所述光探测层具有光探测元件，所述光探测元件接收由所述光导引导的光。所述光导可包括用于引导发射光朝向所述光探测元件的滤光器。

Description

光导像素
相关申请的交叉引用
本申请是2011年03月03日提交的标题为“Electronic petridish withbright field and fluorescence imaging capabilities for cell culture monitoring”的美国临时专利申请第61/448,964号的非临时申请且要求其优先权。出于各种目的，该临时申请通过引用全部并入本文。
该非临时申请涉及以下共同未决的和共同转让的专利申请，出于各种目的，以下专利申请通过引用被全部并入：2011年10月25日提交的标题为“Scanning Projective Lensless Microscope System”的美国专利申请第13/281,287号。
以下非临时申请于同一天提交且出于各种目的通过引用被全部并入本文：2012年03月02日提交的标题为“e-Petri Dishes,Devices,andSystems”的美国专利申请号13/_______。
背景技术
本发明的实施方式一般涉及成像仪和传感器。更具体地，特定的实施方式涉及用于亮场和荧光/磷光成像的光导像素、光导像素设备和光导像素系统。
除了亮场成像之外，荧光/磷光成像对于生物医学和生物科学中的生物样本的结构和功能形态的研究或监测可能是至关重要的。例如，荧光/磷光成像技术可以被用于识别或探测微观结构、亚微观结构、甚至生物样本中的单个分子。
传统的荧光显微镜是利用荧光成像来研究生物学问题的常用工具。典型的，荧光/磷光染料与样本混合以利用荧光基团标记或标识待研究的样本（如，细胞）的部分。荧光基团指的是分子中的一旦被激发能促使分子发出荧光或发出磷光的成分。荧光基团能从特定波长的激发光中吸收能量且以不同的波长重新发射能量。传统的荧光显微镜使用预定波长的激发光（如，蓝光）照射样本以激活样本中的荧光基团。作为响应，荧光基团释放不同波长的荧光/磷光发射光（如，绿光）。这种发射光通常比激发光弱得多且从每个荧光基团散射。
更传统的荧光显微镜在样本和探测器表面之间具有滤光器。该滤光器吸收或反射激发光，而让不同波长的较微弱的荧光/磷光的发射光通过以到达传感器。当利用传统的吸收染料时，由于衰减系数，滤光器可被设计成具有超过几微米的厚度。在滤光器中的微弱的发射光信号的衍射、干涉和散射能降低荧光图像的分辨率。
发明内容
本发明的实施方式针对用于亮场和荧光/磷光发射光的探测和成像的光导像素、光导像素设备和光导像素系统。光导像素设备包括在光探测层（如，CMOS图像传感器）上的含有光导（如，金属网格）的引导层。每个光导引导光朝向光探测层中的对应的光探测元件。每个光导可以包括用于引导发射光朝向光探测元件的滤光器。通过约束光信号的传播，引导光（如，发射光）能够提高分辨率。光导间的像素间的间距也能通过减少相邻的光探测元件间的信号重叠来提高分辨率。
一个实施方式针对光导像素，该光导像素包括含有用于引导光的光导的引导层。光导像素还包括具有光探测元件的光探测层，所述光探测元件接收由光导引导的光。
另一实施方式针对包含引导层和光探测层的光导像素设备。引导层具有多个光导。光探测层具有多个光探测元件。每个光导被配置为接收由多个光导中的对应的光导引导的光。
另一实施方式针对包含光导像素设备和处理器的光导像素系统。光导像素设备具有引导层和光探测层。引导层具有多个光导。光探测层具有多个光探测元件。每个光探测元件被配置为接收由多个光导中的对应的光导引导的光。处理器与多个光探测元件通信。处理器被配置为基于由多个光探测元件接收的光生成位于照明源和引导层之间的样本的一个或多个投影图像。
另一实施方式针对光导像素系统，该光导像素系统含有引导层、光探测层、光导像素的阵列和处理器。引导层具有多个光导。光探测层具有多个光探测元件。每个光导像素包含多个光导中的光导和多个光探测元件中的对应的光探测元件。光探测元件被配置为接收从对应的光导引导来的光。处理器被配置为基于由多个光探测元件接收到的光生成位于照明源和引导层之间的样本的一个或多个投影图像。
以下将更详细地阐述本发明的这些或其他的实施方式。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的光导像素系统的框图。
图2（a）是根据实施方式的具有光导像素阵列的光导像素设备的透视图和剖视图的示意图，和单个光导像素的剖视图。
图2（b）是根据实施方式的图2（a）中的光导像素设备的透明透视图。
图3（a）、图3（b）和图3（c）是根据本发明的实施方式的在示例性的亮场高分辨率成像方案中的光导像素设备的组件的示意图。
图4是根据本发明的实施方式的在示例性的低分辨率荧光成像方案中的光导像素设备的组件的示意图。
图5是根据本发明的实施方式的在示例性的高分辨率荧光成像方案中光导像素设备的组件的示意图。
图6是根据本发明的实施方式的用于实时分析的使用并行的原位成像的芯片上的细胞培养平台中的芯片上的光导像素系统的示意图。
图7是根据本发明的实施方式的可用于制造光导像素设备的主体的LIGA工艺的工序示意图。
图8是根据本发明的实施方式的可用于制造光导像素设备的主体的反应离子蚀刻（RIE）工艺的工序示意图
图9是根据本发明的实施方式的在用于光导像素系统的计算机设备中可能出现的子系统的框图。
发明详述
下面将参照附图阐述本发明的实施方式。实施方式是针对具有引导层和光探测层的光导像素设备，引导层具有多个光导，而光探测层具有多个光探测元件（如，图像传感器像素）。每个光导引导光照向光探测层中的对应的光探测元件。在一种情形中，多个光探测元件中的每个光探测元件从单个的光导接收光。光导可能也包括滤光器以抑制激发光，而使发射光通过。通过引导来自样本附近的位置的光，光导可以减少散射、衍射和漫射，这能提高分辨率。在光导之间的像素间的间距，还可以通过分离来自每个光导的光以减少对相邻的光探测元件的重叠来提高分辨率。
在操作中，照明源提供照明（如，扫描照明、焦点照明）给引导层外边的样本。样本改变光。光导引导改变的光（如，发射光）和未改变的光（如，激发光）发到相应的光探测元件。多个光探测元件测量通过多个光导引导的光。基于通过光导引导的光，处理器能生成样本的图像。在一种情形中，照明源从多个扫描位置横扫照明以在光探测表面上生成一序列移位亚像素的投影。在这种情形下，处理器基于移位亚像素的投影的序列能生成样本的高分辨率（如，亚像素分辨率）图像。在其他情况下，照明源扫描焦点阵列，该焦点阵列在样本上提供激发光以局部地激发荧光基团。在这种情形中，处理器能生成高分辨率的荧光图像。通过使用光导，光导像素设备将焦点平面从探测表面中继到引导层的外表面。即使在样本与光探测器之间存在附加层（如，滤光器）时，所述中继允许光导像素设备实现样本的高分辨率的明场成像和/或荧光成像。
本发明的实施方式提供一个或更多技术上的优势和改进。一个优势是提高了图像的分辨率。光导引导来自样本附近的位置的光且能够限制光信号的传播，这能够提高分辨率。光导之间的像素间的间距通过使来自每个光导的光保持分离以减少对相邻的光探测元件的重叠，还可以提高分辨率。另外的优势是光导像素设备可以是芯片上的设备。芯片上的光导像素设备能够提供用于生物样本的明场的和荧光的高分辨率成像的紧凑的成像平台，使其成为生物学研究和医学研究的功能强大的工具。
Ⅰ.光导像素系统
图1是根据本发明的实施方式的光导像素系统10的示意图。光导像素系统10包括光导像素设备100，该光导像素设备100具有含有引导层110（如，金属网格）和光探测层120的主体101。引导层110包括多个光导112，所述多个光导112具有被像素间的间距s分隔开的8个分离的光导114。光导114指的是能够引导光的任何合适的结构或结构的组合。在图1中，每个光导114包含第一端部114（a）、第二端部114（b）、透光区域（核）114（c）和反射表面114（d）。在这个示例中，每个光导114能够引导光朝向第二端部114（b）。引导层110还包括外表面116和内表面118。光探测层120包括具有8个分离的光探测元件124（如，传感器像素）的多个光探测元件122（如，CMOS图像传感器像素）。光探测层120具有探测表面126，其在该实施方式中与引导层110的内表面118是重合的。
图1中的光导像素设备100还包括x轴、y轴（未显示）和z轴。x轴和y轴位于引导层110的外表面116的平面上。z轴正交于该平面。虽然在所图示的示例中的光导像素设备100包括对应于在x轴方向上的8个光探测元件122的在x轴方向上的8个分离的光导114，但是其他的实施方式在x轴方向和/或y轴方向上，可包括任何合适数量（例如，1、5、10、100、1000等）的分离的光探测元件124和/或光导114。
光导像素系统10还包括提供照明210的照明源200。另外，光导像素系统10包括具有处理器310、计算机可读介质（CRM）320和显示器330的主机300。显示器330和CRM320与处理器310进行通信。处理器310与光导像素设备100的光探测层120进行通信。虽然图1中显示的是单个的光导像素设备100，但是其他实施方式的光导像素系统10可包括多个光导像素设备100。在多个光导像素设备100和处理器310之间通信的可选的中继多路复用器能够用于中继从多个光导像素设备100到处理器310的信息。
在操作中，照明源200提供照明光210给位于照明源200和引导层110之间的样本400。样本400改变照明光210（如，吸收激发光且从激活的荧光基团重新发射光），这在引导层110的外表面116上产生投影。多个光导112接收改变了的光和未改变的光。每个光导114引导光朝向光探测表面126。多个光探测元件122测量通过多个光导112接收的光。处理器310基于通过多个光导112的被测光，能够生成样本400的图像。在一个方案中，照明源200可以从多个扫描位置横扫照明光210以在外表面116处生成样本400的移位亚像素的投影的序列。在这种情况下，处理器310基于移位亚像素的投影的序列，能够生成样本400的高分辨率（如，亚像素分辨率）图像。在另外的方案中，照明源200可以提供聚光点阵列形式的照明光210用于激发样本400的在每个聚光点附近的荧光基团。聚光点阵列能够在样本400上被扫描。在这个方案中，处理器310基于通过多个光导112接收到的光，能够生成样本400的高分辨率（如，亚像素分辨率）的荧光图像。
图2（a）是根据实施方式的具有光导像素132的阵列的光导像素设备100的透视图和剖视图的示意图，和单个光导像素132的剖视图。图2（b）是根据实施方式的图2（a）中的光导像素设备100的透明透视图。
在图2（a）和图2（b）中，光导像素设备100具有包含引导层110和光探测层120的主体100。引导层110包括多个光导112，呈6x4阵列形式的24个分离的光导114。引导层110还包括外表面116和内表面118。光探测层120包括24个分离的光探测元件124，呈6x4阵列形式的多个光探测元件122。光探测层120还包括探测表面126，在本方案中探测表面126与引导层110的内表面118重合。光导像素设备100还包括x轴、y轴和z轴。x轴和y轴位于引导层110的外表面116的平面上。z轴正交于该平面。
图2（a）和图2（b）中的光导像素设备100的主体101还包括分离的光导像素130的二维阵列。所述二维阵列是24个分离的光导像素132的6x4阵列。在其他的实施方式中，光导像素设备100可以包括其他的合适尺寸的二维阵列（（如，10x100、100x100、1000x20、1000x1000等）。光导像素130的阵列在相邻的光导像素132之间具有像素间间距s。
光导像素132可以指包括单个光导114和被配置为接收从单个光导114引导来的光的一个或更多的光探测元件124的结构、设备或其组合。在图2（a）和图2（b）中，每个光导像素132包括含有单个光导114的引导层110。每个光导114包括第一端部114（a）、第二端部114（b）、透光区域（核）114（c）和具有圆柱形的反射表面114（d）。光导114能引导光朝向第二端部114（b）。在这个示例中，透光区域114（c）具有滤光器170，其用于抑制激发光，而使来自于照明源200和引导层110之间的样本400（未显示）的激活的荧光基团的发射光通过。
在图2（a）和图2（b）中的光导像素设备100的荧光/磷光成像方案中，引导层110外边的照明源200为位于照明源200和引导层110之间的样本400（未显示）提供激发光的照明光210。样本400中的荧光基团吸收激发光和重新发射不同波长的光（发射光）。光导112接收被样本400改变的和未改变的光。光导112中的滤光器170抑制激发光，而使发射光通过。多个光探测元件122测量通过多个光导122引导的发射光。处理器310（如图1中所示）能够基于由多个光探测元件122测量的发射光生成样本400的荧光图像。
在实施方式中，主体101可以指多层结构或单片结构。主体101可包括任何合适的设备（如，光导114、光探测元件124、滤光器170等等）或设备的组合。在所示出的示例中，像图1中的示例，主体101是包含引导层110和探测层120的多层结构。这些实施方式的多层主体101的每层可具有任何合适的厚度且可具有任何合适的子层。虽然光导像素设备100的某些实施方式可具有含有特定层的多层主体101，但是其他实施方式可集成、删除或增加一个或多个层或改变一个或多个层的位置。例如，实施方式的多层主体101可包括在外表面116上的涂层，该涂层由用于细胞或其他样本400能够附着并良好地生长的生物相容材料制成。对于另外的示例，实施方式的多层主体101在光探测层120和引导层110之间可包括另外的透明层。对于另外的示例，实施方式的多层主体101在引导层110的外表面116的外边可包括另外的透明层180（如图3、4和5中所示）。半导体和/或微米/纳米加工程序可被用于定位多层主体110的一个或更多的层。
引导层110可以指具有一个或更多的光导114的层。光导114可以被引导层110限定或包括在引导层110中。光导114之间的部分引导层110可以由能够阻挡光跨越相邻的光导114的任何材料制成。例如，材料可以是反射性金属或其他不透明的反光材料、涂有薄的反射性金属层的材料，或具有比透光区域114（c）（如，光纤面板）的材料更低折射率的材料。引导层110可具有任何合适的厚度。在一种情形中，引导层110可以具有足够大的厚度以衰减背景激发光且提供用于光探测器测量发射信号的足够高的信号背景比。
光导114可具有能够引导光的任何合适的结构或结构的组合。在实施方式中，光导114可以包括第一端部114（a）、在光探测层120近端的第二端部114（b）、在第一端部114（a）和第二端部114（b）之间的透光区域（核）114（c）,以及邻近透光区域114（c）且在第一端部114（a）和第二端部114（b）之间的一个或更多的反射表面114（d）。在这些实施方式中，通过从一个或更多的反射表面114（d）反射，光可被引导照向第二端部114（b）。
透光区域114（c）能够由任何合适的材料制成。透光区域114（c）可能是真空，可能是被部分填充材料的部分真空，或可能被完全填充材料。在某些情况中，透光区域114（c）可包括被一个或更多的反射表面114（d）限定的真空。在其他的情形中，透光区域114（c）可包括在一个或更多的反射表面114（d）之间的材料。
光导114包括一个或更多的反射表面114（d）。在一种情形中，一个或更多的反射表面114（d）可能是形成于引导层110中的由反射材料制成的一个或更多的表面。例如，该一个或多个反射表面114（d）可能是形成于金属引导层110中的圆柱形孔的单个的外圆柱表面。在另外的情形中，一个或更多的反射表面114（d）可能是覆盖形成于引导层110中的一个或更多的表面的反射涂层的一个或更多的表面。在其他的情形中，一个或更多的反射表面114（d）可由位于第一电介质材料的透光区域114（c）与部分引导层110之间的界面形成，该部分引导层110位于光导114之间且由具有更低折射率的另一电介质材料制成。这样的光导114的示例可以是光纤。
一个或更多的反射表面114（d）可具有任何合适的形状和尺寸。在某些情形中，反射表面114（d）从第一端部114（a）到第二端部114（b）可具有恒定的横截面形状（如，圆形、矩形、三角形、椭圆形等）和尺寸。在图1中，例如，光导114的反射表面114（d）是具有恒定直径的圆柱形表面。在其他的示例中，横截面的形状和/或尺寸可能从第一端部114（a）到第二端部114（b）变化。例如，反射表面114（d）可能是圆锥形的。实施方式的光导114的反射表面114(d)的尺寸（如，直径、宽度等）可具有任何合适的值（如，0.50微米、1微米、3微米、6微米、10微米等）。在某些情形中，光导114的大小可被设置为相应的光探测元件124（如，1-10微米）的尺寸的一部分（如，像素尺寸）以减少相邻的光探测元件124的重叠。
实施方式的光导114可具有相对于相应的光探测元件124的任何合适的位置和任何合适的方向（如，z方向的取向或倾斜的取向）。在图1中，每个光导114被取向为z方向且以单个光探测元件122的中心为中心。基于这个位置和方向，光导114能够引导光从第二端部114（b）出来且一般朝向相应的单个光探测元件122的中心。在其他实施方式中，光导114可以两个或更多的光探测元件122的中心为中心。在其他的实施方式中，光导114可取向为与z轴成一个角度从而以一个角度引导光。
在某些实施方式中，光导114的横截面形状可从直柱形、斜柱形和截锥形（切断锥或金字塔）形变化。还有，光导114的布置也可以在许多不同的形状之间变化，且由在制造工序中应用的光掩模的模式确定。基于照明光210的类型和光导像素132的高度，不同的形状可能导致不同的荧光收集效率和/或较高的激发光抑制。
在实施方式中，光导像素设备100的一个或更多的光导114可包括滤光器170（如图2（a）中所示）。滤光器170可以指任何合适的光学滤光器材料（如，吸收性有色染料、多个电介质层），其能够有选择地抑制（如，吸收或反射）来自于照明源200的特定波长的光（如，激发光），而允许其他波长的光（如，包含发射光的光）定向通过光导114。在实施方式中，滤光器170可以是能够抑制由照明源200提供的具有窄带宽的激发光的照明光210，而使包含来自于样本400中的由激发光激活的荧光基团的发射光的其他波长的光通过的材料。例如，照明源200可能提供蓝色激发光的照明光210以激发样本400中的荧光基团。荧光基团可发射绿光作为响应。光导114中的滤光器170可以是绿色滤光器，该绿色滤光器能够筛选出来自照明源200的蓝色激发光而允许绿色发射光通过并到达光探测元件124。虽然所图示的实施方式在光导114中包括单个滤光器170，但其他的实施方式在光导114中可包括多个滤光器。
在像图1中所示的实施方式中，引导层110包括多个光导112。多个光导112可具有任何合适数量（如，1、3、6、8、10、100等）的光导114且可以是任何合适的布置（如，一维阵列、二维阵列、一维阵列和二维阵列的组合）。多个光导112可在引导层110中被取向任何合适的方向。在图1中，多个光导112被取向x方向。多个光导112具有像素间间距s，该像素间的间距被定义为多个光导112中的两个相邻的光导114的中心轴之间的x-y平面中的距离。
光探测层120可以指包括设备（如，光探测元件124）、结构（如，材料子层）或其组合的层，其能够接收光且基于所接收的光生成带有光数据的信号。信号可以是来自光电效应的电流的形式。在某些实施方式中，光探测层120可包含多个子层（如，钝化子层、微透镜子层、滤光子层、活性感光子层、外部保护子层等）。例如，光探测层120可包括外钝化子层、内部微透镜子层和内侧活性感光子层。关于另一个示例，光探测层120可能只包括活性感光层。在本示例中，光探测层120可以通过从预制的成像传感器中移除滤色器和微透镜子层而得到。可以通过将预制的成像传感器置于氧等离子体下一段时间（如，在80W中10分钟）来移除滤色器和微透镜子层。
在实施方式中，光探测层120包括一个或更多的分离的光探测元件124。光探测元件124可以以任何合适的形式布置，像单个的光探测元件124、光探测元件124的一维阵列、光探测元件124的二维阵列或光探测元件124的多个一维阵列和/或多个二维阵列。合适的阵列的某些例子包括互补金属氧化物半导体（CMOS）阵列、雪崩光电二极管（APD）阵列、电荷耦合器件（CCD）阵列、光电二极管（PD）阵列、光电倍增管（PMT）阵列以及其他合适的阵列。这些阵列或其他的阵列可购买到。光探测元件124可以是单色探测器或彩色探测器（如，RGB探测器）。光探测元件124可以是任何合适的尺寸（如，1-10微米）和任何合适的形状（如，圆形、长方形、正方形等）。例如，CMOS或CCD阵列的光探测元件124可以是1-10微米而APD或PMT阵列的光探测元件124可以是1-4毫米这么大。
光数据指的是关于由光探测元件124接收到的光的任何合适的信息。光数据可包括，例如，关于探测到的光的特性的信息，诸如光的强度、光的波长、光的频率、光的极化、光的相位、光的自旋角动量，和/或关于由光探测元件124所接收的光的其他光特性。光数据还可以包括接收光和生成特定信号的光探测元件120（a）的位置。光数据还可以包括光被特定的光探测元件124探测到的时间。光数据可能是基于单个（样本）时间、基于多个（样本）时间、或基于时变基准的数据。在某些情形中，光数据可包括发射光数据，发射光数据是与由一个或更多的光探测元件124所接收到的发射光相关的光数据。
在实施方式中，光探测层120（如，光敏传感器）包括多个离散的光探测元件122（如，传感器像素）用于接收通过引导层110中的多个光导112被引导的光。多个光探测元件122可包括任何合适数量（1、2、4、10、16、100、1000等）的光探测元件124。多个光探测元件122可以是光探测层120中的光探测元件124的一部分或二维阵列。在图2（a）和图2（b）中，光探测层120包括多个光探测元件122，该多个光探测元件122是光探测元件124的整个二维阵列。在一个实施方式中，多个光探测元件122可能是光探测元件124的二维阵列的一部分且该光探测元件的二维阵列的另一部分可能被引导层110覆盖以扩展光导114之间的像素间的间距。
在图1和其他实施方式中，多个光探测元件122中的每个光探测元件124唯一地对应于单个光导114。在这些示例中，每个光探测元件124一般只能接收从对应的单个光导114引导的光。在其他的实施方式中，多个光探测元件122中的多个光探测元件124可能对应于单个光导114。在这些实施方式中，多个光探测元件124一般只能接收来自相应的光导114的光。
在图1和其他实施方式中，被光导像素设备100检测的样本400是位于引导层110的外表面116上的单个对象（如，细胞）。虽然在所说明的实施方式中显示了单个对象，但是在其他实施方式中，被检测的样本400可包括任何合适数量（如，1、2、10、100、1000等）的对象。被实施方式中的光导像素设备100检测的样本400可包括任何合适类型的对象，诸如，例如，生物实体或无机实体。生物实体的示例包括细胞、细胞成分（如，蛋白质）、像细菌或病毒等的微生物。
在图1中，光导像素系统10包括照明源200。在其他的实施方式中，照明源200可与光导像素系统10分开。照明源200指的是能够给样本400提供照明光210的任何合适的设备/结构、设备/结构的组合，或其他合适的光源（如，环境光、热源等）。合适的设备和结构可能是自然的和/或市售的。合适的结构的某些示例包括孔、孔阵列、生成焦点阵列的全息板、聚焦阵列生成器，以及其他合适的结构。例如，照明源200可以通过孔提供光到样本400的局部区域。在另外的示例中，照明源200可包括给图7中所示的样本的局部区域提供光的金属探针。在另外的示例中，照明源200可包括用以生成聚焦的光束阵列的聚焦光束阵列生成器。在另外的示例中，照明源200可包括全息板以生成聚焦点阵列。合适的设备的某些示例可包括热源、LED、连续波激光器、脉冲激光器等。照明源200可以根据需要被置于任何合适的位置和/或可以包括将照明源200引导至样本400的合适的组件（如，反射面、透镜、孔阵列等）。
照明源200提供具有适于所需的成像方案的属性（如，波长、强度、极化、相位等）的照明光210。照明光210可能是连续的或时间门控的，例如，脉冲激光器（如，锁模激光器、Q开关激光器等）。照明光210可能是任何合适的形式（如，一个或更多的光束、聚焦点的阵列、光场、由多个相干光源生成的干涉图案等）。
在荧光成像方案中，照明源200可以提供带有激发光的照明光210。激发光指的是具有特定的波长或窄带宽波长且能够激发被检测的样本400中的荧光基团的光。特定的波长或窄带宽波长可以基于所使用的荧光染料的激发光谱。可用于荧光成像方案的合适的照明源的某些示例包括激光器、LED等。在某些情形中，全息板或其他合适的结构可以被用于生成用于提供照明光210的聚焦点阵列。
在一个实施方式中，照明源200可以是能够在不同时刻从不同的扫描位置提供照明光210的扫描照明源。扫描可以应用各种方式完成，可以包括，例如，扫描镜台或反射镜、LED阵列、平板显示屏，或其他合适的设备。在一个示例中，照明源200可能是具有带有光元件（如，一个或更多的显示像素的装置）的显示器（如，LCD）的设备（如，智能手机），所述光元件能够在显示器上平移（转移）到不同的扫描位置以在不同的时刻（t=t1，t2，t3等）从不同的扫描位置提供照明光210。移动的光元件可以在不同的时刻从不同的照明角度提供照明光210给样本400，以在外表面116上生成样本400的不断改变的投影。而另一个示例，照明源200可以包括能够生成聚焦点阵列的全息板或不同的光学元件或其他的结构。在这个示例中，照明源200还可以包括扫描机构（如，光栅扫描仪）以扫描整个样本400上的聚焦点的阵列，从而在时变基础上在样本400上的不同照明点处提供照明光210。
图1中的光导像素系统10包括被通信地耦合到光探测器120的主计算机300。主计算机300包含被通信地耦合到CRM320和显示器330的处理器310。可选地，主计算机300可以是与光导像素系统10分开的设备。主计算机300可以是任何合适的计算设备，像智能手机、书写板等。
在图1中，处理器310（如，微处理器）从光探测器120接收带有与被多个光探测元件122接收到的光相关联的光数据（如，发射光数据）的信号。处理器310能够分析光数据。在某些情形中，处理器310基于从光探测器120接收的光数据能够生成与样本400相关的图像数据。图像数据指的是能够用于在显示器330或其他合适的输出设备上生成样本400的一部分的图像的任何合适的数据。
实施方式中的光导像素系统10能够生成样本400的亮场图像和/或荧光图像或样本400的一部分的亮场图像和/或荧光图像。例如，实施方式的光导像素系统10可以生成在多对象样本400中的单个对象（如，细胞或细胞成分）的亮场图像和荧光图像。实施方式的光导像素系统10能够生成高分辨率的图像（如，亚像素分辨率图像）和/或低分辨率的图像。实施方式的光导像素系统10能够生成彩色图像和/或黑白图像。
处理器310执行存储在CRM320上的代码以执行光导像素系统10的某些功能。光导像素系统10的某些合适的功能包括解释发射光数据和其他光数据，执行发射光数据和其他光数据的分析，利用发射光数据生成荧光图像数据，基于亚像素移位投影图像的序列生成高分辨率图像等。
CRM（如，存储器）320存储用于执行光导像素系统10的某些功能的代码。代码可以由处理器310执行。在实施方式中，CRM320可以包含：a）用于解释从光探测器120接收的发射光数据和其他光数据的代码，b）用于利用发射光数据生成样本400的荧光图像数据的代码，b）用于基于光数据生成样本400的亮场图像数据的代码，c）用于基于图像数据在显示器330上生成图像的代码，d）用于基于样本400的亚像素移位投影图像的序列生成样本400的高分辨率图像的代码，f）和/或用于执行光导像素系统10的功能的任何其他合适的代码。CRM320还可以包括用于执行信号处理或由本领域技术人员所创建的其他软件相关的功能中的任何一种的代码。代码可以是任何合适的编程语言，包括C、C++、Pascal等。
光导像素系统10还包括被通信地耦合到处理器310的显示器330。可以使用任何合适的显示器。在一个实施方式中，显示器可以是DEDD100的一部分。显示器330可以提供被检测的分析结果（如，样本400中的对象的荧光图像）给光导像素系统10的用户。
在一个实施方式中，光导像素设备100可以具有带有第一组多个光导和第二组多个光导的引导层。第一组多个光导和第二组多个光导可以相互交错。第一组多个光导的光导114可具有滤光器，而第二组多个光导的光导114可以没有滤光器。光导像素设备100可以具有光探测层120，该光探测层120具有第一组多个光探测元件122，其接收通过第一组多个光导112被引导的光，以及第二组多个光探测元件122，其接收通过第二组多个光导112被引导的光。第一组多个光探测元件122能够接收可被处理器用于生成样本的亮场图像的光。同时，第二组光探测元件122能够接收可被用于生成样本的荧光/磷光图像的光。
在不脱离本公开的范围的情况下，可对光导像素系统10进行修改、添加、或删除。此外，根据特定的需要，光导像素系统10的组件可被集成或被分离。例如，处理器310或者其他合适的处理器可被集成到多个光探测元件124中。而其他的示例中，处理器310和CRM320可以是与光导像素系统10分开且与光导像素系统10通信的计算机（如，云计算机）的组件。其他的示例中，实施方式的光导像素设备100可包括用于在样本400被检测时盛放样本400的镜台或其他的容器。
Ⅱ.成像方案
亮场成像和/或荧光成像都可以由光导像素系统10利用图2（a）和图2（b）中的光导像素设备100来完成。对于亮场成像，照明源200能在不同的扫描时刻将照明光210扫描（如，激光扫描）到多个扫描位置。多个扫描位置可以被设计为在引导层110的外表面116上生成样本400的移位亚像素的投影的序列。在移位亚像素的投影的序列中，相邻的投影相距比光探测元件124（如，传感器像素）的尺寸小的距离。处理器310基于从多个光探测元件124接收的光，能够生成样本400的亚像素移位投影图像的序列。使用超分辨率算法，处理器310基于亚像素移位投影图像的序列，能够获得样本400的高分辨率图像。光导结构引入引导层中的像素间的间距，即使光导114中有滤光器170，这也能够提高分辨率。对于荧光成像/磷光成像，样本400可以被具有来自诸如激光器或LED的照明源200的激发光的照明光210照射。激发光激发样本400中的荧光基团。激发光通过引导层110的滤光器被衰减，以致只能探测到荧光/磷光信号。处理器310基于由多个光探测元件124接收到的发射光能够生成样本400的荧光/磷光图像。
A.亮场高分辨率成像方案
高分辨率亮场成像能够由具有带有滤光器170的光导114的光导像素设备100利用像素超分辨率算法来实现。合适的像素超分辨率算法的示例能够发现于IEEE信号处理杂志的2003年第20卷第3期的第21页至36页中Sung Cheol,P.、P.Min Kyu和K.MoonGi所著的“Super-resolutionimage reconstruction:a technical overview”，出于各种目的，该文献通过引用被全部并入。通过扫描照明源200以在光探测层120上创建样本400的不同投影来捕获移位亚像素的图像。引导层110在光导114之间的部分可以帮助防止光跨越相邻的光探测元件124，通过引导层110的滤光器170保持高分辨率。
照明源200的扫描可以利用各种方法中的任何一种来实现，所述方法包括，例如，扫描镜台或反射镜、LED阵列、平板显示屏或其他合适的设备。例如，扫描照明源200可以是具有带有光元件（如，一个或更多的显示像素的组）的显示器（如，LCD）的设备（如，智能手机）。扫描照明源200可以在不同的扫描时刻扫描或平移光元件至多个扫描位置。在一种情形中，扫描照明源200可以根据扫描模式在特定的扫描时刻扫描或平移光元件至各个扫描位置。来自不同的扫描位置的光元件的照明光210在探测表面126上生成样本400的移动的投影。在扫描过程中，多个光探测元件124捕获亚像素移位投影图像的一个或更多序列。处理器310接收关于光投影的序列的数据。处理器310能够从关于移位亚像素的光投影的序列的数据确定移位亚像素的投影的运动矢量。处理器310利用合适的超分辨率算法和样本400的亚像素移位投影图像的至少一个序列和/或确定的运动矢量，能够构建样本400的一个或更多的高分辨率亮场图像。
多个扫描位置可能是任何合适的布置（如，阵列、圆形、方形、三角形等）。例如，扫描位置可能是扫描位置的阵列形式（如，一维阵列、二维阵列、或者一维阵列和二维阵列的组合）。每个阵列可以具有任何合适的大小（如，2x1，2x1，100x200，100x100等）。在一种情形中，扫描位置被布置成nxm个扫描位置的二维（nxm）阵列:(xi=1～n，yj=1～m)。
图3（a）、图3（b）和图3（c）是根据本发明的实施方式的在示例性的亮场高分辨率的成像方案中的光导像素设备100的组件的示意图。在图3（a）、图3（b）和图3（c）中，光导像素设备100包括具有引导层110和光探测层120的主体101，引导层110具有多个光导112，而光探测层120具有多个光探测元件122。每个光导114包括滤光器170。引导层110还具有外表面116和内表面118。主体101还包括在引导层110的外表面116的外边的具有适当厚度的合适材料的透明层180。例如，外层180可由用于细胞和其他样本400能够被附着并良好地生长的生物相容材料制成。在说明的示例中，具有两个细胞的样本400位于外层180的外表面上。
在所说明的示例中，照明源200（未显示）分别在图3（a）、图3（b）和图3（c）所示的三个扫描时刻t=ta、tb,和tc从三个扫描位置提供照明光210。来自三个扫描位置的照明光210在引导层110的外表面116上生成样本400的三个移位亚像素的投影的序列。三个移位亚像素的投影的序列可以指两个或更多的移位亚像素的投影，其中，不断被捕获的投影彼此间的距离小于光探测元件的尺寸（如，像素尺寸）。多个光探测元件124能够测量移位亚像素的投影的序列的光。虽然在所说明的示例中显示了三个扫描位置且生成了三个相应的移位亚像素的投影，但是在其他实施方式中，成像程序可包括任何合适数量（如，2、3、5、10、100等）的扫描位置以生成合适数量的移位亚像素的投影。处理器310基于来自移位亚像素的投影序列s的光数据，可以确定移位亚像素的投影的运动矢量。利用合适的超分辨率算法，处理器310能够从被多个光探测元件124捕获的亚像素移位投影图像的序列的光数据构建样本400的高分辨率图像。
B.低分辨率荧光成像方案
利用光导像素设备100，通过使用激发光的照明光210在一个时刻照射整个样本400，可以以低分辨率使荧光样本成像。光导114中的滤光器170阻挡激发光到达光探测层120（如，光传感器），允许荧光信号被光探测层120中的光探测元件124探测到。滤光器170的滤光材料可以根据荧光染料的激发光光谱和发射光光谱以及可用的激发光照明源进行选择。对于激发光，可以应用像激光器或LED的窄带宽光照明源。由这种方案生成的荧光图像的分辨率能够基于多个光探测元件124中的光探测元件（如，传感器像素）的尺寸（如，直径）。
图4是根据本发明的实施方式的在示例性的低分辨率荧光成像方案中的光导像素设备100的组件的示意图。在图4中，光导像素设备100包括具有引导层110和光探测层120的主体101，引导层110具有多个光导112，而光探测层120具有多个光探测元件122。引导层110还具有外表面116和内表面118。主体101在引导层110的外表面116的外边还包括透明层180。透明层180可以由适当厚度的任何适当的材料制成。例如，透明层180可以由用于细胞或其他样本能够附着并能够良好生长的生物相容材料制成。每个光导114包括滤光器170，用于抑制激发光并使来自透明层180的外表面的外边的样本400中的激活的荧光基团的发射光通过。在所说明的示例中，样本400包括两个细胞。图4中的光导像素设备100的主体101还包括8个离散的光导像素132。每个光导像素132包括含有单个光导114的引导层110、含有单个光探测元件124的光探测层120，以及透明层180的一部分。
在图4中，照明源200（未显示）提供含有激发光的照明光210给整个样本400。可以使用能够提供窄带宽的激发光的照明光的任何合适的照明源200，像激光器或LED。激发光激活样本400中的荧光基团。激发光和来自荧光基团的发射光190被引导层110中的光导114接收。光导114引导光照向光探测层120。光导114中的滤光器170抑制激发光，而使发射光190通过。多个光探测元件124测量发射光190。处理器310接收含有与发射光190相关的光数据的信号且构建样本400的低分辨率的荧光图像。样本400的分辨率由光探测层120中的光探测元件124的尺寸确定。
C.高分辨率荧光成像方案
为了提高荧光成像的分辨率，在高分辨率荧光成像方案中，光导像素设备100可以应用聚焦点阵列照明光。聚焦点阵列照明光的示例能够发现于光学快报的2010年第35卷13期的第2188页至第2190页中Wu,J.等人著的“Wide field-of-view microscope based on holographic focus gridillumination”，出于各种目的，该文献通过引用被全部并入。光聚焦点的阵列一般只能激发在光聚焦点附近的荧光基团。在某些情形中，光聚焦点之间的间距可以等于或大于光探测元件132的尺寸。在这些情形中，被每个光探测元件132探测到的荧光信号对应于样本400上的与单个光聚焦点相关联的照射点的位置。
光聚焦点的阵列可以在时变基础上被扫描（如，光栅扫描）以激发样本400的不同部分的荧光基团。当聚焦点的阵列在样本400上被扫描时光探测元件124测量随时间变化的光数据（如，线扫描）。处理器310能够编译包括随时间变化的发射光数据的随时间变化的光数据，以生成具有亚像素分辨率的一个或更多的荧光图像。在该方案中的分辨率可以基于聚焦点的尺寸。
在高分辨率的荧光成像方案中，聚焦点的阵列可以通过不同的方法创建，包括微透镜阵列、菲涅耳波带板阵列和其他衍射光学元件、全息板以及来自孔阵列的塔尔博特效应。照明源200可以包括用于生成聚焦点阵列的合适的结构和/设备。例如，照明源200可以包括全息元件（如，全息板）或衍射光学元件（如，菲涅耳波带板（FZP），衍射光栅、光子筛等）和光束生成器（如，激光器）。全息元件或衍射光学元件能够将来自光束生成器的波阵面转变为聚焦点的阵列。
聚焦点的阵列可以是一维阵列、二维阵列、或一维阵列和/或二维阵列的组合。每个聚焦点可以具有任何合适尺寸的直径。合适尺寸的一些示例包括0.4微米、0.6微米、0.8微米、1微米等。聚焦点之间可以具有任何合适的间距（如，5微米、10微米、15微米等）。
图5是根据本发明的实施方式的在示例性的高分辨率的荧光成像方案中的光导像素设备100的组件的示意图。在图5中，光导像素设备100包括具有引导层110和光探测层120的主体101，引导层110具有多个光导112，光探测层120具有多个光探测元件122。每个光导114包括滤光器170。引导层110还具有外表面116和内表面118。主体101在引导层110的外表面116的外边还包括透明层180。透明层180可以由合适厚度的任何合适的材料制成。例如，透明层180可以由用于细胞和其他样本能够附着且能良好生长的生物相容材料制成。在所说明的示例中，具有两个细胞的样本400位于外层180的外表面上。图5中的光导像素设备100还包括x轴、y轴（未显示）和z轴。x轴和y轴位于引导层110的外表面116的平面上。z轴正交于该平面。
在图5中，照明源200（未显示）提供聚焦点230的阵列形式的激发光的照明光210。照明光210包括会聚的球面波前的阵列。球面波前的阵列形成光点230的聚焦阵列。每一体积是沙漏形的，形成会聚到焦平面上的聚焦点232的焦锥且以扩展的体积从焦平面扩展。样本400在聚焦点的位置上的荧光基团被激发光激活以生成发射光190。
当照明源200扫描整个样本上的聚焦点230的阵列的时候，样本上的不同位置的荧光基团在时变基础上被激活。当聚焦点230的阵列在样本400上被扫描时，光探测层120中的光探测元件124能够接收光（如，发射光）且基于接收到的光生成随时间变化的光数据（如，线扫描）。处理器310能够组合随时间变化的光数据以生成样本400的一个或多个荧光/磷光或分析样本400。
Ⅲ.芯片上的应用
显微镜在研究生物科学中是必不可少的工具。成像系统微型化的近来发展能够提供生物实验室中的大型显微镜的廉价的替代品，允许大量样本并行成像。微型成像系统的近来发展的某些示例能够发现于美国国家科学院院刊2008年第105卷第31期的第10670页中Cui,X等人著的“Lenslesshigh-resolution on-chip optofluidic microscopes for Caenorhabditis elegans andcell imaging”、2009年第9卷第6期的第777页至第787页中Seo,S.等人著的“Lensfree holographic imaging for on-chip cytometry and diagnostics.Lab on a Chip”、2009年Breslauer,D.等人著的Mobile phone based clinicalmicroscopy for global health applications、以及2010年第10卷第22期的第3125页至3129页中Zheng,G.等人著的“Sub-pixel resolving optofluidicmicroscope for on-chip cell imaging.Lab on a Chip”,出于各种目的，这些文献通过引用被全部并入。
具有更低的成本和更小的尺寸的芯片上的成像系统能被用作芯片上的细胞培养平台，这个平台能够以平行的方式在整个时间使细胞成像。自动成像系统的示例能够发现于自然方法2010年第7卷第9期的第737页至739页中Levin-Reisman,I.等人所著的“Automated imaging with ScanLagreveals previously undetectable bacterial growth phenotypes”，出于各种目的该文献通过引用被全部并入。结合传统的以孵化器为基础的细胞培养，芯片上的显微镜在研究系统生物学、细胞生长和体外药物筛选方面可以帮助探索时间分辨的信息，而应用像笨重的显微镜或板块阅读器（plate readers）这样的传统方法以原位和并行方式进行计数和跟踪单个的细胞是困难的。
利用像素超分辨率算法和LCD屏幕照明，基于CMOS图像传感器的芯片上的成像系统进来已被开发出来。超分辨率算法的示例可以发现于IEEE信号处理杂志2003年第20卷第3期的第21页至第36页中Sung Cheol,P.、P.Min Kyu和K.MoonGi所著的“Super-resolution image reconstruction:atechnical overview”。在该系统中，样本被放置在传感器的表面上，且成像在像素化的低分辨率图像的序列中，该像素化的低分辨率图像的每个帧在照明时光栅扫描LCD屏上的亮像素获得。然后，利用像素超分辨率算法将这些图像处理成单个的高分辨率的图像。在该系统中，可以实现可与通过传统的20倍-40倍的物镜显微镜获得的分辨率媲美的分辨率。在传感器的表面上的平面可以获得最高的分辨率。
实施方式的光导像素系统10可以用作具有一个或更多的芯片上的光导像素设备100的芯片上的无透镜成像系统。每个芯片上的光导像素设备100能够应用像素的超分辨率算法且包括光导114以提供用于生物学样本的亮场成像和荧光高分辨率成像的紧凑的成像平台，使其成为生物学研究和医学研究的强大工具。
在一个芯片上的光导像素系统10中，一个或更多的芯片上的光导像素设备100可以被用于具有成像能力的芯片上的细胞培养平台。该系统的紧凑性和低成本特性允许用户可以进行原位培养分析，诸如生长跟踪、筛选和细胞计数。
图6是根据本发明的实施方式的在用于实时分析的使用并行的原位成像的芯片上的细胞培养平台中的芯片上的光导像素系统10的示意图。在图6中，芯片上的光导像素系统10包括7个芯片上的光导像素设备100。芯片上的光导像素系统10还包括主计算机300、恒温箱400和中继器500。芯片上的光导像素设备100通过中继器500与主计算机300通信。芯片上的光导像素设备100位于恒温箱400的里面。虽然显示了7个光导像素设备100，但是可以包括任何合适的数量（如，1、2、4、5、6、10、100等）。
光导像素系统10还包括具有处理器310、计算机可读介质（CRM）320和显示器330的主计算机300。显示器330和CRM320与处理器310通信。处理器310与光导像素设备100的光探测层120通信。虽然图1中显示的是单个的光导像素设备100，但是其他实施方式的光导像素系统10可包括多个光导像素设备100。中继器500（如，中继多路复用器）能够将来自多个光导像素设备100的信号的信息中继到主计算机300中的处理器210（未显示）。
该芯片上的多模成像系统能以低成本和紧凑的方式被制造具有在其上面生长细胞的能力。整个成像系统能够被置于恒温箱中，以使用户能够在亮场和荧光中将细胞成像。简单的容器设计能够被放在芯片上，其中细胞和培养介质能够被存储。还可以设计多容器阵列或复杂的流体网络用于提供对化学环境和医学环境的控制。该系统能够替换生物实验室的培养皿和孔板。
Ⅳ.具有光导的引导层的制造
可以利用合适的传统方法制造光导像素设备100。可以通过添加和蚀刻工艺制造光导像素设备100的实施方式的多层主体101的层。还有，实施方式的引导层110可以分开制造，且随后与光探测层120的多个光探测元件122对齐，或直接在光探测层120上制造。合适的添加工艺包括在预定义的杆阵列上的电镀或化学镀。在一个实施方式中，可以通过蚀刻像薄金属片、硅衬底或聚合物膜的整块材料来制造孔的形式的多个光导112的引导层110。
光导114之间的部分引导层110可以由能够阻挡光跨越相邻的光导114的任何合适的材料制成。例如，其可以是任何反光金属、涂有反光金属层的其他材料或相比于光纤面板中的光导芯折射率低的材料。
制造光导像素设备100的主体101和其他高纵横比的金属结构的一种方法是利用标准的光刻（Lithographic）、电铸（Galvano-formung）、注塑（Abformung）(LIGA)工艺。图7是根据本发明的实施方式的LIGA工艺的工序示意图，该工艺可用于制造光导像素设备100的主体101。如图7（a）所示，在该工艺中，薄导电籽层510沉积在光探测层120（如，CMOS图像传感器）的探测表面126上或硅衬底上。在图7（b）显示的另一工序种，高杆阵列520可利用像SU8这样的高纵横比的光致抗蚀剂制成。这种高杆阵列520能够用作用于图7（c）所示的电镀工序的模具。一旦金属530（如，镍）通过电镀或沉积生长，则如图7（d）所示，光致抗蚀剂可被移走。其余的孔540可以通过旋涂或超声来填充染料材料（滤光材料）形成滤光器170而完成引导层110。一旦光导114被填充了形成滤光器170的滤光材料，钝化层180（未显示）则可在进行任何生物成像和分析之前被置于引导层110的顶部。
光导像素设备100的主体101的另一制造方法是利用反应离子蚀刻（RIE）工艺或深反应离子蚀刻工艺制造由滤光材料（吸收性彩色滤光器、干涉滤光器等）制成的高杆阵列520。在这个方法中，由滤光材料（如，带有滤光器170的光导114）制成的高杆阵列520可以被用作光导114之间的电镀金属的模具以形成引导层114。反应离子蚀刻（RIE）或深反应离子蚀刻工艺可以被用于制造具有滤光材料（吸收性彩色滤光器、干涉滤光器等）的高杆阵列520。依据染料类型，高杆阵列520中的染料需要与光致抗蚀剂或其他化学物混合使用以在电镀过程中保持其形状。
图8是根据本发明的实施方式的反应离子蚀刻（RIE）工艺的工序示意图，该反应离子蚀刻（RIE）工艺可以被用于制造光导像素设备100的主体101。如图8（a）所示，在这个工艺中，薄导电籽层510沉积在光探测层120（如，CMOS图像传感器）的探测表面126上或硅衬底上。在图8（b）中，滤光材料的旋涂的滤光层550被沉积在薄导电籽层上。由光致抗蚀剂材料制成的图案560被添加于图8（c）中的旋涂的滤光层550。在图8（d）中,反应离子蚀刻（RIE）或深反应离子蚀刻工艺被用于移除材料，只留下高杆阵列520的滤光器170。高杆阵列520用作用于图8（e）中所示的电镀工序的模具。在某些情形中，钝化层180（未显示）则可在进行任何生物成像和分析之前被置于引导层110的顶部。
Ⅴ.计算机设备
图9显示的是根据本发明的实施方式的可出现在用于光导像素系统10的计算机设备中的子系统的方框图。例如，与光导像素设备100通信的计算机200可具有图9中的组件的任何合适的组合。
先前在附图中描述的各种组件可以利用一个或更多的计算机设备来操作以实现本文所述的功能。图中的任何元件可以利用任何合适数量的子系统以实现本文所述的功能。图9中显示了这样的子系统或组件的示例。图9中显示的子系统通过系统总线725进行互连。显示了其他的子系统，如打印机730、键盘732、固定的磁盘734（或包含计算机可读介质的其他存储器）、耦合到显示适配器738的显示器330，以及其他子系统。通过本领域所熟知的任何数量的像串行端口742的装置，耦合到I/O控制器740的外设或输入/输出（I/O）设备能够被连接到计算机系统。例如，串行端口742或外部接口744能够被用于将计算机装置连接到像互联网这样的广域网、鼠标输入设备或扫描仪。通过系统总线的互连使中央处理器310能够与每个子系统通信且控制来自系统存储器746或固定磁盘734的指令的执行，还有子系统间的信息交换。系统存储器746和/或固定磁盘734可以包含计算机可读介质320。任何这些元件可以出现在先前描述的特征中。根据本发明的实施方式的计算机可读介质320可以包含用于执行以上所述的任何功能的代码。
在某些实施方式中，诸如打印机730或显示器330的光导像素系统10的输出设备能够输出不同形式的数据。例如，光导像素系统10能够输出样本400的荧光/磷光图像或其他分析结果。
应该理解以上所述的本发明能够利用计算机软件以模块化的或集成方式以控制逻辑的形式执行。基于本公开和本文提供的教导，本领域的普通技术人员将会发现和理解利用硬件和软硬件的组合来实现本发明的其他的方式和/或方法。
本申请中所述的任何软件组件或功能可以实现为由处理器执行的软件代码，所述软件代码利用任何适当的计算机语言，诸如，例如Java、C++或Perl，使用例如传统的或面向对象的技术。软件代码可以以指令或命令系列存储于计算机可读介质上，所述计算机可读介质诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、像硬盘或软盘的磁介质、或像CD-ROM的光学介质。任何这种计算机可读介质可以驻留在单个的计算装置之上或在其里面，且可以存在于系统或网络内的不同的计算装置上或里面。
列举的“一（a）”、“一（an）”或“所述（the）”意思是指“一个或更多”，除非特别指出与该含义相反。
以上的描述是为了说明而不是限制。对于本领域的技术人员来说，通过借鉴本公开，本公开的很多变形是明显的。因此，本公开的范围不应该参照以上描述来确定，而应该参照所附权利要求及其全部范围或等同物来确定。
任何实施方式的一个或更多的特征可以结合任何其他实施方式的一个或更多的特征，而不脱离本公开的范围。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可对任何实施方式进行修改、添加或删除。在不脱离本公开的范围的情况下，根据特定的需要，任何事实方案的组件可以被集成或分开。
以上提到的所有专利、专利申请、出版物和描述，出于各种目的通过引用被全部并入。没有一个被承认是现有技术。

Claims (21)

1.一种光导像素，包含：
具有光导的引导层；以及
具有光探测元件的光探测层，所述光探测元件被配置为接收由所述光导引导的光。
2.如权利要求1所述的光导像素，其中所述光导包括：
穿过所述引导层的透光区域；以及
反射壁。
3.如权利要求2所述的光导像素，其中所述透光区域包括滤光器。
4.如权利要求1所述的光导像素，还包含在所述引导层和所述光探测层之间的透明层。
5.一种光导像素设备，包含：
具有多个光导的引导层；以及
具有多个光探测元件的光探测层，每个光探测元件被配置为接收由所述多个光导中的光导引导的光。
6.如权利要求5所述的光导像素设备，其中所述光导包括：
穿过所述引导层的透光区域；以及
反射壁。
7.如权利要求5所述的光导像素设备，其中所述光导中的一个或多个包括滤光器。
8.如权利要求5所述的光导像素设备，还包含在所述引导层和所述光探测层之间的透明层。
9.如权利要求5所述的光导像素设备，还包含处理器，所述处理器被配置为基于由多个光探测元件接收的光，生成位于照明源和所述引导层之间的样本的投影图像。
10.如权利要求9所述的光导像素设备，其中所述光探测层包括所述处理器。
11.如权利要求5所述的光导像素设备，其中所述光探测层包含包括所述多个光探测元件的光探测元件二维阵列。
12.如权利要求5所述的光导像素设备，还包含处理器，所述处理器被配置为生成位于扫描照明源和所述引导层之间的样本的亚像素移位投影图像的序列，所述亚像素移位投影图像的序列对应于所述照明源的多个扫描位置，所述处理器还被配置为基于所述亚像素移位投影图像的序列，生成所述样本的亚像素分辨率图像。
13.如权利要求12所述的光导像素设备，其中所述光探测层包括所述处理器。
14.一种光导像素系统，包含：
光导像素设备，包含
具有多个光导的引导层；以及
具有多个光探测元件的光探测层，每个光探测元件被配置为接收由所述多个光导的对应的光导引导的光；以及
与所述多个光探测元件通信的处理器，所述处理器被配置为基于由所述多个光探测元件接收的光，生成位于照明源和所述引导层之间的样本的一个或多个投影图像。
15.如权利要求14所述的光导像素，其中每个光导包括：
穿过所述引导层的透光区域；以及
反射壁。
16.如权利要求14所述的光导像素，其中所述光导中的一个或多个包括滤光器。
17.如权利要求14所述的光导像素，还包含在所述引导层和所述光探测层之间的透明层。
18.如权利要求14所述的光导像素系统，
其中所述照明源在不同的扫描时刻从多个扫描位置提供照明光，
其中所述一个或多个投影图像是对应于所述多个扫描位置的亚像素移位投影图像的序列，以及
其中所述处理器还被配置为基于所述投影图像的序列生成所述样本的亚像素分辨率图像。
19.一种光导像素系统，包含：
具有多个光导的引导层；
具有多个光探测元件的光探测层；
光导像素的阵列，每个光导像素包含所述多个光导中的光导和所述多个光探测元件中的对应的光探测元件，所述光探测元件被配置为接收从对应的光导被引导的光；以及
处理器，其被配置为基于由所述多个光探测元件接收到的光，生成位于照明源和所述引导层之间的样本的一个或多个投影图像。
20.如权利要求19所述的光导像素，其中所述光导中的一个或多个包括滤光器。
21.如权利要求19所述的光导像素系统，
其中所述照明源在不同的扫描时刻从多个扫描位置提供照明光，
其中所述一个或多个投影图像是对应于所述多个扫描位置的亚像素移位投影图像的序列，以及
其中所述处理器还被配置为基于所述投影图像的序列生成所述样本的亚像素分辨率图像。
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