ES2489965B2 - Sistema compacto de medición óptica con placa discretizada - Google Patents

Abstract

Sistema compacto de medición óptica con placa discretizada.#La invención se refiere a un sistema compacto para mediciones ópticas que comprende: una fuente de luz y una matriz de detección, medios para conformar el haz de luz procedente de la fuente sobre una placa entre la fuente y la matriz de detección, comprendiendo la placa una superficie discretizada dividida espacialmente en una pluralidad de regiones (R)que comprenden un elemento de forma geométrica, en la que cada región cumple la condición 2zsen{sup,-1}({la}/S) < d en la que z es la distancia entre el detector y la placa, d es el paso entre elementos, {la} es la longitud de onda de la luz procedente de la fuente, S es la longitud del lado menor de un elemento y en la que el área A de cada elemento dentro de la región varía desde 1 {mi}m{sup,2} hasta 10.000 {mi}m{sup,2}, y medios para procesar las señales en la matriz de detección y extraer la información de la fase. La invención puede ser usada fuentes coherentes y parcialmente coherentes, siendo por tanto más económica, más compacta y sin necesidad de técnicas de multiplexado optomecánico para la adquisición de los datos.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema compacto de medición óptica con placa discretizada

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sensor óptico, y particularmente a un procedimiento y a un sistema que incorpora una placa discretizada diseñada para estudiar simultáneamente 5 pequeñas cantidades de diferentes sustancias usando una matriz de sensor de imágenes.

Estado de la técnica

Los interferómetros ópticos para la caracterización de sustancias proporcionan información detallada sobre propiedades ópticas. Esta técnica se basa en el cambio de fase de la onda de luz sobre las sustancias como principio metrológico fundamental. La fase está incluida dentro 10 de la dependencia de un seno o un coseno de la intensidad, medida mediante un detector óptico, y debe ser extraída mediante un proceso que es más complejo que una simple imagen de la intensidad, por ejemplo, cambiando la fase de una forma controlada y registrando la variación de la intensidad de los múltiples valores del cambio de fase. Los inconvenientes de los diseños por interferometría para la caracterización de sustancias incluyen el coste de la 15 óptica de alineación y de la fuente de láser, su crítico posicionamiento y el largo procedimiento de extracción de la información de la fase, mediante un análisis de franjas o un recuento de franjas.

El análisis de la imagen es la extracción de información significativa a partir de las imágenes, principalmente a partir de imágenes digitales, mediante técnicas de procesado de las mismas. 20 El análisis de la imagen implica dos procesos, a saber, la extracción de las características y la clasificación de los patrones. La extracción de las características consiste en adquirir información de la imagen de alto nivel, tal como información sobre la forma o el color. La clasificación de los patrones es el acto de tomar esta información de alto nivel que identifica a los objetos dentro de una imagen. Los algoritmos de clasificación de patrones más disponibles 25 se clasifican en diferentes tipos como algoritmos adaptativos, redes de trabajo neurales y algoritmos genéticos.

La FIG. 1 es un ejemplo de un dispositivo habitual para obtener imágenes de una sustancia general. Una fuente de luz (A1), tal como un LED, emite un haz óptico que es perfilado adecuadamente por un sistema de lente (A2) para que incida sobre una sustancia general (A3). 30 La sustancia introduce variaciones en el campo óptico sobre el frente de onda incidente. Después de la difracción, el frente de onda es convenientemente ampliado por un sistema de lente (A4), para que coincida con el área de registro activo de una matriz de detección (A5). Los píxeles de la matriz de detección (A5) adquieren puntos de datos de intensidad para formar una imagen. 35

La información óptica cuantitativa de una sustancia puede medirse a partir de al menos un patrón de difracción de la intensidad. Operando sobre las imágenes de intensidad registradas se reconstruye el frente de onda óptico en la sustancia. La estimación de las características ópticas introducidas por la sustancia se calcula partiendo del frente de onda reconstruido. Adicionalmente, mediante la aplicación de procedimientos similares y la adquisición de varias 40 mediciones de intensidad, puede realizarse una imagen en 3D de la sustancia. Estos procedimientos generales de imágenes aspiran a medir cualquier sustancia general cuando no hay disponible ningún conocimiento previo de la misma.

La interrogación de un gran número de sustancias distribuidas a través de una superficie con la precisión y la velocidad deseadas representa un reto significativo y costoso usando las técnicas 45 existentes. Los procedimientos que proporcionan simultáneamente la capacidad de conseguir un campo de visión amplio y una elevada resolución son adecuados para la medición multiplexada. La medición multiplexada representa un registro simultáneo de datos para un

conjunto de sustancias X (véase el documento US2011/0292401) en una matriz de detección óptica de M x N, por ejemplo, un sensor de imágenes. Sin embargo, el multiplexado a menudo requiere complejos sistemas opto-mecánicos que son costosos y complicados. Existe la necesidad de un sistema y de un procedimiento para caracterizar simultáneamente pequeñas cantidades de diferentes sustancias que pueda usarse tanto con fuentes coherentes como 5 parcialmente coherentes, más económico, más compacto y sin la necesidad de técnicas de multiplexado opto-mecánico para la adquisición de datos.

Objeto de la invención

Con objeto de resolver los problemas técnicos mencionados anteriormente, la presente invención proporciona un sistema compacto para mediciones ópticas que comprende: una 10 fuente de luz y una matriz de detección, medios para conformar el haz de luz procedente de la fuente sobre una placa entre la fuente y la matriz de detección, comprendiendo la placa una superficie discretizada dividida espacialmente en una pluralidad de regiones que comprenden cada una un elemento de forma geométrica, en los que cada región cumple la condición en la que z es la distancia entre el detector y la placa, d es el paso entre elementos, 15  es la longitud de onda de la luz procedente de la fuente, siendo S la longitud del lado menor de una forma de un elemento y en la que el área A de cada elemento dentro de la región varía desde 1 m2 hasta 10.000 m2, un medio de procesado para procesar las señales en la matriz de detección y extraer la información de la fase que comprende un medio óptico y mecánico para permitir un cambio en el camino óptico, de forma que puedan registrarse diferentes 20 patrones de intensidad. El paso entre elementos adyacentes (d) tiene ventajosamente una longitud que varía entre 10 m y 500 m, la fuente es preferiblemente un LED o un LD, y los elementos pueden funcionalizarse de forma que a ellos se adhieran de forma selectiva solo ciertas sustancias objetivo.

Breve descripción de los dibujos 25

Para completar la descripción, y con objeto de aportar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos ilustran una forma de realización preferida de la invención, que no debería interpretarse como restrictiva del ámbito de la invención, sino sólo como un ejemplo de cómo puede realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes Figuras: 30

La FIG. 1 es un ejemplo de una forma de realización de la técnica anterior de un dispositivo óptico usado para medir las propiedades ópticas de un objeto;

La FIG. 2 es un diagrama de un sistema según una forma de realización de la placa discretizada;

La FIG. 3 es un esquema de una forma de realización de una placa discretizada, para la 35 detección de objetos pequeños o de pequeñas cantidades de masa;

La FIG. 4 es una representación de diferentes patrones de difracción a partir de una placa discretizada, registrados en la matriz de detección;

Las FIGS. 5A - 5C muestran los patrones de intensidad de difracción registrados para fuentes de luz roja, verde y azul (reproducidos aquí en imágenes en escala de grises), para una placa 40 discretizada de prueba.

Las FIGS. 5D - 5E muestran la intensidad y la fase recuperadas, respectivamente, para una placa discretizada de prueba.

La FIG. 6 es un diagrama de flujo que ilustra cómo puede extraerse la información de la fase a partir de una sustancia sobre un elemento de la placa discretizada. 45

Descripción de la invención

La invención se basa en una placa transparente discretizada, es decir, dividida en partes discretas que forman múltiples regiones, comprendiendo cada región un elemento de forma geométrica determinada que contiene una sustancia que se va a analizar.

La placa discretizada se usa en un sistema de medición de las propiedades ópticas de las 5 sustancias. La placa discretizada permite una recuperación más fiable y rápida de información, para determinar las propiedades ópticas de las sustancias, por ejemplo, la fase introducida por dicha sustancia analizada. La placa discretizada amplifica y mejora significativamente la velocidad y el rendimiento de los sistemas de interrogación de sensor, y también reduce su coste. La invención puede emplearse para medir fácilmente las propiedades ópticas de las 10 sustancias, y es simple en términos de componentes ópticos, mientras que es fácilmente reconfigurable en términos de algoritmos de análisis computerizado de las señales de imagen.

La obtención de imágenes de una sustancia general, para la cual no hay disponible un conocimiento de información inicial, es computacionalmente exigente, y por lo tanto, difícil de recuperar cuantitativamente. Para simplificar y mejorar significativamente la extracción de 15 información, la placa es discretizada en elementos con formas conocidas que producen patrones de difracción confinados espacialmente. Adicionalmente, la ventaja de una placa discretizada sobre una placa individual o continua sin divisiones es el idéntico tratamiento de todas las muestras con respecto a la preparación de la sustancia, así como la reducción de los costes debido a la menor cantidad de compuesto selectivo a usar. La placa discretizada 20 permite el recuento, la identificación y el análisis de las células individuales unidas a cada elemento, ya que evita los solapamientos de campo óptico en la matriz de detección procedentes de sustancias vecinas. La invención puede usarse en la determinación de objetos pequeños o de pequeñas cantidades de masa a partir del patrón de difracción generado. Además, tiene aplicaciones en la detección y el análisis de sustancias, explotando las 25 propiedades ópticas de las especies unidas a cada elemento de las diferentes regiones. Como ejemplos de aplicaciones, la invención es de interés en el ámbito de los sensores biológicos y químicos. Por lo tanto, la invención tiene claras aplicaciones en citometría. La citometría es una tecnología de detección basada en la luz que permite el recuento o la clasificación de células, suspendiendo las células en una corriente de un fluido o colocando las células sobre una 30 superficie. Permite un análisis multiparamétrico simultáneo de las características físicas y químicas de miles de partículas por segundo.

La placa discretizada contiene múltiples regiones dispuestas numeradas por índices (i, j), que contienen cada una dentro de la región un elemento conformado geométricamente. Cada elemento puede funcionalizarse de forma que sea selectivo para una sustancia en particular, 35 permitiendo que se unan únicamente las sustancias seleccionadas. Por lo tanto, la información óptica de las sustancias tiene la forma I(i, j). Los elementos tienen formas geométricas definidas (por ejemplo, cuadrado, rectángulo, triángulo, círculo, anillo…) que producen un patrón de difracción delimitado en la matriz de detección. El patrón de difracción está delimitado espacialmente a un área que contiene un número específico de píxeles del sensor 40 de imágene. El tamaño de los elementos puede adaptarse para optimizar y ajustar el rendimiento de resolución del sistema de medición, como eligiendo diferentes tamaños para diferentes elementos según el tamaño particular de las sustancias que se vayan a unir a dicho elemento. Adicionalmente, la placa discretizada permite la caracterización selectiva de diferentes elementos para diferentes sustancias, o medir varios especímenes de la misma 45 sustancia para recoger estadísticas.

La placa discretizada es ópticamente transparente en el intervalo de longitudes de onda (λ) que varía desde los 400 nm hasta los 700 nm. Las formas geométricas de los elementos tienen unas áreas típicas (A) que varían desde 1 m2 hasta 10.000 m2. El paso entre elementos adyacentes (d) tiene un tamaño típico que varía desde 10 m hasta 500 m. Los patrones de 50

difracción se registran una o múltiples veces mediante el uso de una matriz de detección de intensidad a una distancia (z) de la placa de entre 100 nm y 10 mm. Los parámetros λ, A, d y z definen los elementos de la placa discretizada. Si se define S como la longitud del lado menor del borde de un elemento con una área A, cada región se diseña considerando la relación , optimizando las características de resolución de la placa discretizada. Esto permite 5 una identificación más rápida de las diferentes regiones de interés de la placa discretizada. La información óptica de interés de las sustancias se recoge usando un programa informático de reconstrucción de frente de onda. Las mediciones pueden recogerse en un modo de transmisión, en un modo de reflexión o una combinación de los mismos.

La placa discretizada se fabrica usando materiales ópticos (por ejemplo, vidrio, polímeros como 10 PET, PEN, PDMS) transparentes en el intervalo de longitudes de onda de interés. Los elementos de cada región se forman mediante técnicas de microfabricación habituales (por ejemplo, deposición, litografía, micropunteado, grabado, estampado) y su superficie puede ser funcionalizada tal que sólo ciertas sustancias/moléculas de interés se adhieran la placa (por ejemplo, mediante proteínas de inmovilización de anticuerpos, moléculas de receptores…). Al 15 final del proceso de fabricación se obtiene una región discretizada en la que cada elemento es selectivo para una sustancia o molécula específica, mientras que en el área exterior de los elementos no hay ninguna sustancia unida. Por lo tanto, cuando la placa entre en contacto con el líquido de prueba, las sustancias/moléculas específicas quedarán atrapadas en el área de los elementos que forman una capa adicional con respecto al estado puro. La presencia de 20 esta placa introducirá una fase adicional con respecto a las regiones externas y producirá el efecto de difracción que es medido en la matriz de detección.

Pueden medirse simultáneamente múltiples sustancias independientes, ya que las perturbaciones ópticas introducidas en el frente de onda están confinadas espacialmente y no interfieren entre sí. Por ejemplo, cada perturbación ocupa un pequeño número de píxeles en la 25 matriz de detección. Por lo tanto, la invención permite el multiplexado de más de una medición para múltiples muestras de la misma sustancia. También permite la caracterización de otras sustancias diferentes.

Una apertura de amplitud simple se define como una o más áreas transparentes en una pantalla. Las áreas transparentes y la pantalla se denominan por sus áreas A y B. En el caso 30 general, cualquiera o ambas puede trasmitir la luz con cambios en la amplitud i/o la fase, la disposición se denomina apertura de amplitud de fase. Sean A y B fracciones de transmisión r12 y r22 respectivamente de la luz incidente sobre ellas, y A produce un cambio de fase Δ con respecto a B. Los casos particulares son la apertura de fase pura, con r1 = r2 =1 y Δ  0; y la amplitud pura con r1 = 0 y r2 = 1. El patrón de difracción debido a una apertura de fase pura es 35 conciliador con el debido a la correspondiente apertura de amplitud simple, pero con un término sinusoidal superpuesto. Por lo tanto, usando la analogía entre la fase pura y la apertura de amplitud pura, el tamaño del patrón de difracción de una única apertura es inversamente proporcional a su longitud lateral (S) y proporcional a la longitud de onda (λ). En la matriz de detección, el ancho entre mínimos entre aperturas adyacentes es inversamente proporcional a 40 la separación de apertura (d). Considerando la situación de iluminación uniforme de las aperturas, la geometría puede hacerse para aislar, en la matriz de detección, los patrones de difracción de cada apertura a partir de los adyacentes, tomando así de una vez todas las mediciones de los elementos individuales.

Consideremos que tenemos una distancia de propagación z desde la placa discretizada hasta 45 la matriz de detección. La distancia de propagación óptima maximiza la evolución del campo óptico que atraviesa cada elemento sin superponerse en la matriz de detección la contribución de elementos adyacentes. La distancia óptima depende en parte del tamaño de las características de cada región de la placa discretizada, y viene dada por la relación . Por lo tanto, la mayoría de la información es extraída a partir de una medición separada por la 50 distancia óptima, definida anteriormente.

Consideremos que colocamos una lente después de la placa discretizada con una distancia focal (f). La matriz de detección se coloca cerca del foco pero desplazada una distancia denominada desenfoque (ds), de forma que las diferentes características se muestren correctamente en la matriz de detección. Según aumenta el desenfoque disminuye la validez de las aproximaciones de primer orden, pero también disminuye el ruido. El desenfoque óptimo 5 depende en parte del tamaño de la apertura de la que se están obteniendo imágenes, según . Como se ha comentado, dado un desenfoque, la relación debe mantenerse para evitar el solapamiento de patrones de difracción adyacentes sobre la matriz de detección.

Los algoritmos de extracción de imágenes identifican todas las partes relevantes en la imagen resuelta para recoger la información de interés. Un algoritmo de extracción puede basarse en 10 técnicas de reconstrucción del campo óptico, aprovechando la correlación entre la forma conocida del elemento de la placa y los patrones de difracción registrados por la matriz de detección. Adicionalmente, el algoritmo de extracción de información puede usar técnicas de reconocimiento de patrón de imágenes con las que es posible cuantificar la sustancia basándose en las formas conocidas de los elementos de la placa discretizada y los patrones de 15 difracción registrados por la matriz de detección.

Un campo de onda se determina a partir de su amplitud (o intensidad) y de su fase. La información registrada sobre la matriz de detección sólo es sensible a la intensidad. La aplicación de la metodología de reconstrucción digital del campo de onda permite la recuperación de la información sobre la amplitud y la fase del frente de onda. Usando un patrón 20 de intensidad único es posible reconstruir el campo óptico, ya que existe una relación unívoca, gobernada por la difracción de onda, entre el campo que atraviesa la sustancia y su patrón de intensidad de difracción. Los algoritmos habituales de reconstrucción del campo de onda que usan un patrón de difracción único se ocupan de aplicar restricciones al soporte del objeto, determinadas por la forma del objeto. Además, habitualmente, los algoritmos de reconstrucción 25 emplean más de un patrón de intensidad de difracción. Por tanto, el algoritmo es computacionalmente más rápido y más simple, o no se requieren restricciones del objeto.

Pueden obtenerse diferentes imágenes de difracción de la misma sustancia, operando individualmente o en una combinación de los parámetros del conjunto (z, λ, n, θ). Los parámetros del conjunto significan: z es la distancia entre la placa y la matriz de detección; λ es 30 la longitud de onda óptica operativa; n es el índice de refracción de la sustancia; y θ es el ángulo incidente de los rayos ópticos.

Por ejemplo, una fuente de luz ilumina una placa discretizada que contiene las sustancias o las cantidades que se van a medir. Ópticamente es simple obtener diferentes configuraciones para el conjunto (z, λ, n, θ), produciendo así al menos un patrón de intensidad de difracción. Se 35 obtienen diferentes patrones de difracción registrados mediante la introducción de diferentes posiciones, por ejemplo, z1 y z2, que pueden variar desde 100 nm hasta 10 mm, con respecto a la matriz de detección, por ejemplo, un sensor de imágenes. Alternativamente, se obtienen diferentes patrones de difracción mediante el uso de diferentes longitudes de onda ópticas en el espectro ultravioleta, visible o infrarrojo, por ejemplo λ1 y λ2. También se obtienen diferentes 40 patrones de difracción modificando el índice de refracción de un medio a lo largo del camino óptico, por ejemplo n1 y n2. Además, se producen diferentes patrones de difracción para distintos ángulos incidentes de un rayo óptico, que pueden abarcar desde 0 hasta 180º, por ejemplo, θ1 y θ2. Finalmente, se registran diferentes patrones de difracción para diferentes posiciones, longitudes de onda óptica e índices de refracción, o combinaciones de los mismos, 45 que requieren al menos dos mediciones.

Con referencia a los dibujos, la FIG. 2 es un diagrama en bloque de un sistema según una forma de realización de la invención. La forma de realización considerada está dispuesta con una fuente de luz para que incida adecuadamente sobre la placa discretizada, ópticamente transparente, que contiene diferentes sustancias. La fuente puede ser, por ejemplo, un LED (un 50

diodo emisor de luz) o un LD (un diodo de láser), pero también una fuente de banda ancha, como luz ambiental o luz solar. La forma geométrica de los elementos de la placa discretizada mejora los diferentes patrones de difracción separables. Un sensor de imágenes registra los diferentes patrones de difracción.

Una fuente (B1) proporciona un haz óptico que incide apropiadamente sobre la placa 5 discretizada (B2). La placa contiene sustancias en cada elemento que producen diferentes patrones de difracción confinados, mediante la configuración de combinaciones del conjunto (z, λ, n, θ). La matriz de detección (B3) registra los patrones de difracción, amplificados apropiadamente por los componentes ópticos, por ejemplo lentes.

La FIG. 3 es un esquema de una forma de realización preferida de la placa discretizada. Los 10 elementos se colocan en cada región, marcada como E. Se considera que las formas geométricas cuadradas tienen un área (A) y un paso (d). El sustrato que la sostiene es ópticamente transparente, permitiendo que el haz entrante de referencia se propague en su longitud, marcado como R. Según se propaga el campo óptico a una distancia suficiente, de 100 nm a 10 mm, el campo óptico de referencia se mezcla con la información introducida por el 15 campo óptico emitido desde los elementos. Dicho posicionamiento cercano de los campos de la referencia y del elemento permite el uso de fuentes con baja coherencia espacial. No es necesario usar fuentes de elevada coherencia, dado que la única restricción es que se conserve la coherencia espacial dentro del área de cada región.

La FIG. 4 es una representación de diferentes patrones de difracción a partir de la placa 20 discretizada, registrados sobre la matriz de detección. Nótese que los patrones de difracción individuales procedentes de los elementos no se solapan en el plano de la matriz de detección. También se registran diferentes patrones de difracción para diferentes configuraciones del conjunto (z, λ, n, θ).

La FIG. 5 muestra los patrones de la intensidad de difracción a partir de una placa discretizada, 25 registrados experimentalmente. La placa consiste en elementos cuadrados de alúmina depositada (Al2O3) de aproximadamente 50 nm de altura (equivalentes a la diferencia de camino óptico producido por las sustancias de interés) y 35 m de longitud lateral con 70,5 m de paso. La luz procedente de LEDs rojo, verde y azul incide convenientemente sobre la placa. Las intensidades difractadas de los campos ópticos se registran a una distancia de 1 mm, con 30 un sensor de imágenes en color de 2,2 m de paso de los píxeles, para el rojo FIG. 5A, el verde FIG. 5B y el azul FIG. 5C. Los patrones de intensidad de difracción contienen información separable de cada elemento cuadrado. Un algoritmo de reconstrucción de campo simple es capaz de recuperar las propiedades ópticas de cada elemento. La información de la intensidad de la FIG. 5D y de la fase de la FIG. 5E de cada elemento es recuperada con 35 respecto a la referencia que rodea a cada elemento. La información puede obtenerse gracias a que cada parte del haz de luz que atraviesa un elemento cuadrado se ha mezclado únicamente con el campo óptico de referencia que rodea al elemento.

La FIG. 6 es un diagrama de flujo que ilustra cómo puede extraerse la información de la fase a partir de una sustancia según la invención. Cada elemento de la sustancia introduce una 40 distribución de diferencia de fases en el frente de onda. La fase del frente de onda óptico evoluciona según se propaga el haz. Se establecen diferentes configuraciones del conjunto (z, λ, n, θ) y se registran las imágenes de difracción. Los algoritmos de reconstrucción del frente de onda o de reconocimiento del patrón estiman la distribución de la fase sobre la placa.

Ejemplo 1: fuente de luz blanca de baja coherencia y algoritmo de reconstrucción del 45 frente de onda.

En una forma de realización, el campo óptico entrante procede del entorno circundante, por ejemplo, luz ambiental luz solar o de una fuente blanca de banda ancha. El campo óptico es apropiadamente colimado e incide sobre la placa discretizada. La placa contiene elementos

para producir una difracción confinada. Con objeto de aumentar el número de los diferentes patrones de intensidad de difracción registrados con una matriz de detección, se interpolan componentes ópticos capaces de (re)configurar el conjunto (z, λ, n, θ). La matriz de detección de la intensidad es un sensor de imágenes en color. Entonces se procesan los datos de intensidad usando procedimientos de recuperación de fase parcialmente coherentes. En los 5 algoritmos se insertan parámetros tales como longitud de onda, tamaño del píxel y distancias de desenfoque, para producir información cuantitativa de las sustancias.

Ejemplo 2: fuente de LD o de láser aleatorio y algoritmo de reconocimiento del patrón de imagen.

En otra forma de realización, la fuente óptica entrante es un LD o un láser aleatorizado. La 10 placa contiene diferentes sustancias unidas a cada elemento. El haz óptico que incide sobre la placa es divergente. Entre la fuente y la matriz de detección, los componentes ópticos controlan los ajustes de propagación para producir diferentes patrones de intensidad de difracción. La matriz de detección para medir la intensidad es un sensor de imágenes monocromático. Las imágenes de intensidad de difracción registradas son procesadas con algoritmos de 15 reconocimiento del patrón. La imagen difractada de cada elemento individual se compara con una base de datos de patrones de difracción. El patrón que mejor se ajuste identifica a la sustancia en estudio.

Ejemplo 3: fuente de LED de múltiples colores y diseño de la forma de realización.

La fuente de entrada está formada por la combinación de diferentes LED de colores o de un 20 LED multicolor. Los campos ópticos de entrada son filtrados espacialmente con una apertura. La placa contiene elementos cuadrados de 35 m del lado, con los centros separados 70,5 m, para producir patrones de difracción controlados. Sólo hay una fuente de luz encendida a la vez. Para obtener diferentes patrones de difracción se registran las mediciones usando las diferentes fuentes de color, a una distancia de 1 mm de la placa discretizada. Los patrones de 25 difracción se registran con una matriz de detección monocromática, por ejemplo, un sensor de imágenes monocromático. Claramente, las mediciones de intensidad se identifican con las diferentes fuentes de color. Un ejemplo del patrón difractado por las formas cuadradas se proporciona en la FIG. 5. La Tabla 1 contiene un ejemplo de los parámetros de diseño para esta forma de realización. 30

Fuente de luz

LED multicolor

Distancia entre la fuente de luz y la apertura

En las proximidades

Diámetro de la apertura

150 m

Distancia entre la apertura y la placa

30 mm

Forma geométrica de los elementos

Cuadrado

Área de los elementos (A)

1.225 m2

Paso de los elementos (d)

70,5 m

Distancia hasta la matriz de detección (desde la placa discretizada)

1 mm

Área de la matriz de detección

5 mm x 5 mm

Tamaño de pixel de la matriz de detección

2,2 m x 2,2 m

Los parámetros presentados en la Tabla 1 permiten el multiplexado de muchos elementos en paralelo. Pueden medirse 25.000 elementos en paralelo, usando para cada uno 200 píxeles.

Ejemplo 4: placa discretizada para el recuento y el análisis de células

En otra forma de realización, la fuente de entrada óptica es un LED UV a 350 nm. La placa contiene elementos con formas diferentes entre sí. El paso entre elementos es de 20 m y el 5 área es de 25 m2. Las sustancias se tiñen con fluoróforos selectivos. El haz óptico que incide sobre la placa discretizada es divergente, procedente de una apertura de 150 m de diámetro. La separación entre la placa discretizada y la matriz de detección es de 1 mm. La matriz de detección para la medición de la intensidad es un sensor de imágenes en color. Las imágenes de intensidad de difracción registradas contienen información fluorescente. El número de 10 células presente es recogido por los algoritmos de procesado de imagen, por ejemplo, algoritmos de segmentación de imagen.

En este texto, el término “comprende” y sus derivados (tal como “que comprende”, etc.) no debería interpretarse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deberían interpretarse como que excluyen la posibilidad de que lo que se describe y se define pueda 15 incluir elementos, etapas adicionales, etc.

Por otro lado, la invención no se limita obviamente a la(s) forma(s) de realización específica(s) descrita(s) en este documento, sino que también incluye cualquier variación que pueda ser considerada por cualquier persona experta en la técnica (por ejemplo, relativa a la elección de materiales, tamaño, componentes, configuración, etc.), dentro del ámbito general de la 20 invención según se define en las reivindicaciones.

Claims (5)

1. REIVINDICACIONES

   1. Sistema compacto para mediciones ópticas que comprende:

   a) una fuente de luz y una matriz de detectores;

   b) medios para conformar el haz de luz procedente de la fuente sobre una placa situada entre la fuente y la matriz de detección; 5

   c) donde la placa comprende una superficie discretizada dividida espacialmente en una pluralidad de regiones, estando cada región provista de un elemento de una forma geométrica, en la que cada región cumple la condición en la que z es la distancia entre el detector y la placa, d es el paso entre elementos,  es la longitud de onda de la luz procedente de la fuente, S es la longitud del lado menor del elemento y donde el 10 área A de cada elemento dentro de la región varía desde 1 m2 hasta 10.000 m2;

   d) medios para procesar las señales en la matriz de detección y extraer la información de la fase.
2. 2. Sistema según la reivindicación 1 que comprende adicionalmente medios ópticos y mecánicos para permitir un cambio en el camino óptico tal que puedan registrarse diferentes 15 patrones de difracción.
3. 3. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el paso entre elementos adyacentes (d) tiene una longitud que varía entre 10 m y 500 m.
4. 4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la fuente es un LED o un LD. 20
5. 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que los elementos están funcionalizados de forma que solo determinadas sustancias objetivo se adhieren a los mismos.