[發明專利]一種基因測序儀顯微物鏡的檢調焦方法與裝置

在審

• 申請號: 201711137784.2
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN109799595A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 張鑫;宋姍姍;苗亮;喬彥峰
• 申請（專利權）人: 長光華大基因測序設備（長春）有限公司
• 主分類號: G02B7/28
• 分類號: G02B7/28;C12M1/34
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 廖金暉;彭家恩

本發明公開了一種基因測序儀顯微物鏡的檢調焦方法和裝置，檢調焦方法包括如下步驟：照明光透射至基因測序芯片上反射成信號光；第二分光鏡將信號光對半透射成第一信號光和反射成第二信號光；第一信號光穿過焦前針孔照射至焦前光強探測器上生成第一光強信號；同時，第二信號光穿過焦后針孔照射至焦后光強探測器上生成第二光強信號；主控系統獲取第一光強信號和第二光強信號，并計算出基因測序芯片的實時離焦量；根據實時離焦量控制對焦驅動機構驅動物鏡和/或基因測序芯片移動對焦。本檢調焦裝置簡化了光路設計，信號計算處理更為簡單，能夠快速精確的計算出離焦量，使得物鏡能夠快速精確的自動對焦。

技術領域

本發明涉及顯微成像技術，具體涉及一種基因測序儀顯微物鏡的檢調焦方法和裝置。

背景技術

目前，已經產品化且廣泛應用的顯微物鏡檢焦方法是基于圖像傳感器探測半圓形光束反射光斑質心位置檢測顯微物鏡對焦情況(美國專利US7700903B2)，該方法是將激光經過準直透鏡組準直并遮擋成半圓形平行光束從顯微物鏡像方進入顯微物鏡，聚焦在樣品表面反射回來再通過顯微物鏡后，再通過準直透鏡組成像在圖像傳感器上，形成半圓形光斑，其質心位置與樣品離焦量對應，由此解算出樣品離焦量。該方法靜態檢焦精度較高，可以達到0.25倍顯微物鏡焦深，但是其動態檢焦精度下降到0.5倍焦深，不能滿足高通量基因測序儀在樣品快速掃描成像中對檢焦精度的要求。

發明內容

本申請提供一種能夠快速、高精度實時檢調焦的方法與裝置。

根據第一方面，一種實施例中提供一種基因測序儀顯微物鏡的檢調焦方法，包括如下步驟：

點光源發生裝置發射的照明光先后通過第一分光鏡、準直鏡和物鏡透射至基因測序芯片上反射成信號光；

信號光先后通過物鏡和準直鏡透射后，經第一分光鏡反射至第二分光鏡，第二分光鏡將信號光對半透射成第一信號光和反射成第二信號光；

第一信號光穿過位于第一信號光聚焦位置前端的焦前針孔照射至焦前光強探測器上，焦前光強探測器探測第一信號光并實時生成第一光強信號；同時，第二信號光穿過位于第二信號光聚焦位置后端的焦后針孔照射至焦后光強探測器上，焦后光強探測器探測第二信號光并實時生成第二光強信號；

主控系統獲取第一光強信號和第二光強信號，并計算出基因測序芯片的實時離焦量；

主控系統根據實時離焦量控制對焦驅動機構驅動物鏡和/或基因測序芯片移動對焦；

其中，焦前針孔和焦后針孔的離焦量相等。

進一步地，主控系統獲取第一光強信號和第二光強信號后，做差計算得到差動共焦光強信號，再根據差動共焦光強函數計算出基因測序芯片的實時離焦量。

進一步地，差動共焦光強函數的數學表達式為：

其中：

其中：λ為點光源波長，D為有效準直光束寬度，f_o為物鏡焦距，f_c為準直鏡焦距，z為基因測序芯片的離焦量，d為焦前針孔和焦后針孔的離焦量。

根據第二方面，一種實施例中提供一種基因測序儀顯微物鏡的檢調焦裝置，包括：

點光源發生裝置，其用于發射照明光；

第一分光鏡，其傾斜安裝在點光源發生裝置發射的照明光的光路上，用于透射照明光和反射基因測序芯片反射的信號光；

準直鏡，其安裝在第一分光鏡透射的照明光的光路上，并且中心線與照明光的光軸重合；

物鏡，其安裝在準直鏡和基因測序芯片之間的光路上；