快门(shutter)一般用于成像、分光计和通信设计，以控制光进入传感 器或传感器系统。普通实例是在快门经常用于控制传感器接收的曝光量的照 相机系统的领域。这种快门通常实际上是机械式的，并且作为单快门来操作， 以减弱整个入射口径/出射口径的所有光。
在照相机系统中，往往需要复杂的光学透镜和电信号处理装置，以便例 如校正像差、控制变焦，需要数值孔径来优化曝光水平，以及要求获取的速 度。而且，对于给定的照相机系统，常常要在影响获取图像质量的这些和其 它参数之间协调。
检测系统分辨率一般受检测器阵列的密度和尺寸的影响。然而，在许多 情况下，受加工能力和制作成本的限制。在多种颜色检测系统中的另一限制 是全色图像通过与每个像素的滤色提供。在多数情况下，实际上会减少成像 像素的数量，每个全色图像像素需要3或4个单独颜色的像素(红色、蓝色、 和一个或两个绿色)。
照明和投影系统在光束传递方面经常受限制，往往没有动态减弱部分光 束的办法。光束传递的变化在选择性的照明、图像控制、图像补偿、和通信 的许多应用中很有用。
在光纤系统中，电子快门阵列过去用于切换不同波导之间的信号。例如， 如美国专利US5,185,824所述，叠层模制分配器波导的N x N阵列连接有电子 快门阵列分离的合成器波导的匹配阵列。
在分光计系统中，快门已经用于控制样品和基准的测量，和提高波长选 择光学系统。美国专利US6,836,325描述具有电触发快门系统的光学探针， 在分别进行测量时，能够进行内部基准测量或样品照明。
美国专利US4,193,691描述位于相干分光计的折射或衍射元件之后的 LCD板的使用，以形成特定波长检测的狭缝。基于关心的谱线，狭缝已预先 手工插入分光计。借助于US4,193,691中所述的技术，狭缝可以电子地构成， 信号可以被调制到允许从单点检测器检测。
类似的系统在美国专利US5,457,530中描述，其中钛酸锆酸镧铅(PLZT) 光学快门系统位于根据波长衍射入射光的衍射元件之后，从而将选择的波长 选通(gating)提供给传感器。每个光学快门元件根据特定定时施加对应于 入射到光学快门元件的入射光线带的电压，从而光线通过光学快门元件。
美国专利US4,256,405使用LCD快门，以让来自单个样品上不同空间 位置的光通过透镜和与光轴成角度的干涉滤波片，允许在检测器上的光谱通 带扫描。这样从单个检测器产生样品的光谱响应，而不用移动部件。这种方 法以光谱的不同部分使样品的点成像，提供代表整个样品的单个总光谱。因 此，这种方法假定在所成像的样品上光谱是一致的，和不提供样品的多个空 间位置的光谱成像。
美国专利US6,191,860提供一种转换许多快门的波长依赖检测的方法， 这种快门具有与每个快门光学相关的预定波长衰减(或过滤)。根据在说明 书中的公开，这样能够提供波长依赖检测的方法。
上述光谱仪系统仅仅能够实现单点光源的光谱获取。在系统中，一般需 要多于一个样品或基准点，经常使用两个或多个光谱仪。需要用分光光度计 成像的区域，如同超高光谱成像的情况一样，那么光谱仪的光学输入通常在 感兴趣的样品上扫描，以构建3D数据组(两个空间和一个光谱轴)。一种可 替换的方法是在每个单独的波长顺序地进行一个全图像记录。这些扫描系统 一般都相当大、易碎和昂贵。
就低成本和便携式装置来说，需要用于双光谱和2D数据的高分辨率和 多个成像的改进方法。
在本说明书中涉及的任何现有技术不视为并且不应该视为对现有技术 形成部分公知常识的承认或任何形式的暗示。

在一些实施例中，本发明提供通过使用一个或多个快门元件控制电磁波 的装置和方法。出于各种目的在一些领域可以控制电磁波，例如，可以是光， 这些领域包括但不限于摄影、光谱学、显微术、望远镜学、成像、照明、图 像投影、校准、和通信。
根据本发明的一个方面，提供一种控制电磁波的通过的装置，其包括可 用于控制电磁波的通过的快门。在一些实施例中，提供多个快门，每个可用 于控制电磁波的通过。这些快门可以以合适的形式布置，例如，它们可以线 性地布置、二维地布置、或三维地布置。
根据本发明这方面的装置可用于合适的目的，例如，它可以用于分析、 摄影、光谱学、显微术、望远镜学、成像、照明、图像投影、通信、和/或校 准中的一个或多个。
在一些实施例中，该装置是可以同时分析多个样品和/或基准。有些实 施例更适于特殊的技术领域。在一些优选实施例中，提供在微流体学中使用 的装置。
电磁波的控制可以用合适的装置。例如，它可以控制快门元件的定时、 频率、和/或占空比中的一个或多个。根据本发明的装置也可以用于各种系统， 例如，它可以用于照明系统、检测系统、和/或图像投影系统中的一个或多个。
通过快门元件的电磁波的控制可以产生合适或需要的效果。例如，在有 些实施例中，用快门元件控制电磁波，例如，通过不同的路径，产生改变射 束、遮挡射束、吸收射束、衰减射束、构图射束、整形射束、折射射束、反 射射束、减慢射束、重新定向一些射束或全部射束中的一种或多种，使电磁 波的射束或频率的调制、振幅的调制、时间的调制均匀化。
有些实施例特别适于校准电磁波，任选地，校准光束。
本发明的有些实施例适于与近轴装置(proximal device)一起使用。在 这些实施例的一些实施例中，来自近轴装置的信息用于改变一个或多个快门 的操作。
本发明还提供近轴装置，其适于与可控制根据本发明的电磁波的通过的 装置一起使用。
在有些实施例中，快门元件或元件在至少两个与电磁波控制相关的状态 之间可操作。快门和/或快门元件包括任何合适的材料，例如，液晶，任选地， 钛酸锆酸镧铅(PLZT)。快门和快门元件包括任何合适的其它元件，例如， MEMS微镜装置。
快门或快门元件可以以任何合适的方式构成，例如，它能够对应于在相 关图像中的一个或多个像素。
在本发明的第二方面，提供控制器，以控制至少一个快门或快门元件。 根据有些实施例，快门元件可以独立、受控地操作。在协调的方式中，单个 或成组地控制电子辐射的通过。
控制器和快门或快门元件以任何合适的方式相互作用。因此，在有些实 施例中，控制器控制快门，快门完全或部分地控制电磁波，导致电磁波的遮 挡、吸收、改变、滤除、分离、衰减、重定向、反射、折射、减慢、整形、 构图、均匀化、频率的调制、振幅的调制、定时的调制中的一种或多种。控 制器可以控制任何合适的方面，例如，控制器可用于控制快门的定时、频率、 占空比、或操作频率。控制器还用于提供空间信息给检测系统。这样可以不 考虑检测系统中检测元件的数量。
在有些实施例中，控制器包括反馈机构，响应反馈实现一个或多个快门 的控制的变化。控制器还包括传感器，例如，传感基于返回的信息。
在有些实施例中，控制器可用于调制多个电磁波源，以识别它们的来源 和/或识别由一个或多个所调制的源的激励产生的发射。在有些实施例中，控 制器适于与近轴装置一起使用，近轴装置的信息可以用于改变一个或多个快 门的操作。
在根据本发明的装置的有些实施例中，还提供一种电磁波源。在有些实 施例中，该源包括任选地在它们自己中和/或与控制器和/或一个或多个快门 协调的多个源。
在本发明的另一方面，提供一种电磁波源，用于与根据本发明的装置一 起使用。
在本发明的另一方面，提供一种控制电磁波的通过的装置，还包括一种 电磁波检测器。
在本发明的另一方面，提供一种检测器，用于控制电磁波的通过的装置。 检测器可以呈任何合适的形式，包括任何合适的更多元件，例如，它可包括 检测器元件的阵列，它可包括微透镜阵列。在有些实施例中，每个检测器元 件可一起或分开(例如，在分离的帧中)用于多个电磁射束或波。在有些实 施例中，可以检测整个成像区域。
在本发明这方面的有些实施例中，检测器可用于识别与至少一个快门相 互作用的电磁波。基于任何合适的特性，例如，时间和/或频率域技术、从快 门系统和任选的控制器接收的信息、快门定时、利用信号处理技术的信号衰 减，可以识别电磁波。
根据本发明的检测器包括任何合适的检测装置、元件或设备，例如，包 括分光计、电荷耦合装置(CCD)、光电二极管(PD)、雪崩二极管(APD)、 光电晶体管、光电倍增管(PMT)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感 器、电荷注入装置(CID)中的一个或多个。
在本发明的另一方面，提供用于控制电磁波的通过的装置，还包括图像 重构器，以在根据本发明的目标控制之前重构域电磁波相关的信号。
在本发明的另一方面，提供一种图像重构器，用于控制电磁波的通过的 装置。基于来自任何合适的源，例如，电磁波源、快门、检测器、和/或控制 器中的一个或多个，图像重构器可用于重构图像。基于信息的协调，例如， 电磁波源、快门、检测器、和/或控制器中的一个或多个的协调，图像重构器 可以重构图像。
在有些实施例中，基于时间域和/或频率域、任选地为傅里叶变换分析 的信号分析方法，图像重构器可用于重构图像。通过任选单独地或成一个或 多个组重构电磁波可以重构图像。
在本发明的有些实施例中，通过信号矫正和/或校准系数中的一个或多 个，实现更大的图像控制。校准系数可应用于规定空间位置，任选地，通过 衰减一个或多个信号应用于规定空间位置。在有些实施例中，本发明的装置 可用于增强信噪比，任选地，利用定时和/或频率分析技术中的一个或多个可 用于增强信噪比。在有些实施例中，本发明的装置可用于实现更大的波长分 离和分解，任选地，用定时和/或频率分析技术中的一个或多个实现更大的波 长分离和分解。
在有些实施例中，来自多个快门的复合输入(multiplexed inputs)提高 系统的处理量和/或成像性能，任选地，不用移动部件，或任选地不用复杂的 移动部件。
在有些实施例中来自多个快门的复合输入提高系统的处理量和/或成像 性能，任选地不用复杂的移动部件。而且，该装置可用于从多个空间位置获 取数据，任选地，是所有空间位置，任选地，通过快门调制。该装置还可用 于同时或顺序地让一个或多个图像通过一个或多个快门。在有些实施例中， 多个快门的每一个顺序地让图像成分通过，从而入射到检测器上。
利用本发明的装置，可以采用各种图像提高技术。因此，例如，可以有 动态图像控制、反馈机构、整形、改变方向、图像重叠技术中的一种或多种。 在有些实施例中，该装置可用于从分开的空间位置提供同步信号测量，任选 地用快门定时和/或频率调制。通过将多于一个像素或象素组从快门系统成像 到检测器的一个或多个相同的像素上，还可以提高图像分辨率。在有些实施 例中，该装置可用于将光路复合到相同的检测器上，或任选地，复合到一组 检测器元件上。
在有些实施例中，该装置可减小像差。因此，例如，相同图像通过不同 路径和数字信号处理技术减小的像差来叠加。而且，根据本发明的装置可用 于实现增加景深、提高变焦、和增加焦深、三维成像、全景成像和/或多个图 像处理中的一个或多个。该装置还可用于将目标的多个透视图(perspective) 通过多个透镜系统经过至少一个快门或快门元件成像并成像到单个检测器 上。此外，该装置可用于将光路复合到分开的检测器或检测器元件上，任选 地，提高动态范围和/或灵敏度。
相同的图像或部分图像任选地聚焦在多于一个检测器元件上，以改变检 测器元件的灵敏度和/或动态范围。而且，形成更高和更低灵敏度的像素，该 任选地使高和/或低对比度图像能够是提供进一步改善的曝光图像，所述高和 /或低对比度图像任选地可以经数字处理。在有些实施例中，入射电磁波通过 一个或多个快门元件衰减到相同检测器上，或任选地衰减到检测器元件组 上，以提高灵敏度和/或动态范围中的一个或多个。在有些实施例中，在衰减 之前信号处理测量入射电磁波，从而使单个像素的饱和度最低。
控制系统可以用于动态修改每个检测器或每组检测器元件的曝光，任选 地，响应入射电磁波的信息动态修改每个检测器或每组检测器元件的曝光。 信息可以是任何适合类型和任何适合形式。例如，可以涉及波的任何适合特 性，例如，强度。本发明的装置还可以用于控制孔径。在有些实施例中，通 过一个或多个快门元件或快门的衰减减小入射电磁波的孔径。
该装置包括滤波片和/或分离器，任选地，基于频率或波长的滤波片或 分离器。该装置还包括分离电磁波的分离器。滤波片或分离器可以是任何合 适的类型，例如，它或它们包括彩色滤波片或彩色分离器。在有些实施例中， 该装置可用于过滤或分隔红光、绿光、和蓝光。而且，该装置包括光分离器， 以分离红光、绿光、和蓝光，其中每种颜色与一个或多个单独透镜分离的光 用单个检测器检测。
入射到根据本发明的检测器上的彩色来自前面分离的单束射束。该装置 可用于进行超光谱成像。该装置还包括电磁波源、检测器、和/或电磁波检测 器中的一个或多个。在有些实施例中包括引导器，可用于引导、修改、或控 制电磁波。该引导器可以引导波的任何要求的方面，例如，它可用于聚焦和 /或整形电磁波。在有些实施例中，该装置可用于将入射波聚焦在检测器的特 定区域和/或选择性地检测特定区域的波上升。在有些实施例中，引导器可用 于进行聚焦、改变方向、减速、衰减、脉冲调制、分离、滤波、或改变电磁 波的其它方式中的一种或多种。根据本发明的引导器还包括在此所述的快门 或快门元件。
该装置还包括波导、透镜、微透镜阵列、准直器、反射镜、微镜、滤波 元件、偏振片、棱镜、光栅、光纤元件中的一种或多种，其中的每一个可以 呈任何合适的形式。例如，在有些实施例中，该装置包括可用于与源、检测 器和/或控制器中的一个或多个连接的光纤元件。光纤元件包括一束光纤，至 少一个快门控制进入光纤元件或从光纤元件出射的电磁波的通过。
本发明的装置可用于与近轴装置连接，所述近轴装置任选地是微流 (microfluidic)装置。本发明的装置还包括在电磁波路径上的滤波片，其中 滤波片任选地包括吸收、反射和/或液晶可调谐元件中的一种或多种。滤波片 可以呈任何合适的形式和放在任何合适的位置。例如，滤波片是物理地具有 以下性质中的一种或多种：结合到光具座(optical bench)、与微流装置结合、 与至少一个快门相关或可移动。
在本发明的另一方面，提供一种光具座，用于与根据本发明的快门或快 门元件和/或装置一起使用。光具座本身与近轴装置一起使用，所述近轴装置 任选地是微流装置。光具座任选地包括宽带光源和激光源中的一种或多种和 /或至少一个快门元件，其任选地是滤波片、引导器、扩束器和/或分离器。 在有些实施例中，近轴装置包含快门元件。在有些实施例中，一个或多个快 门元件与来自快门元件的射束路径相关。
光具座还包括光源，其任选地是多个激光源。而且，来自多于一个源的 射束或已经通过多于一个快门元件的光照明重叠的区域。在有些实施例中， 光具座包括检测快门(detection shutter)。在有些实施例中，近轴装置与组件 的装置一起使用，其中来自近轴装置的信息用于改变一个或多个快门的操 作。近轴装置与也是通过本发明完成的光具座一起使用。
附图说明
图1A-D是根据本发明一个方面，透过、阻挡和反射光的快门元件的 示意图。
图2A-E是通过、阻止、反射和延伸光路的快门元件的示意图。
图3A-G表示与快门元件用不同定时和频率特征操作的快门系统的图 像。
图4是通过快门元件获取的单独图像处理和组合成最佳图像的流程图。
图5是通过快门元件同时获取的图像在组合最佳图像之前分开图像处 理。
图6A-C用传感器装置的反馈操作快门系统的控制系统的使用的示意 图。
图7A-B图示均匀化和构图光路横截面的快门元件的使用的图像。
图8A-C图示连接三个不同传感器表面的光学和快门元件。
图9图示具有快门阵列元件和单个检测器或电源元件的成像系统。
图10图示具有快门阵列部件的光学成像系统和具有对歌检测元件的检 测器。
图11图示利用具有微透镜阵列的快门阵列以将每个快门元件成像到检 测器阵列上的光学成像系统能够的实例。
图12图示通过每个快门元件或每组快门元件的光将物体成像到整个传 感器表面的光学成像系统的实例。
图13图示通过每个快门元件或每组快门元件的光将不同焦深的区域或 远景成像到整个传感器表面上的光学成像系统的实例。
图14图示彩色滤波元件与快门相关和成像到传感器表面的透镜元件的 光学系统的实例。
图15图示三个单独的透镜元件通过快门系统将物体成像到相同的传感 器表面的光学系统的实例。
图16图示获取图像、和在将图像重新混合到相同传感器上之前、分成 三束光束通过三个独立的快门元件和滤波片的光学系统的实例。
图17图示作为界面连接快门系统、光源、或检测器、装置的波导的实 例。
图18图示作为连接光纤束的快门阵列的实例。
图19A-B图示作为连接检测波导或最近装置照明的快门系统的实例。
图20A-B图示通过发光的颗粒照明或检测的快门系统的光路。
图21表示由两个独立的光源组合的强度的波长与强度的曲线图。
图22图示利用快门系统的光具座的实例的侧视图。
图23图示根据本发明一方面的光具座的一些部件的俯视图。

下面的描述是本发明的具体实施例。应该理解，这些实施例仅仅是出于 解释的目的而描述的，本领域的普通技术人员不脱离本发明的精神和范围可 以实施许多变化和变型。例如，下面的描述使用光作为电磁辐射的例子。这 意味着所有这些变型和变化包括在本发明要求或其等价物的范围内。
在此使用的术语“流体”是指气体或液体。在此使用的术语“微流”是 指在至少小于一毫米的一维的结构中进行的流体传送、操纵、或处理。在此 使用的术语“光线”是指多于一个光子沿基本相同方向的传播。
当前发明的优点的实例包括：
a.具体空间位置的选择性照明或检测，其可以通过选择打开和/或关闭 快门元件简单地设置。
b.多个快门元件的控制可以提供空间信息给检测系统，不考虑传感器 系统具有多少检测元件。这样能够确定样品或图像的空间位置。
c.隔离用于成像和/或照明的不同快门位置的能力。这样在多个空间位 置能够对测量或照明进行柔性空间控制。当光路可以调整到在相同或不同的 最近装置上容纳要成像、分析、照明等的区域或结构时，本发明提供更大的 柔性和容差。
d.当快门元件与将快门元件成像到相同传感器的一个或多个元件区域 的单独的透镜部件组合时，通过在相同传感器上操作的多倍数量的所成像快 门元件，有效地提高传感器的分辨率。
e.通过从快门系统提供复合输入可以简化检测系统和源系统，不用移 动部件来增加系统的处理量和成像能力。这在不同情形是很重要的，例如， 在高光谱成像中，其可以用波导与快门阵列连接的单道分光计进行。
f.信息的更快读取和处理。例如，当连接到分光计或照相机系统时， 通过快门定时和/或频率可以提供多个空间位置的光谱或图像数据的同步获 取。
g.从分离的空间位置用快门定时和/或频率调制进行的同时信号测量。 例如，利用监视反应动力学对成像和分析非静止或连续的过程诸如移动样品 或监视过程是重要的。
h.由于通过转换快门元件的光线的衰减可以进行具体空间位置的信号 整平(levelling)和校准系数的应用。例如这对补偿空间和/或时间上变化的 光源或传感器光学器件的损失是重要的，并且对补偿用于接近的装置的不同 材料和路径长度是重要的。
i.通过不同透镜和快门元件将相同区域成像到相同传感器上，借助于 透镜像差校正、焦距放大、变焦、三维成像、全景摄影、特大型成像，可以 获得提高。这样具有特别的优势，例如，在照相机系统设计和使用中，考虑 到更便宜的光学和电子系统设计，利用相同的传感器系统。这样避免照相机 在使用期间重新定位或重新聚焦，并且使相同的时间或定位基准能够用于多 个图像。因此，提供用于实时透视测量的同时图像获取。
j.由于在光束或图像不同部分的快门元件的光衰减，通过提供增益控 制增加检测系统的动态范围和灵敏度。
k.由于定时和/或频率分析技术的使用，在检测器和/或光源光学器件上 的快门阵列的调制可以提高信噪比响应。这可以应用于波长分离或成像系统 的光谱系统，用于提高灵敏度和动态范围。
l.快门元件可以用于动态改变光衰减和改变图像。
根据一个实施例，本发明包括：包括多个元件的快门系统的装置。快门 元件可以合适的形式布置，例如，三维、二维、线性阵列、或布置成离散快 门元件，或一组快门元件，形成快门系统。快门元件可以遮挡光、吸收光、 或使光改变方向，在至少两种状态之间可操作。例如，快门元件部分或完全 吸光或反光。图1A和1B表示三元件(101，102，103)吸光快门，在图1A中， 这些元件遮挡从光源105到检测器106的光通过，在图1B中，中间元件102 切换到让部分或全部光通过的位置。图1C和1D图示三元件(107，108， 109)反射快门，在图1C中，快门元件(107，108，109)对齐，以反射光 源111的光110远离检测器112，在图1D中，中间反射快门108对齐，以 将光源111的光113发射到检测器112。
快门元件例如可以与光路同轴布置，并且起减弱光的通过，或快门元 件可以用于反射光路并用于衰减光。例如，在光源和检测器光学器件在相同 侧或光路需要通过近轴装置改变方向的系统中，光路改变方向是重要的。例 如，在光路可以贯穿样品以提高样品内的电位吸收和多个区域需要在相同的 光路中照明/检测的吸收/透射样品测量的系统中，光路改变方向也是重要的。
图2图示光路变到遮挡、通过和反射光路的实例。图2A表示快门在遮 挡203或通过204光线200的打开201和关闭202位置的快门结构。图2D 表示通过在多个快门元件之间反射光线增加光路长度的实例。例如，该实施 例对于通过位于快门阵列之间的近轴装置207增加光路长度是有用的，如图 2E所示。
快门阵列控制光到检测器或从光源到检测器的通过以及控制快门系统 内的每个元件，并且，可以独立于或依赖于阵列或快门系统内的其它元件或 元件组操作。通过调制或定时开启和/或关闭一些或所有快门元件，经过单个 快门元件的光根据单个快门的定时而衰减。例如，快门可以一个时间周期开 启和关闭一次，或者，快门元件可以开启和关闭多次，可以以特定频率和占 空比开启和关闭。然后，基于快门的定时、频率和/或振幅特性，检测系统可 以重构通过每个特定的快门元件的光线。例如，通过时域或频域法诸如傅里 叶变换分析和/或其它信号分析技术，信号重构方法可以基于快门定时。
例如，在某些优选实施例中，快门系统包括二维快门阵列。图3A图示 二维快门阵列301，其中只有快门阵列的一个元件302或像素在任何时间都 是打开的。可替换地，例如，在快门阵列301内的像素可以单独地或成组地 以不同频率和/或用不同的定时被调制成打开和关闭。图3B图示一组像素 303以相同或不同定时或频率被调制的实施例。图3C图示两组分开的像素 (304，305)被独立地调制的实施例。图3D图示两组分开的像素(306，307) 被独立地调制，而每个象素组内的每个像素一起被调制。图3E图示不是彼 此紧邻的一组共同调制的像素(308，309，310，311)的实施例。图3F图 示所有的像素以不同定时和/或频率间隔彼此独立地操作的像素阵列301的 实施例。在另一优选实施例中，如图3G所示，快门阵列包括单独的快门元 件(313，314)或在快门系统内形成分开的快门元件的快门元件组312。
根据本发明的一个实施例，检测系统通过快门系统的光衰减可以分辨通 过分开的快门或快门组的光或被分开的快门或快门组改变方向的光。时间和 /或频域技术可以用于将信号相互分开。
根据本发明的另一实施例，通过控制快门系统(如快门定时已知则快门 定时)，或者利用信号处理技术解释来自信号衰减的结果，检测系统能够分 辨已通过分开的快门或快门组的光或已被分开的快门或快门组改变方向的 光。
通过快门元件或被快门元件改变方向的光线重构可以单独地完成或以 相同定时的组完成；或与一个或多个其它快门元件或快门元件组同时进行。 例如，图4图解从相同快门阵列、但是用不同快门元件激励而单独获取的3 个图像(401，402，403)。在重新组合形成最佳组合图像之前，获取的图像 被单独处理。可替换地，通过多于一个快门元件的光可以被同时获取，如图 5所示，其中二维阵列501具有以三种方式之一调制所有的快门元件，从而 通过这三种类型的快门元件的光可以被重构成三种单独的信号或图像。在图 4和5的两个实施例中，信号在单独处理之后被重构，以形成单个的最佳图 像。当通过多于一个快门元件的光复合到一个和多个传感器元件时，这特别 有用。
在另一实施例中，反馈和控制系统用于操作快门系统。在图6A中，快 门系统601经过同轴传感器603的返回被控制系统602控制，其中关闭的光 线从透镜系统604被聚焦。在图6B的实例中，透镜605的光路从快门系统 606反射，快门系统606通过透镜元件607控制光路变向(衰减)并反射到 传感器608上。其中快门系统的反馈控制通过控制系统609来提供。图6C 的实例表示部分反射镜610通过透镜611将光束成像到偏轴传感器元件612， 该偏轴传感器元件提供用于控制快门系统604的控制器613的返回。这种偏 轴控制装置特别适于投影图像和照明系统。在比较实施例中，快门系统包含 与一个或多个快门元件相关的内部传感器，从而提供用于传感和/或控制快门 元件的定位传感。
根据另一实施例，快门元件可以用于改变光衰减和提供图像修改。这样 可以是显示覆盖原始图像或整形现有图像的二次图像的形式，当与传感反馈 (sensory feedback)组合时，控制系统可以提供特征检测和目标识别，以提 供动态图像控制。
在另一实施例中，利用快门元件的光的衰减也可以用于通信。这包括利 用快门系统的光通信信号的衰减，用于选通、波长或偏振变化，其中这些元 件(光纤和/或起偏振器)与快门元件相关，将信号复合到相同光路，或可替 换地，将多个光路的信号进行信号分离。在另一实施例中，通过调制通过快 门元件的光，可以提供光的定时、频率、和/或振幅变化，从而，利用快门元 件的光衰减可以用于提供通信信号，。
根据另一实施例，快门系统可以用作衰减照明光束的部分照明系统。对 于提供构图或整形光束的整个光束或部分光束的的增益控制来说，将部分光 束变向到不同光路上，或使光束均匀。例如，图7A图示利用快门阵列702 使光束701的横截面均匀化，其布置成与每个像素的光束强度成比例地衰减， 这样光束701在通过快门阵列702之后是均匀的。在另一实例中，光束被构 图，如图7B所示。光束704利用快门阵列705的衰减被提供，以仅仅让光 照度通过所设计的像素706，这样获得光照度图案707。如果通过分离的快 门元件或快门元件组的光与其它光学元件组，诸如，透镜或光纤组合，那么 快门元件通过这些光学元件可以提供控制光路的变向。
光引导元件可以用于与快门系统组合，诸如，整个或部分反射面、反射 镜、微反射镜、光栅、透镜、微透镜、棱镜、光纤、波导或其它光引导器件， 快门系统由合适的材料制成，例如，硅、玻璃、石英、聚合物、金属、或复 合材料。光引导器件可以包含一个或多个快门装置。可以使用多个光引导元 件。根据一些优选实施例，快门装置是阵列，可以是电子器件，诸如，液晶 或PLZT装置、MEMs微镜装置、或其它快门装置。
通常，光引导器件可以用在快门系统前面的光路上，以将光聚焦在快门 元件上或通过快门元件，和/或光引导元件可以用于聚焦或引导从快门元件发 射的光。光引导元件与将光引导到到哪里或从哪里引导光有关；单个快门元 件对应于单个传感器或照明元件；单个快门元件对应于多个传感器或照明元 件；多个快门元件对应于单个传感器或照明元件。这三种相应的情况在图 8A、8B和8C中示出，简单实例的微透镜阵列801通过快门阵列802成像 到传感器表面(803，804，805)上。
根据本发明的一个实施例，快门元件连接光引导器件，提供成像目标的 选择光照度或成像目标检测的可能性。这个实例在图9中示出，图中示出这 样的光学系统，其用单个检测器901通过具有快门阵列903的透镜系统(902， 904)将目标905成像。通过在时间或频率域中调制快门打开和关闭，由单 个传感器分出通过每个快门元件或每组快门元件的信号，然后再将它们组合 成完整图像，二维(2D)图像可以重构。
在本发明的另一实施例中通过将快门的每个像素或每组像素成像到多 于传感器阵列的一个像素，可以提高传感器阵列的分辨率。这个实例在图10 中示出，图中示出这样的光学系统，其用检测器阵列1001通过具有快门阵 列1003的透镜系统(1002，1004)对目标1005成像。
在相似的实例中，图11示出目标1105被透镜系统1104成像到微透镜 1102和快门1103，它们将每个微透镜成像到整个传感器阵列1101。在这两 个实例中，传感器阵列的每个元件或元件组用于有效地检测一个或多个快门 元件的整个成像区域。这样通过在相同传感器区域上成像的快门元件的数量 可以有效地增加传感器分辨率，即，连接100的快门微透镜阵列的1百万像 素CCD具有1M×100＝100百万像素的可能分辨率，其中快门微透镜阵列 的每个微透镜在整个传感器表面上成像。
在另一实施例中，快门系统可以用于将光路复合到用于像差校正的相同 传感器(或传感器元件组)上。由于通过不同光路覆盖相同图像，每个分开 光路引起的缺陷和像差通过数字信号处理技术来减小。图12的实例示出利 用透镜阵列(1202，1204)将相同的目标1205通过快门元件1203成像到相 同的传感器表面1201的简单情况，其可以衰减用于信号分离的分开光路。
在另一实施例中，快门系统可以用于将光路复合到分开的传感器或衰减 传给传感器元件(或传感器元件组)的光，用于提高动态范围和灵敏度。其 中相同的图像或部分图像被聚焦到多于一个传感器元件，光可以通过多于一 个快门衰减，以有效改变不同传感元件的灵敏度和动态范围。因此，这样提 供可以用于形成被数字处理的低和高对比度图像的更高和更低灵敏度的像 素，以提供最佳曝光图像。类似的传感器元件的灵敏度和动态范围通过衰减 通过一个或多个快门元件入射到相同传感器元件或传感器元件组的入射光 来提高。如果衰减程度是已知的，那么信号处理可以提供衰减前的入射光的 精确测量，可以避免单个向度的饱和度。如果控制系统基于入射光的强度操 作快门元件，那么快门元件可以被动态地控制，得到每个传感器元件或传感 器元件组的最佳曝光。
在另一实施例中，快门系统可以用于将光路复合到相同传感器上，用于 增加景深、变焦、和三维成像应用。在图13的实例中，快门元件设置在两 个透镜系统(1302，1304)之间，将不同深度的成像区域1305成像到传感 器装置1301上。通过快门系统1303将不同焦距的多个目标成像到相同传感 器上，那么可以形成不同焦点的任一单个图像，从而提供变焦效果，或图像 可以被数字组合，以提供具有更大景深的单个图像。
在另一实施例中，快门系统可以用于将光路复合到用于多个图像处理和 拍摄的相同传感器上。利用快门元件，通过不同的透镜系统将相同目标的不 同目标图(objective)或透视图成像到相同传感器上，因而用相同的传感器 系统可以进行多个图像的拍摄。
在另一实施例中，快门系统可以用于孔径控制。其中通过多个快门元件 的光被成像的传感器表面，有些快门元件被衰减，以减小入射光的孔径。
在另一实施例中，滤波元件与一个或多个快门元件相关并且利用透镜系 统成像到传感器表面。在图14的实例中，滤波元件1403与一个或多个快门 元件1402相关，图像1406被透镜系统1405通过微透镜阵列1404投影到传 感器1401表面。通过控制颜色衰减的快门的调制可以实现彩色成像。因此， 例如，能够以与图4和5中的组A、B、和C相似的方式提供设置在每个快 门元件上的红色、绿色和蓝色(RGB)滤波片，然后，四个RGB的每个块 可以成像到相同像素上。
在另一实施例中，离散的快门与诸如RGB(红、绿、蓝)或彩色滤波 片之类的滤波元件组合，用于将颜色成像到传感器表面。在图15的实例中， 在通过具有三片各自的彩色滤波片红1504、绿1505、和蓝1506的快门元件 (1505a，1507b，1507c)之后，三个分开的光路被组合，所述三个分开的 光路将相同的目标1511通过透镜系统(1508，1509，1010)成像。然后， 三束光束通过反射镜(1503a，1503b，1503c，1503d)组合并通过透镜系统 1502成像到传感器1501的表面。在另一实施例中，单个光路被分离、过滤 和组合。图16的实例表示单个成像透镜系统1609，在通过具有滤波元件 (1604，1605，1606)的三个分开的快门(1607a，1607b，1607c)之前， 目标1610的图像被反射镜(1608a，1608b，1608c，1608d)分成3束分离 光束。然后，分离的光束被反射镜(1603a，1603b，1603c，1604d)组合， 并通过透镜系统1602成像到传感器1601表面。
根据一个优选实施例，波导连接到快门阵列、检测器或发射系统。如图 17A所示，其中波导1702构成为在控制光1704进入检测器系统1701的入 射点具有快门1703的分解器(demultiplexer)或组合器(combiner)。可替 换地，波导1702可以构成为在出射点具有快门1703的复合器(multiplexer) 或分裂器(splitter)，控制从公共源1701的光发射1704。
也可以使用多个波导和检测器或发射系统，例如，图17B图示连接控 制出射光1705的快门阵列1706的两组波导(1707，1708)和源(1709，1710)。 光路的调制可以提供复合光照度或检测，用于空间成像和波长分隔。由于光 照度或检测系统与快门系统的组合，可以获得选择的空间信息；利用调制信 号可以识别多个源和/或位置；和/或可以将信号水平和标准系数应用于确定 空间位置。例如，公共源的亮度可以被局部地控制和衰减，以补偿不同几何 结构，反应物和材料响应最近的装置。通过局部衰减光线，还可以提供用于 传感器和/或源漂移(source drift)、路程长度、波导和光耦合损失的局部补 偿。
根据一个优选实施例，光纤装置连接快门系统和检测器和/或根据本发 明的发射系统。在图18的实例中，快门系统1801放置成与光纤束1802的 端部重叠，能够使进入单根光纤1803或从单根光纤出来的光的选择性衰减。 这种布局对于将单光源复合到多根光纤，让单独的光纤光照度在专用强度、 节省系统复杂性，利用多个光照源的成本和尺寸方面特别有优势。类似地， 它可以选择性地衰减光纤输出，以提供亮度控制和空间信息。
根据本发明的另一方面，快门装置连接光引导装置，允许在近轴装置上 的区域的选择光亮度或检测。在一个优选实施例中，近轴装置包含流体处理 结构，至少一个尺寸一般小于10毫米的尺寸，但是，通常小于1毫米。仅 举例而言，这种流体处理结构包括玻璃或塑料表面、侧面流带、通道、微透 镜、管子、井、贮水池、和吸收材料。图19A图示连接具有波导1902的快 门阵列1903和准直器1904部件，和源或检测器系统1901的微流盒1905的 实例。近轴装置也包含光学元件，诸如，透镜和准直器，以有助于引导光线。
在另一实施例中，检测器和具有快门阵列的多个源光学器件连接近轴装 置。在图19B中示出一个实例，其中微流盒1906连接具有准直器(1907， 1911)部件的两个快门阵列(1908，1912)，一个具有多个波导1909和源光 学器件1910，另一个具有连接检测器系统1914的波导1913。近轴装置还包 含光学元件，诸如，透镜和准直器，以助于引导光线。
根据一个优选实施例，快门元件用于选择的光照度和/或近轴装置上的 检测区域，诸如，微流装置。图19B的实例图示为在微流装置两侧对齐以照 明和/或检测的快门元件。这些快门元件的结构性操作降低微流装置与光学系 统对齐的公差要求；使光路的重构能够适应各种不同类型的微流装置。例如， 在这样的微流装置上成像包括微阵列、微井(microwell)、和/或微通道成像， 用于化学和/或生物化学分析。对于微阵列的静止成像，密集的荧光探针排列 在衬底上，那么排列区域的光谱图像需要检测。静止介质的微井和微通道检 测包括在不是密集的多个点的检测，和/或需要用于提高信号响应的光路变 化。基于检测的流动包括单点检测或流动剖面测量的选择区域的成像。
根据一个优选实施例，检测器是分光计。然而，可以使用任何合适的检 测器。例如，可以是电荷耦合装置(CCD)、光电二极管(PD)、雪崩光电 二极管(APD)、光电晶体管、光电倍增管(PMT)、互补金属氧化物半导体 (CMOS)传感器、电荷注入装置(CID)中的一个或多个。
那么快门阵列用于映射具有光谱信息的二维图像，形成三维超光谱图 像。可替换地，所关闭的区域(shuttered area)可以被成像，以从不同的光 谱区域获得光谱数据，从而提供多通道分光计，用于多个样品和基准分析。
在另一实施例中，进行快门调制，以调制多个源来识别它们的来源，和 /或识别有所调制源的激励产生的合成发射。例如，在基于分析的发光的波长 分离中特别有用。例如，图20A和20B分别表示通过快门系统(2004，2005， 2006，2012)使聚焦的光束发光位置2007会聚(2001，2002，2003)和平 行(2008，2009，2010)。快门元件还与透镜2011元件相关，以引导或改变 光束。可替换地，光束可以是自然的广谱，快门元件与滤波元件相关，以提 供选择的波长衰减。对于发光激励的小粒(molecules)，顺序发射可以通过 快门的调制与附近的波长区分开。因此，例如，如图21所示，单个的波长 响应(2102，2103)利用信号处理技术可以与组合的亮度信号2101区分开。
根据本发明的另一实施例，滤波元件可以加入快门的光路，用于波长选 择。这种滤波元件例如包括吸收、反射或液晶可调谐元件。滤波片位于光路 任何位置，它们组合到光具座中或与快门元件成一整体，或它们可移动，例 如，它们位于近轴装置上。当与广谱传感器组合时，这样的滤波片用于提高 信噪比或提供选择波长检测的低成本的方法。
根据本发明的一个优选实施例，快门元件结合入到用于照明的光具座和 /或近轴装置的检测部分。图22表示的实例是位于准直器2208和快门阵列 2207附近的近轴装置2212的侧视图，快门阵列2207选择性地关闭进入波导 2202用于聚焦到检测器2201上的光。具有准直器2210的快门阵列2209用 于选择性的源衰减和调制。在这个实例中，多个激光源2203和它们的扩束 器2204发射射线，射线在从反射器2213的表面2214反射并组合而照亮快 门阵列2209的相同区域前，通过快门阵列2209，所述快门阵列2209用于近 轴装置2212上的选择性光照度。
来自宽带源2205和反射器2206的光通过近轴装置2212的区域2211， 其可包含滤波元件。然后，来自每个滤波元件2211的光被选择性地关闭并 从反射器2213的表面2214反射到快门阵列2209的相反侧，所述快门阵列 2209用于近轴装置2212的选择性光照度。
为了进一步解释这个示例性实施例，图23表示图22中的光学系统的源 快门阵列2301的俯视图，表示宽带灯2306的位置在滤波区域2305下面。 通过这些滤波区域的每一个的光在反射后分别照亮区域2302，以通过快门元 件2304在近轴装置上提供宽且选择的照明区域。类似地，激光器的光在组 合和照亮被关闭的区域2303之前，通过用于衰减和调制快门元件2304，以 通过快门元件在近轴装置上提供选择性的空间照明。
在光路中的近轴装置中的光改变元件的结合，诸如，滤波片、光栅、掩 模、偏振片、散射片、棱镜、或透镜元件，提供通过简单改变近轴装置互换 光改变元件的方法，不改变仪器的光具座。这种技术对于许多要求不同形状 或不同波长光的应用来说，能够重构光具座。
通过对来自不同源的不同光束或通过近轴装置的不同变化的光束提供 快门，进一步提高本发明的应用。快门可以提供选择性照明的衰减、增益控 制、光束均匀化、和光束识别的调制。当用多束光束照明一个区域以分离源 信号和/或发射激发分子的信号时，光束识别是重要的。通过提高信号识别的 信噪比，这种方法有提高；通过使用多个独特的可识别光路能够搜集更多的 信息；允许从多个源同时照明提高操作速度。
通过整形和/或重叠多个源的光束，和/或形成具有多个变化光束的单光 源，在相同的区域可以提供多个波长或光束照明。在整个或部分照明区域进 一步组合快门元件能够提供选择性的空间照明。这是特别有利的，胜过单点 照明的传统方法，单点照明的方法中复杂的移动部件需要在照明区域上选择 性地扫描光束。
分离照明快门的优点包括：照明选择的区域不用复杂的移动部件；源识 别，用于包括信号提高的方法；选择区域增益控制对补偿光程差或在不同位 置同时提供不同水平的照明；反射控制，用于诸如增加近轴装置的路程长度 之类的方法；照明区域识别，用于信息处理或同步获取，通过调制快门识别 所调制的片段。
分离检测快门的优点包括：其提供检测区域的选择性衰减，用于检测区 域识别的空间信息；选择区域增益控制，用于补偿光程差或补偿不同位置的 不同照明；仅获取选择的区域降低噪音；和通过局部信号衰减和/或识别提高 检测器的灵敏度和动态范围；和通过同步获取更快检测。
结合可配置宽带和激光源的光学系统提供适于多种应用，不需要改变光 学系统元件。
根据本发明的另一方面，近轴装置提供信息给用于快门操作的仪器。这 种方法能够实现柔性快门结构，从而可以使用具有要求不同检测或照明需求 的区域的近轴装置。
除非上下文中另外要求，在整个说明书中(包括下面的权利要求)的词 语“comprise(包括)”及其变形，诸如，“comprises”和“comprising”，理 解为意思是包括陈述的整体或步骤、或整体或步骤的组，但是，不排除其它 的整体或步骤、或整体或步骤的组。
本申请要求2006年4月10提交的美国临时专利申请号US60/790,543 的优先权，其全部内容在此并入作为参考。本申请也要求2006年4月10提 交的澳大利亚临时专利申请AU 2006901854的优先权，其全部内容在此并入 作为参考。本申请还要求2006年11月22日提交的国际(PCT)申请 PCT/IB2006/003311的优先权，其全部内容在此并入作为参考。本申请还要 求2007年1月11日提交的国际(PCT)申请PCT/AU2007/000012的优先权， 其全部内容在此并入作为参考。本申请还要求2007年1月24日提交的国际 (PCT)申请PCT/AU2007/000061的优先权，其全部内容在此并入作为参考。 本申请还要求2007年1月24日提交的国际(PCT)申请PCT/AU2007/000062 的优先权，其全部内容在此并入作为参考。