[发明专利]一种基因测序仪显微物镜的检调焦方法与装置

说明书

本发明公开了一种基因测序仪显微物镜的检调焦方法和装置，检调焦方法包括如下步骤：照明光透射至基因测序芯片上反射成信号光；第二分光镜将信号光对半透射成第一信号光和反射成第二信号光；第一信号光穿过焦前针孔照射至焦前光强探测器上生成第一光强信号；同时，第二信号光穿过焦后针孔照射至焦后光强探测器上生成第二光强信号；主控系统获取第一光强信号和第二光强信号，并计算出基因测序芯片的实时离焦量；根据实时离焦量控制对焦驱动机构驱动物镜和/或基因测序芯片移动对焦。本检调焦装置简化了光路设计，信号计算处理更为简单，能够快速精确的计算出离焦量，使得物镜能够快速精确的自动对焦。

技术领域

本发明涉及显微成像技术，具体涉及一种基因测序仪显微物镜的检调焦方法和装置。

背景技术

目前，已经产品化且广泛应用的显微物镜检焦方法是基于图像传感器探测半圆形光束反射光斑质心位置检测显微物镜对焦情况(美国专利US7700903B2)，该方法是将激光经过准直透镜组准直并遮挡成半圆形平行光束从显微物镜像方进入显微物镜，聚焦在样品表面反射回来再通过显微物镜后，再通过准直透镜组成像在图像传感器上，形成半圆形光斑，其质心位置与样品离焦量对应，由此解算出样品离焦量。该方法静态检焦精度较高，可以达到0.25倍显微物镜焦深，但是其动态检焦精度下降到0.5倍焦深，不能满足高通量基因测序仪在样品快速扫描成像中对检焦精度的要求。

发明内容

本申请提供一种能够快速、高精度实时检调焦的方法与装置。

根据第一方面，一种实施例中提供一种基因测序仪显微物镜的检调焦方法，包括如下步骤：

点光源发生装置发射的照明光先后通过第一分光镜、准直镜和物镜透射至基因测序芯片上反射成信号光；

信号光先后通过物镜和准直镜透射后，经第一分光镜反射至第二分光镜，第二分光镜将信号光对半透射成第一信号光和反射成第二信号光；

第一信号光穿过位于第一信号光聚焦位置前端的焦前针孔照射至焦前光强探测器上，焦前光强探测器探测第一信号光并实时生成第一光强信号；同时，第二信号光穿过位于第二信号光聚焦位置后端的焦后针孔照射至焦后光强探测器上，焦后光强探测器探测第二信号光并实时生成第二光强信号；

主控系统获取第一光强信号和第二光强信号，并计算出基因测序芯片的实时离焦量；

主控系统根据实时离焦量控制对焦驱动机构驱动物镜和/或基因测序芯片移动对焦；

其中，焦前针孔和焦后针孔的离焦量相等。

进一步地，主控系统获取第一光强信号和第二光强信号后，做差计算得到差动共焦光强信号，再根据差动共焦光强函数计算出基因测序芯片的实时离焦量。

进一步地，差动共焦光强函数的数学表达式为：

其中：

其中：λ为点光源波长，D为有效准直光束宽度，f_o为物镜焦距，f_c为准直镜焦距，z为基因测序芯片的离焦量，d为焦前针孔和焦后针孔的离焦量。

根据第二方面，一种实施例中提供一种基因测序仪显微物镜的检调焦装置，包括：

点光源发生装置，其用于发射照明光；

第一分光镜，其倾斜安装在点光源发生装置发射的照明光的光路上，用于透射照明光和反射基因测序芯片反射的信号光；

准直镜，其安装在第一分光镜透射的照明光的光路上，并且中心线与照明光的光轴重合；

物镜，其安装在准直镜和基因测序芯片之间的光路上；