BR102018004086A2 - sistemas e métodos para rastreamento de foco aprimorado usando estruturas de bloqueio - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a sistemas e os métodos que incluem uma estrutura de bloqueio óptico que pode incluir um quadro definindo uma abertura, primeiro e segundo elementos estruturais alongados, cada um compreendendo primeira e segunda extremidades, de modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado possam estar conectados nas suas primeiras extremidades a lados opostos da abertura e, além disso, de modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado possam estender-se a partir do quadro paralelo e na mesma direção entre si; e um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades do primeiro e do segundo elemento de bloqueio.

Description

(54) Título: SISTEMAS E MÉTODOS PARA RASTREAMENTO DE FOCO APRIMORADO USANDO ESTRUTURAS DE BLOQUEIO (51) Int. Cl.: G02B 21/00.

(52) CPC: G02B 21/002.

(30) Prioridade Unionista: 05/05/2017 NL N2018854; 07/03/2017 US 62/468.355.

(71) Depositante(es): ILLUMINA, INC..

(72) lnventor(es): DANILO CONDELLO; SIMON PRINCE; DAVID HARGIS; JOHN O'SHAUHNESSY; WILLIAM BUTTERFIELD; JEFFREY BENDICK; PETER CLARKE NEWMAN.

(57) Resumo: A presente invenção refere-se a sistemas e os métodos que incluem uma estrutura de bloqueio óptico que pode incluir um quadro definindo uma abertura, primeiro e segundo elementos estruturais alongados, cada um compreendendo primeira e segunda extremidades, de modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado possam estar conectados nas suas primeiras extremidades a lados opostos da abertura e, além disso, de modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado possam estender-se a partir do quadro paralelo e na mesma direção entre si; e um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades do primeiro e do segundo elemento de bloqueio.

1/55 “SISTEMAS E MÉTODOS PARA RASTREAMENTO DE FOCO APRIMORADO USANDO ESTRUTURAS DE BLOQUEIO”

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001]Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório US. No. 62/468.355, depositado em 7 de março de 2017, que é aqui incorporado por referência em sua totalidade. Este pedido também reivindica prioridade para o Pedido de Patente Holandesa No. N2018854, depositado em 5 de maio de 2017, que é aqui incorporado por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002]Muitos avanços no campo da biologia se beneficiaram de sistemas e técnicas de captação de imagem aprimorados, tal como, por exemplo, os utilizados em microscópios ópticos e digitalizadores. Obter foco preciso durante a captação da imagem usando esses sistemas de captação de imagem pode ser importante para operações de captação de imagem bem-sucedidas. Além disso, diminuir a latência associada à focagem do sistema em uma amostra aumenta a velocidade na qual o sistema pode operar.

[003]Muitos sistemas de digitalização pré-existentes utilizam um sistema de rastreamento de foco de múltiplos feixes para determinar distâncias focais para uma dada amostra. O sistema de múltiplos feixes foca dois feixes na amostra usando a lente objetiva. Os feixes de foco são refletidos a partir da superfície da amostra e os feixes refletidos são direcionados para um sensor de imagem. Os feixes refletidos formam pontos no sensor de imagem e a distância entre os pontos pode ser usada para determinar a distância focal.

[004]Os projetistas de sistemas pré-existentes estão constantemente esforçando-se para melhorar a precisão do foco e a velocidade com que o sistema pode determinar o ajuste de foco. Melhorar a precisão pode ser importante, pois pode permitir que o sistema obtenha melhores resultados. A redução da latência

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2/55 pode ser uma consideração importante porque pode permitir que o sistema atinja uma determinação de foco mais rapidamente, permitindo assim que o sistema complete as operações de digitalização mais rapidamente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [005]Vários exemplos das tecnologias aqui descritas fornecem sistemas e métodos para melhorar a precisão do rastreamento de foco em sistemas ópticos. Outros exemplos fornecem sistemas e métodos para reduzir a latência associada ao rastreamento de foco em digitalizadores ópticos. Em alguns exemplos, sistemas e métodos são fornecidos para melhorar ou reduzir a latência associada ao rastreamento de foco em digitalizadores ópticos.

[006]Em alguns exemplos, uma estrutura de bloqueio óptico inclui um quadro que define uma abertura; um primeiro e um segundo elemento estrutural alongado, cada um compreendendo primeira e segunda extremidades de tal modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado estão conectados nas suas primeiras extremidades a lados opostos da abertura e, além disso, de modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado se estendam a partir do quadro paralelo e na mesma direção entre si; e um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades do primeiro e do segundo elemento de bloqueio.

[007]A título de um exemplo adicional, a superfície frontal do elemento de bloqueio pode formar uma face de bloqueio dimensionada para bloquear os feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e não bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra. Além disso, apenas a título de exemplo adicional, a estrutura de bloqueio óptico pode ser dimensionada para ser disposta adjacente a um divisor de feixe e a superfície traseira do elemento de bloqueio é disposta em um plano que está em um ângulo em relação a um plano do quadro,

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3/55 além disso de modo que o ângulo seja escolhido onde a superfície traseira do elemento de bloqueio é substancialmente paralela a uma face do divisor de feixe. Em alguns casos, a largura da superfície traseira do elemento de bloqueio pode estar entre aproximadamente 2 mm e 7 mm. Ademais, apenas a título de exemplo, a superfície traseira do elemento de bloqueio pode ser uma largura selecionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra sem interferir com os feixes refletidos pelas superfícies S2 e S3.

[008]Adicionalmente, em outros exemplos, a estrutura de bloqueio óptico pode ser dimensionada para ser utilizada em operação com um sistema de digitalização que capta imagens de amostras contidas em um recipiente de amostra de múltiplas camadas que pode incluir quatro superfícies reflexivas, e ainda de tal modo que uma superfície traseira do elemento de bloqueio forme uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e para não bloquear feixes refletidos a partir da segunda e da terceira superfície do recipiente de amostra. Somente a título de exemplo, a estrutura de bloqueio óptico pode ser dimensionada para ter uma seção transversal triangular.

[009]Em outros exemplos, uma estrutura de bloqueio óptico pode incluir um quadro definindo uma abertura, de modo que a abertura é dimensionada para ter de aproximadamente 20 mm a 40 mm e de aproximadamente 15 mm a 30 mm de altura; um primeiro elemento estrutural pode incluir uma primeira extremidade e uma segunda extremidade definindo um corpo alongado, o corpo alongado dimensionado para ter entre aproximadamente 20 mm e 30 mm de comprimento; um segundo elemento estrutural pode incluir uma primeira extremidade e uma segunda extremidade que definem um segundo corpo alongado, o corpo alongado dimensionado para ter entre aproximadamente 20 mm e 30 mm de comprimento, de modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural estejam conectados nas suas

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4/55 primeiras extremidades a lados opostos da abertura, onde o primeiro e o segundo elemento estrutural se estendem a partir do quadro paralelo e na mesma direção entre si; e um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades dos primeiro e do segundo elemento de bloqueio, o elemento de bloqueio opticamente opaco dimensionado para ter entre aproximadamente 1 mm e 20 mm de largura.

[010]Apenas a título de exemplo, a superfície frontal do elemento de bloqueio pode formar uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e não bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra. Além disso, apenas a título de outro exemplo, a estrutura de bloqueio óptico pode ser dimensionada para ser disposta adjacente a um divisor de feixe e a superfície traseira do elemento de bloqueio é disposta em um plano que está em um ângulo em relação a um plano do quadro, onde o ângulo é escolhido de tal modo que a superfície traseira do elemento de bloqueio seja substancialmente paralela a uma face do divisor de feixe.

[011]Em alguns exemplos, a largura da superfície traseira do elemento de bloqueio pode ser uma largura selecionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra sem interferir com feixes refletidos pelas superfícies S2 e S3. Em alguns casos, apenas a título de exemplo, a estrutura de bloqueio óptico pode ser dimensionada para uso em operação com um sistema de digitalização que capta a imagem de amostras contidas em um recipiente de amostra de múltiplas camadas que inclui quatro superfícies reflexivas, de modo que a superfície traseira do elemento de bloqueio possa formar uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e não bloquear feixes refletidos a partir da segunda e da terceira superfície do recipiente de

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5/55 amostra. Além disso, a estrutura de bloqueio óptico pode ser dimensionada para ter uma seção transversal triangular.

[012]Em alguns exemplos, um sistema de captação de imagem pode também ser descrito onde o sistema de captação de imagem inclui uma fonte de luz laser; uma janela de divisão diferencial para dividir a luz emitida a partir da fonte de luz em uma pluralidade de feixes paralelos; um recipiente de amostra que pode incluir uma primeira, uma segunda e uma terceira camada dispostas sobre um substrato em relação de toque, as camadas incluindo uma primeira superfície reflexiva na primeira camada do recipiente de amostra, uma segunda superfície reflexiva entre a primeira e a segunda camada com uma terceira superfície reflexiva entre a segunda e a terceira camada, e uma quarta superfície reflexiva entre a terceira camada e o substrato; uma lente objetiva posicionada para focar a luz a partir da fonte de luz sobre ao menos uma da segunda e da terceira superfície reflexiva e para receber a luz refletida a partir do recipiente de amostra; um sensor de imagem que inclui uma pluralidade de localizações de pixels posicionados para receber luz refletida a partir do recipiente de amostra; uma primeira estrutura de bloqueio posicionada para bloquear uma reflexão a partir da primeira superfície de atingir o sensor de imagem; e uma segunda estrutura de bloqueio posicionada para bloquear uma reflexão a partir da quarta superfície de atingir o sensor de imagem.

[013]A título de exemplo, o sistema de captação de imagem pode incluir adicionalmente um divisor disposto em um caminho de retorno óptico do sistema de captação de imagem entre a lente objetiva e o sensor de imagem, de modo que a segunda estrutura de bloqueio seja posicionada no caminho óptico de retorno para bloquear uma reflexão a partir da quarta superfície na saída do divisor.

[014]Em exemplos adicionais, a segunda estrutura de bloqueio pode ainda incluir um quadro definindo uma abertura; primeiro e segundo elementos estruturais alongados, cada um incluindo primeira e segunda extremidades de tal modo que o

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6/55 primeiro e o segundo elemento estrutural alongado estão conectados nas suas primeiras extremidades a lados opostos da abertura e, além disso, de modo que o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado se estendam a partir do quadro paralelo e na mesma direção entre si; e um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades do primeiro e do segundo elemento de bloqueio. Além disso, em alguns casos, a superfície frontal do elemento de bloqueio pode formar uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e não bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra. Em casos adicionais, apenas por meio de outro exemplo, a segunda estrutura de bloqueio pode ser dimensionada para ser disposta adjacente a um divisor de feixe e a superfície traseira do elemento de bloqueio pode ser disposta em um plano que está em um ângulo em relação a um plano do quadro, de modo que o ângulo seja escolhido onde a superfície traseira do elemento de bloqueio é substancialmente paralela a uma face do divisor de feixe.

[015]A título de exemplo apenas, a largura da superfície traseira da segunda estrutura de bloqueio pode estar entre aproximadamente 2 mm e 7 mm. Além disso, apenas por meio de outro exemplo, a segunda estrutura de bloqueio pode ser dimensionada para uso em operação com um sistema de digitalização que capta imagem de amostras contidas em um recipiente de amostra de múltiplas camadas que podem incluir quatro superfícies reflexivas, e de modo que uma superfície traseira do elemento de bloqueio forma uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e para não bloquear feixes refletidos a partir da segunda e terceira superfície do recipiente de amostra.

[016]Além disso, a primeira estrutura de bloqueio pode incluir uma abertura

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7/55 dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir da primeira superfície do recipiente de amostra e permitir que feixes refletidos a partir da segunda e da terceira superfície do recipiente de amostra passem através da abertura.

[017]Outras características e aspectos dos exemplos descritos tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada que se segue, em conjunto com os desenhos em anexo, que ilustram, a título de exemplo, as características de acordo com os exemplos da invenção. O resumo não pretende limitar o alcance da invenção, que é definida unicamente pelas reivindicações em anexo.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [018]A tecnologia aqui descrita, de acordo com uma ou mais implementações exemplificativas, é descrita em detalhes com referência às seguintes figuras. Essas figuras são fornecidas para facilitar a compreensão do leitor da tecnologia descrita, e não se destinam a ser completas ou a limitar a descrição às formas precisas descritas. Na verdade, os desenhos nas figuras são fornecidos apenas para fins ilustrativos, e descrevem meramente implementações exemplificativas da tecnologia descrita. Além disso, dever-se-ia notar que, para maior clareza e facilidade de ilustração, os elementos nas figuras não foram necessariamente desenhados em escala.

[019]Algumas das figuras aqui incluídas ilustram vários exemplos da tecnologia descrita a partir de diferentes ângulos de visão. Embora o texto descritivo que acompanha possa se referir a essas vistas como vista “superior”, “inferior” ou “lateral”, essas referências são meramente descritivas e não implicam ou exigem que a tecnologia descrita seja implementada ou usada em uma orientação espacial específica, a menos que explicitamente declarado ao contrário.

[020]A Figura 1 ilustra um diagrama de blocos simplificado de um exemplo de um sistema de digitalização de imagem com o qual os sistemas e métodos aqui descritos podem ser implementados.

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8/55 [021 ]As Figuras 2A e 2B ilustram um sistema óptico exemplificativo para rastreamento de foco. Particularmente, a Figura 2A ilustra um modelo óptico exemplificativo para rastreamento de foco de acordo com uma implementação exemplificativa dos sistemas e métodos aqui descritos. A Figura 2B é um diagrama que ilustra uma vista alternativa de uma parte do sistema óptico mostrado na Figura 2A.

[022]A Figura 3A ilustra um exemplo de um recipiente de amostra configurado para alojar uma ou mais amostras a serem imageadas que compreende múltiplas camadas.

[023]A Figura 3B é um diagrama que ilustra um exemplo da criação de reflexões desejadas e indesejadas fora das múltiplas superfícies de um recipiente de amostra de múltiplas camadas em alguns ambientes.

[024]A Figura 3C é um diagrama que ilustra um exemplo do efeito das reflexões indesejadas no sensor de imagem.

[025]A Figura 3D é um diagrama que ilustra uma redução de ruído no sensor de imagem como um resultado da colocação de estruturas de bloqueio de acordo com aplicações exemplificativas da tecnologia aqui descrita.

[026]A Figura 4A ilustra uma parte de um sensor de imagem compreendendo uma pluralidade de pixels (não mostrados para clareza de ilustração) sobre os quais os feixes de rastreamento de foco são direcionados de acordo com uma implementação exemplificativa dos sistemas e métodos aqui descritos.

[027]A Figura 4B é um diagrama que ilustra as intensidades dos feixes de foco esquerdo e direito refletindo no sensor de imagem a partir das superfícies S2 e S3 em diferentes configurações de foco com a lente de colimação ajustada para posicionar uma cintura do feixe ao longo do caminho óptico dos feixes de rastreamento de foco.

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9/55 [028]A Figura 4C é um diagrama que ilustra intensidades de feixes de foco direito e esquerdo que refletem sobre o sensor de imagem das superfícies S2 e S3 em diferentes definições de foco com a lente de colimação ajustada para posicionar uma cintura de feixe mais otimamente ao longo da trajetória óptica dos feixes de rastreamento de foco.

[029]A Figura 5A é um diagrama que ilustra um exemplo de uma lente implementada para fazer os raios de rastreamento de foco convergirem em um plano de amostra e serem focados em um sensor de imagem.

[030]A Figura 5B é um diagrama que ilustra um exemplo de um prisma de topo implementado para fazer os feixes de rastreamento de foco convergirem para um sensor de imagem.

[031 ]A Figura 6 é um diagrama que ilustra uma configuração exemplificativa incluindo uma lente posicionada para colocar uma cintura do feixe do feixe de rastreamento de foco em uma posição selecionada.

[032]A Figura 7 é um diagrama que ilustra um exemplo de um sistema de rastreamento de foco com qual sistemas e métodos aqui descritos podem ser implementados.

[033]As Figuras 8 e 9 são diagramas que ilustram relações espaciais de feixes de rastreamento de foco refletidos em um exemplo.

[034]A Figura 10 é um diagrama que ilustra uma colocação exemplificativa de um bloqueador de feixe para bloquear as reflexões dos feixes de rastreamento de foco esquerdo e direito a partir da superfície S4.

[035]As Figuras 11 e 12 são diagramas que ilustram a relação espacial dos feixes de rastreamento de foco refletidos no divisor de feixe na configuração exemplificativa da Figura 7, com o bloqueador de feixe colocado como mostrado na Figura 10.

[036]As Figuras 13 e 14 ilustram os feixes refletidos no espelho do

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10/55 periscópio superior e no divisor do feixe em um exemplo.

[037]A Figura 15A é uma vista de cima para baixo ilustrando um exemplo dos feixes de rastreamento de foco refletidos pelas superfícies S2 e S4 retornados a partir da lente objetiva e direcionados para o divisor.

[038]A Figura 15B é uma vista aproximada da Figura 15A ilustrando como os feixes refletidos S4 podem ser bloqueados na face traseira do divisor por um elemento de bloqueio.

[039]A Figura 15C é um diagrama que ilustra uma vista de cima para baixo de um exemplo de um elemento de bloqueio posicionado na face traseira de um divisor.

[040]A Figura 15D é um diagrama que ilustra uma representação de uma estrutura de bloqueio de 4 mm de largura no caminho do feixe dos feixes de rastreamento de foco refletidos no divisor.

[041 ]As Figuras 16A e 16B são diagramas que ilustram um exemplo de um bloqueador de feixe que pode ser usado para bloquear as reflexões S4 no filtro / divisor de acordo com as implementações exemplificativas descritas com referência às Figuras 8 a 10.

[042]A Figura 17A apresenta uma vista em corte de um bloqueador de feixe instalado no divisor de feixe em um exemplo.

[043]A Fig. 17B apresenta uma vista traseira de um bloqueador de feixe instalado no divisor de feixe.

[044]A Figura 18A ilustra um exemplo de uma abertura que pode ser usada para bloquear os feixes refletidos a partir da superfície S1.

[045]A Figura 18B ilustra uma colocação exemplificativa da abertura na frente do divisor de feixe normal ao eixo do feixe.

[046]A Figura 19 mostra pontos a partir dos feixes em um espelho de periscópio superior para focar no topo da amostra.

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11/55 [047]A Figura 20 mostra pontos a partir dos feixes em um espelho de periscópio superior para foco no fundo da amostra.

[048]A Figura 21 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captação de imagem no topo da faixa de captura quando focando em S2.

[049]A Figura 22 ilustra manchas na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captar imagem no fundo da faixa de captura quando focando em S2.

[050]A Figura 23 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captação de imagem no topo da faixa de captura quando focando em S3.

[051 ]A Figura 24 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captação de imagem no fundo da faixa de captura quando focando em S3.

[052]A Figura 25A ilustra, em um exemplo, a variação de franjas pontuais em um ponto de feixe no sensor de imagem com um diodo laser operando em um modo de laser.

[053]A Figura 25B ilustra, em um exemplo, um perfil de ponto em um ponto de feixe no sensor de imagem com um diodo laser operando em um modo de baixa potência.

[054]A Figura 26 é um diagrama que ilustra um exemplo de um diodo laser operado em um modo ASE.

[055]A Figura 27 é um diagrama que ilustra um exemplo de um diodo laser operado em um modo de laser.

[056]A Figura 28 é um diagrama que ilustra um exemplo de um diodo laser operado em um modo híbrido.

[057]A Figura 29 ilustra a instabilidade no tamanho do ponto quando um diodo laser é alimentado para operar em um modo de laser.

[058]A Figura 30A ilustra um exemplo de movimento do ponto com um diodo laser operando em um modo híbrido.

[059]A Figura 30B ilustra um exemplo de um movimento do ponto com um

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12/55 diodo laser operando em um modo híbrido.

[060]A Figura 31 é um diagrama que ilustra um exemplo da largura espectral de várias fontes laser testadas para determinar a relação entre a largura espectral em 5% e a potência definida.

[061]Dever-se-ia entender que a tecnologia descrita pode ser praticada com modificação e alteração, e que a tecnologia descrita pode ser limitada apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA [062]Várias implementações exemplificativas das tecnologias aqui descritas fornecem sistemas e métodos para melhorar ou reduzir a latência associada ao rastreamento de foco em digitalizadores ópticos. Vários exemplos adicionais fornecem sistemas e métodos para melhorar a precisão dos sistemas de rastreamento de foco em digitalizadores ópticos. Ainda outros exemplos combinam aspectos de ambos. Por exemplo, em alguns exemplos, sistemas e métodos são fornecidos para bloquear a luz dispersa causada por reflexões indesejadas a partir de um recipiente de amostra de alcançar o sensor de imagem e dificultar a detecção dos feixes de rastreamento de foco. Em algumas aplicações, um recipiente de amostra para o sistema de digitalização pode incluir uma camada de amostra intercalada entre duas ou mais camadas. Em tais aplicações, as superfícies apresentadas pelo recipiente de amostra de múltiplas camadas podem apresentar um feixe refletido de volta para a lente objetiva e para o caminho de retorno do sistema de digitalização. Reflexões não desejadas, que em alguns casos podem ser muito mais fortes do que as reflexões a partir da camada de amostra, podem diminuir a relação sinal-ruído no sensor de imagem, dificultando a detecção dos feixes de rastreamento de foco real em meio a todos os outros ruídos ópticos. As reflexões indesejadas ou feixes dispersos também podem se sobrepor e interferir de forma coerente com pontos de rastreamento de foco no sensor de imagem, e causar

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13/55 o aparecimento de franjas, degradando assim a precisão do rastreamento de foco. Exemplos dos sistemas e métodos aqui descritos podem colocar aberturas, barras de bloqueio, ou outros elementos de bloqueio em um ou mais pontos ao longo do caminho do sinal de retorno para fornecer estruturas opticamente opacas para bloquear os feixes indesejados refletidos das outras superfícies de alcançar o sensor de imagem.

[063]Como outro exemplo, outras configurações podem incluir uma estrutura óptica, tal como uma lente ou outro elemento óptico curvo ou parcialmente curvo no caminho óptico para moldar os feixes laser de rastreamento de foco. Em vários exemplos, isso pode ser implementado inserindo-se o elemento óptico no caminho óptico antes da lente objetiva para posicionar uma cintura do feixe dentro do sistema. Mais particularmente, em algumas implementações, o elemento óptico é posicionado no caminho óptico a uma distância determinada da saída da fibra óptica de modo a colocar uma cintura do feixe de um ou mais feixes de rastreamento de foco em uma localização desejada ao longo do caminho óptico. A posição da cintura do feixe ao longo do caminho óptico pode ser escolhida de tal modo que os pontos resultantes a partir dos feixes de rastreamento de foco refletidos em múltiplas superfícies de interesse do recipiente de amostra são do mesmo tamanho ou substancialmente do mesmo tamanho no plano do sensor de imagem para melhorar a precisão e a latência do rastreamento de foco. Em outras implementações, um mecanismo de ajuste pode ser fornecido para ajustar a localização do elemento óptico para a localização ideal da cintura do feixe ao longo do caminho óptico.

[064]Ainda como outro exemplo, outras implementações incluem configuração e ajuste da fonte óptica para os feixes de rastreamento de foco. Mais particularmente, alguns exemplos podem ser configurados para ajustar e definir o nível de potência no qual uma fonte de diodo laser opera para reduzir a franja dos pontos de feixe de rastreamento de foco no sensor de imagem e para fornecer uma

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14/55 localização de pontos mais estável e consistente. O nível de potência do laser pode ser configurado de modo que o diodo laser esteja operando em modo quasi-laser ou modo híbrido, combinando aspectos de um modo de operação ASE e um modo de operação a laser. O nível de potência pode ser ajustado dentro de uma faixa que está na extremidade alta abaixo da potência na qual o diodo laser emite o que normalmente seria considerado como luz altamente coerente, com um único pico espectral dominante e picos secundários insignificantes; e na extremidade inferior acima da potência em que o laser emite completamente luz temporariamente incoerente, também chamada de Emissão Espontânea Amplificada (ASE).

[065]Antes de descrever outros exemplos dos sistemas e métodos aqui descritos, é útil descrever um ambiente exemplificativo com o qual os sistemas e métodos podem ser implementados. Tal ambiente exemplificativo é o de um sistema de digitalização de imagem, tal como o ilustrado na Figura 1. O sistema de digitalização de imagem exemplificativo pode incluir um dispositivo para obter ou produzir uma imagem de uma região. O exemplo representado na Figura 1 mostra uma configuração de imagem exemplificativa de uma implementação de modelo de luz de fundo.

[066]Como pode ser visto no exemplo da Figura 1, as amostras em questão estão localizadas no recipiente de amostra 110, que está posicionado em um estágio de amostra 170 sob uma lente objetiva 142. A fonte de luz 160 e as ópticas associadas direcionam um feixe de luz, tal como luz laser, para uma localização de amostra escolhida na amostra recipiente 110. A amostra fluoresce e a luz resultante é coletada pela lente objetiva 142 e direcionada para um detector de foto 140 para detectar a fluorescência. O estágio de amostra 170 é movido em relação à lente objetiva 142 para posicionar a próxima localização de amostra no recipiente de amostra 110 no ponto focal da lente objetiva 142. O movimento do estágio de amostra 110 em relação à lente objetiva 142 pode ser conseguido movendo-se o

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15/55 próprio estágio de amostra, a lente objetiva, o estágio óptico inteiro ou qualquer combinação dos anteriores. Outros exemplos também podem incluir mover o sistema de captação de imagem inteiro sobre uma amostra estacionária.

[067]O módulo ou dispositivo de entrega de fluido 100 direciona o fluxo de reagentes (por exemplo, nucleotídeos fluorescentes, tampões, enzimas, reagentes de divagem, etc.) para (e através) do recipiente de amostra 110 e da válvula de cintura 120. Em exemplos particulares, o recipiente de amostra 110 pode ser implementado como uma célula de fluxo que inclui agrupamentos de sequências de ácido nucleico em uma pluralidade de localizações de amostra no recipiente de amostra 110. As amostras a serem sequenciadas podem ser acopladas ao substrato da célula de fluxo, juntamente com outros componentes opcionais.

[068]O sistema também compreende o atuador de estação de temperatura 130 e o aquecedor / refrigerador 135 que pode opcionalmente regular a temperatura das condições dos fluidos dentro do recipiente de amostra 110. O sistema de câmera 140 pode ser incluído para monitorar e rastrear o sequenciamento do recipiente de amostra 110. O sistema de câmera 140 pode ser implementado, por exemplo, como uma câmera CCD, que pode interagir com vários filtros dentro do conjunto de comutação de filtro 145, lente objetiva 142 e conjunto de laser de focagem / laser de focagem 150. O sistema de câmera 140 não está limitado a uma câmera CCD e outras tecnologias de sensores de imagem podem ser usadas.

[069]A fonte de luz 160 (por exemplo, um laser de excitação dentro de um conjunto que compreende opcionalmente vários lasers) ou outra fonte de luz pode ser incluída para iluminar as reações de sequenciamento fluorescente dentro das amostras via iluminação através da interface de fibra óptica 161 (que pode opcionalmente compreender uma ou mais lentes re-captação de imagem, um conjunto de fibra óptica, etc.). A lâmpada de baixo watt 165, o laser de focagem 150 e um dicroico reverso 185 também são apresentados no exemplo mostrado. Em

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16/55 alguns exemplos, o laser de focagem 150 pode ser desligado durante a captação da imagem. Em outros exemplos, uma configuração de foco alternativa pode incluir uma segunda câmera de focagem (não mostrada), que pode ser um detector de quadrante, um Detector Sensível à Posição (PSD), ou um detector similar para medir a localização do feixe disperso refletido a partir da superfície simultaneamente com a coleta de dados.

[070]Embora ilustrado como um dispositivo retroiluminado, outros exemplos podem incluir uma luz a partir de um laser ou outra fonte de luz que é direcionada através da lente objetiva 142 para as amostras no recipiente de amostra 110. O recipiente de amostra 110 pode ser montado em última instância em um estágio de amostra 170 para fornecer movimento e alinhamento do recipiente de amostra 110 em relação à lente objetiva 142. O estágio de amostra pode ter um ou mais atuadores para permitir que ele se mova em qualquer uma das três dimensões. Por exemplo, em termos do sistema de coordenadas cartesianas, os atuadores podem ser fornecidos para permitir que o estágio se mova nas direções X, Y e Z em relação à lente objetiva. Isso pode permitir que uma ou mais localizações de amostra no recipiente de amostra 110 sejam posicionadas em alinhamento óptico com a lente objetiva 142.

[071]Um componente de foco (eixo z) 175 é mostrado neste exemplo como sendo incluído para controlar o posicionamento dos componentes ópticos em relação ao recipiente de amostra 110 na direção de foco (tipicamente chamado de eixo z, ou direção z). O componente de foco 175 pode incluir um ou mais atuadores fisicamente acoplados ao estágio óptico ou ao estágio de amostra, ou ambos, para mover o recipiente de amostra 110 no estágio de amostra 170 em relação aos componentes ópticos (por exemplo, a lente objetiva 142) para fornecer uma focagem adequada para a operação de captação de imagem. Por exemplo, o atuador pode ser acoplado fisicamente ao respectivo estágio, tal como, por exemplo, por

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17/55 acoplamento mecânico, magnético, fluídico ou outro, ou contato direto ou indireto com ou com o estágio. Um ou mais atuadores podem ser configurados para mover o estágio na direção z enquanto mantém o estágio de amostra no mesmo plano (por exemplo, mantendo uma atitude nivelada ou horizontal, perpendicular ao eixo óptico). Um ou mais atuadores também podem ser configurados para inclinar o estágio. Isso pode ser feito, por exemplo, para que o recipiente de amostra 110 possa ser nivelado dinamicamente para explicar qualquer inclinação em suas superfícies.

[072]A focagem do sistema pode referir-se ao alinhamento do plano focal da lente objetiva com a amostra a ser imageada na localização de amostra escolhida. No entanto, a focagem também pode se referir a ajustes no sistema para obter uma característica desejada para uma representação da amostra, tal como, por exemplo, um nível desejado de nitidez ou contraste para uma imagem de uma amostra de teste. Como a profundidade de campo utilizada do plano focal da lente objetiva pode ser pequena (às vezes na ordem de 1 pm ou menos), o componente de foco 175 segue de perto a superfície que está sendo imageada. Como o recipiente de amostra não é perfeitamente plano, como fixado no instrumento, o componente de foco 175 pode ser configurado para seguir este perfil enquanto se desloca na direção de varredura (aqui refere-se ao eixo y).

[073]A luz que emana a partir de uma amostra de teste em uma localização de amostra que está sendo imageada pode ser direcionada para um ou mais detectores do sistema de câmara 140. Uma abertura pode ser incluída e posicionada para permitir que apenas a luz emanando a partir da área de foco passe para o detector. A abertura pode ser incluída para melhorar a qualidade de imagem, filtrando componentes da luz que emanam a partir de áreas que estão fora da área de foco. Os filtros de emissão podem ser incluídos no conjunto de comutação de filtro 145, que pode ser selecionado para registrar um determinado comprimento de

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18/55 onda de emissão e para cortar qualquer luz laser dispersa.

[074]Em várias aplicações, o recipiente de amostra 110 pode incluir um ou mais substratos sobre os quais as amostras são fornecidas. Por exemplo, no caso de um sistema para analisar um grande número de diferentes sequências de ácido nucleico, o recipiente de amostra 110 pode incluir um ou mais substratos nos quais os ácidos nucleicos a serem sequenciados estão ligados, acoplados ou associados. Em várias implementações, o substrato pode incluir qualquer substrato ou matriz inerte ao qual os ácidos nucleicos podem ser acoplados, tais como, por exemplo, superfícies de vidro, superfícies de plástico, látex, dextrano, superfícies de poliestireno, superfícies de polipropileno, géis de poliacrilamida, superfícies de ouro e bolachas de silício. Em algumas aplicações, o substrato está dentro de um canal ou outra área em uma pluralidade de localizações formadas em uma matriz ou arranjo através do recipiente de amostra 110.

[075]Embora não ilustrado, um controlador pode ser fornecido para controlar a operação do sistema de varredura. O controlador pode ser implementado para controlar aspectos da operação do sistema, tais como, por exemplo, operações de focagem, de movimento de estágio e de captação de imagem. Em várias implementações, o controlador pode ser implementado usando hardware, algoritmos (por exemplo, instruções executáveis por máquina) ou uma combinação dos anteriores. Por exemplo, em algumas implementações, o controlador pode incluir uma ou mais CPUs ou processadores com memória associada. Como outro exemplo, o controlador pode incluir hardware ou outros conjuntos de circuitos para controlar a operação, tal como um processador de computador e um meio legível por computador não transitório com instruções legíveis por máquina armazenadas no mesmo. Por exemplo, estes conjuntos de circuitos podem incluir um ou mais dos seguintes: arranjo de portas programáveis em campo (FPGA), circuito integrado de aplicação específica (ASIC), dispositivo lógico programável (PLD), dispositivo lógico

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19/55 programável complexo (CPLD), arranjo lógico programável (PLA), lógica de arranjo programável (PAL) ou outro dispositivo ou conjuntos de circuitos de processamento similares. Como outro exemplo, o controlador pode compreender uma combinação destes conjuntos de circuitos com um ou mais processadores.

[076]Geralmente, para operações de focagem, um feixe de foco gerado por um laser de focagem é refletido da localização de amostra para medir o foco exigido, e o estágio de amostra é movido em relação ao estágio óptico para focar o estágio óptico em uma localização de amostra atual. O movimento do estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focagem é geralmente descrito como o movimento ao longo do eixo z ou na direção z. Os termos “eixo z” e “direção z” destinam-se a ser usados consistentemente com seu uso na técnica de microscopia e sistemas de captação de imagem em geral, onde o eixo z se refere ao eixo focal. Consequentemente, uma translação do eixo z resulta em aumentar ou diminuir o comprimento do eixo focal. Uma translação de eixo z pode ser realizada, por exemplo, movendo-se um estágio de amostra em relação a um estágio óptico (por exemplo, movendo-se o estágio de amostra ou um elemento óptico ou ambos). Como tal, a translação do eixo z pode ser realizada acionando-se uma lente objetiva, o estágio óptico, ou o estágio de amostra, ou uma combinação dos anteriores, qualquer um dos quais pode ser acionado atuando-se um ou mais servos ou motores ou outros atuadores que estão em comunicação funcional com a lente objetiva ou o estágio de amostra ou ambos. Em várias implementações, os atuadores podem ser configurados para inclinar o estágio da amostra em relação ao estágio óptico para, por exemplo, nivelar efetivamente o recipiente de amostra em um plano perpendicular ao eixo de imagem óptica. Quando essa inclinação dinâmica é realizada para nivelar efetivamente as localizações de amostra no recipiente de amostra, isso pode permitir que o recipiente de amostra seja movido nas direções x e y para digitalização com pouco ou nenhum movimento no eixo z exigido.

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20/55 [077]A Figura 2, que compreende as Figuras 2A e 2B ilustra um sistema óptico exemplificativo para rastreamento de foco. Particularmente, a Figura 2A ilustra um modelo óptico exemplificativo para rastreamento de foco. A Figura 2B é um diagrama que ilustra uma vista alternativa de uma parte do sistema óptico mostrado na Figura 2A. Para evitar a desordem e facilitar a compreensão do leitor, o exemplo mostrado na Figura 2A é ilustrado com um único feixe, que é um feixe central neste caso. O sistema pode operar com mais de um feixe, tal como, por exemplo, com 3 feixes. Um sistema de três feixes pode fornecer, por exemplo, um rastreamento de foco com mira para frente e para trás.

[078]Com referência agora à Figura 2A, o laser 270 gera luz para os feixes de focagem e é acoplado opticamente ao sistema. A luz laser 270 pode ser acoplada através de uma fibra, por exemplo, a um prisma divisor de feixe 272, tal como um divisor de feixe de deslocamento lateral. Os filtros podem ser incluídos, se necessário, tal como para seleção de fontes. O prisma 272 divide o feixe de transmissão em dois pontos substancialmente paralelos, com uma intensidade aproximadamente igual. Esse pode ser incluído para fornecer medição diferencial no modelo de focagem.

[079]Uma rede de difração 274 gera múltiplas cópias dos feixes de entrada. Em outras configurações, um cubo divisor de feixe ou múltiplas fontes laser podem ser usados para gerar vários feixes. No caso de um sistema de três feixes, a rede de difração 274 pode gerar três feixes de saída para cada um dos dois feixes de entrada. Um exemplo disso para um feixe de entrada é mostrado na Figura 2B. Como a rede de difração pode gerar feixes divergentes (como também mostrado na Figura 2B), um prisma de Dove ou de topo plano, 276 redireciona os múltiplos feixes. Em algumas implementações, o prisma é configurado de modo que os feixes convergem na pupila da lente objetiva 142, de modo que os feixes no recipiente de amostra são normais ao recipiente de amostra. Um exemplo disso para uma

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21/55 configuração de três feixes de saída é mostrado na Figura 2B. O sinal recebido a partir do recipiente de amostra retorna através do divisor de feixe 277 e reflete no espelho 279. Uma vez que cada par de feixes é divergente, os prismas de recepção 280 e 282 consolidam os pontos no plano focal do sensor de imagem 284. Em alguns exemplos, estes podem ser implementados como prismas de Dove e de topo para refratar e apontar os raios que saem do objeto do microscópio para encaixar no arranjo do sensor de imagem. Um prisma de topo pode ser usado para refratar os feixes de retorno para consolidar os pontos dentro de um par de pontos no plano focal do sensor de imagem, e um prisma de Dove para refratar os pares de pontos dianteiros / posteriores para consolidar todos os pares de pontos no plano focal. Com a mira para frente de três feixes, 3 feixes passam por cada uma das duas metades do prisma de topo. No entanto, no outro eixo, os feixes são divergentes, razão pela qual o prisma de Dove é incluído para corrigir isso.

[080]Nos vários exemplos descritos acima com referência à Figura 2, vários componentes ópticos são implementados usando prismas. Alguns ou todos estes podem ser implementados usando lentes, no entanto, os prismas podem ser desejáveis à medida que esses componentes geralmente são menos sensíveis ao desalinhamento em comparação com suas contrapartes de lente. Os prismas também podem ser mais desejáveis do que os sistemas de lentes porque os prismas geralmente são mais compactos e incluem menos elementos.

[081 ]A lente objetiva 142 nos exemplos das Figuras 1 e 2 fornece um campo de visão geralmente circular no recipiente de amostra. Em uma implementação, o centro do campo de visão é a localização de amostra atual que está sendo imageada. A direção de digitalização dentro desse campo de visão é o eixo x ou o eixo y. Para fins de discussão, a direção de digitalização será assumida como sendo na direção y. Uma fonte de luz, tal como uma fonte de luz LED ou laser, gera feixes de focagem. No exemplo ilustrado, três feixes são usados para fornecer uma

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22/55 estimativa de foco preditiva diferencial fora do eixo de três pontos - um feixe para a localização de amostra atual e dois feixes adicionais para o rastreamento de foco de mira para frente e para trás. Esses dois feixes adicionais são usados para determinar a distância focal ao longo do eixo z entre o estágio óptico e as localizações de amostra no recipiente de amostra.

[082]O sistema descrito nas Figuras 1 e 2 ilustra um sistema exemplificativo com o qual os sistemas e métodos aqui descritos podem ser implementados. Embora os sistemas e métodos possam ser descritos aqui de tempos em tempos no contexto deste sistema exemplificativo, este é apenas um exemplo com o qual esses sistemas e métodos podem ser implementados. Os sistemas e métodos aqui descritos podem ser implementados com este e outros digitalizadores, microscópios e outros sistemas de captação de imagem.

[083]Os sistemas de digitalização pré-existentes usam luz colimada para operações de focagem. Em tais sistemas, a luz colimada, que mantém um diâmetro bastante consistente ao longo do comprimento do feixe, é direcionada para a lente objetiva. Um exemplo disso é mostrado na Figura 2A (descrita acima), na qual os feixes colimados são entregues à lente objetiva. A lente objetiva foca a luz colimada na amostra. A luz refletida a partir da amostra retorna através da objetiva, e é recolimada. O feixe colimado refletido é então direcionado para o sensor de imagem do sistema (por exemplo, o sensor de imagem 284 no exemplo da Figura 2A). As localizações dos feixes refletidos no sensor de imagem são determinadas para fins de focagem. Por exemplo, com um sistema de dois feixes, a distância entre as localizações pontuais no sensor de imagem é medida para determinar a focagem.

[084]Enquanto a luz colimada é uma fonte de luz conhecida e sistemas de digitalização, os inventores descobriram que a luz colimada pode afetar adversamente as operações de rastreamento de foco em várias aplicações. Um efeito adverso refere-se ao tamanho do ponto resultante da utilização de luz

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23/55 colimada para os feixes de rastreamento de foco. Como a luz colimada retém um diâmetro relativamente consistente ao longo do caminho óptico, os feixes de rastreamento de foco criam um tamanho de ponto relativamente grande no sensor de imagem. Os tamanhos de pontos maiores englobam um maior número de pixels no sensor de imagem, o que aumenta o número de linhas de pixels do sensor de imagem que precisam ser medidos. Isso aumenta a quantidade de tempo exigido para operações de rastreamento de foco.

[085]Outro efeito adverso pode surgir em sistemas em que a objetiva pode ser usado para focar em múltiplas superfícies diferentes, mas não é movida em uma quantidade igual à distância entre essas diferentes superfícies. Nesse cenário, diferentes tamanhos de pontos para os feixes de rastreamento de foco refletidos nas diferentes superfícies podem aparecer no sensor de imagem, impactando as operações de rastreamento de foco. A Figura 3 é um diagrama que ilustra um exemplo de tal fenômeno. Mais particularmente, a Figura 3 ilustra um exemplo no qual um recipiente de amostra contendo uma ou mais amostras a serem imageadas compreende múltiplas camadas. Com referência agora à Figura 3, o recipiente de amostra 330 inclui 3 camadas 334, 338 e 336. Neste exemplo de 3 camadas, existem quatro superfícies entre as camadas. Estas são ilustradas nas superfícies S1, S2, S3 e S4. Também é ilustrada neste exemplo uma lente objetiva 332 que foca os feixes de rastreamento de foco 333, 335 (existem 2 em um sistema de 2 feixes) no recipiente de amostra 330 para operações de focagem.

[086]Para operações de rastreamento de foco, pode ser importante focar o feixe de imagem na superfície S2 em alguns casos e na superfície S3 em outros casos. Supõe-se que a separação entre as superfícies S2 e S3 é fixa a uma distância X. Em algumas aplicações, dependendo da operação da lente objetiva 332, a lente objetiva pode se mover uma distância maior ou menor do que a distância X ao mudar o foco entre as superfícies S2 e S3. Consequentemente, os feixes de

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24/55 rastreamento de foco 333, 335 refletidos sobre as superfícies S2 e S3 podem ser recolimados em um diâmetro diferente, fazendo com que os feixes S2 apresentem um tamanho de ponto diferente dos feixes S3.

[087]Um exemplo disto é ilustrado na Figura 4. Mais particularmente, a Figura 4 ilustra uma parte de um sensor de imagem 362 compreendendo uma pluralidade de pixels (não mostrados para clareza de ilustração) sobre os quais os feixes de rastreamento de foco são direcionados. No lado esquerdo da figura no cenário 360, isso ilustra uma parte de sensor de imagem 362 com pontos de feixe 34, 36 a partir de cada um dos dois feixes de rastreamento de foco em um sistema de dois feixes. Os pontos 34 são a partir dos feixes esquerdo e direito refletidos de uma das duas superfícies de imagem (assumir S2 neste exemplo), e os pontos 36 são a partir dos feixes esquerdo e direito refletidos da outra das duas superfícies de imagem (assumir S3 neste exemplo). Conforme ilustrado neste exemplo, com base no movimento da lente objetiva, os dois feixes de rastreamento de foco, que são ambos colimados e que têm o mesmo diâmetro do feixe antes de entrar na lente objetiva, agora têm diâmetros diferentes e, portanto, produzem tamanhos de pontos diferentes no sensor de imagem. Os maiores dois pontos abrangem um número maior de pixels e, portanto, aumenta o número de linhas de pixels do sensor de imagem que precisam ser medidos. Isso aumenta a quantidade de tempo exigido para operações de rastreamento de foco. Por estas razões, é desejável alcançar um cenário como o cenário 361 ilustrado no lado direito da Figura 4 na qual os pontos 34, 36 a partir dos feixes esquerdo e direito refletidos das superfícies S2 e S3, respectivamente, têm substancialmente o mesmo tamanho de ponto e são relativamente pequenos.

[088]Os sistemas pré-existentes podem usar uma lente de focagem para fazer os feixes de rastreamento de foco convergirem no sensor de imagem e para reduzir ou minimizar seus tamanhos de pontos no sensor. No entanto, uma vez que

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25/55 uma lente introduz uma superfície curva no sistema óptico, pequenas mudanças no alinhamento da lente, incluindo mudanças que podem surgir através de variações térmicas no sistema, podem causar imprecisões na localização dos feixes de rastreamento de foco no sensor. O movimento ou as mudanças na lente podem causar uma translação lateral que afeta os múltiplos feixes de rastreamento de foco de forma diferente. Consequentemente, como descrito acima com referência à Figura 2, em alguns exemplos, a lente de focagem é substituída por um prisma de topo.

[089]A Figura 5A é um diagrama que ilustra um exemplo de uma lente de focagem implementada para fazer os raios de rastreamento de foco convergirem para um sensor de imagem. Com referência agora à Figura 5A, a luz a partir de uma fonte de luz (por exemplo, o diodo laser 270 da Figura 2) é fornecida por uma fibra (laser e fibra não são mostrados) a uma lente de colimação 400. A luz colimada é dividida em dois feixes, tal como por um prisma divisor de feixe 382 (por exemplo, prisma divisor de feixe 272 da Figura 2). Para evitar confusão desnecessária na ilustração, dois feixes de rastreamento de foco refletidos 394, 395 são ilustrados na lente 370 e no sensor de imagem 398; no entanto, apenas um dos dois feixes de rastreamento de foco é ilustrado nas partes restantes da Figura 5A.

[090]Os feixes de rastreamento de foco do prisma divisor de feixe 382 passam através do divisor de feixe 384 e são refletidos pelo espelho 386 através da lente objetiva 390. A lente objetiva foca os feixes sobre a amostra no recipiente de amostra 392 (por exemplo, o recipiente de amostra 330 da Figura 3). Neste exemplo, os feixes de rastreamento de foco são refletidos da superfície S2 do recipiente de amostra 392. Os feixes refletidos (ainda apenas um feixe 394 ilustrado) retornam através da lente objetiva 390, são refletidos do espelho 386 e divisor de feixe 384, e são direcionados para a lente 370. Como os feixes de retorno 394, 395 divergem neste ponto, a lente 370 é implementada para fazer os feixes de retorno 394, 395

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26/55 convergirem para o sensor de imagem 398. Além disso, como os feixes de rastreamento de foco 394, 395 são luz colimada, a lente 370 serve a função adicional de focar os feixes em um tamanho de ponto menor no sensor de imagem 398. No entanto, como as mudanças na localização lateral da lente 370 afetam o posicionamento dos feixes no sensor de imagem 398, essas mudanças introduzem erro de rastreamento de foco.

[091 ]A Figura 5B é um diagrama que ilustra um exemplo em que a lente 370 é substituída por um prisma de topo 396 para evitar problemas causados por mudanças na localização lateral da lente 370. A substituição da lente por um prisma de topo 396 reduz ou elimina a sensibilidade do sistema à posição lateral da lente. As mudanças do prisma devido a variações térmicas e outras não afetam o espaçamento dos feixes de rastreamento de foco 394, 395 no sensor de imagem 398. Como o desvio angular de um prisma é completamente determinado pelo ângulo do vidro, o deslocamento lateral do prisma de topo 396 não afeta os feixes.

[092]A inclusão de um prisma de topo 396 no lugar de uma lente 370 pode melhorar a precisão do sistema de rastreamento de foco. Como a separação entre os pontos é usada para medir a distância da lente objetiva ao recipiente de amostra, níveis mais altos de precisão são alcançados quando a separação dos feixes depende apenas da distância ao recipiente de amostra. Outras variáveis que afetam a separação do feixe, tal como as introduzidas pela imprecisão lateral na localização da lente 370, afetam negativamente a precisão do sistema de rastreamento de foco. Consequentemente, incluindo um prisma de topo, que apresenta o mesmo ângulo para os feixes de rastreamento de foco, mesmo na presença de algum deslocamento lateral, pode beneficiar muito a precisão do sistema.

[093]Existe uma desvantagem para remover a lente. Como a lente é eliminada, os feixes de rastreamento de foco (feixes 394, 395 neste exemplo) não estão focados no sensor. Portanto, em vários exemplos, em vez de usar luz

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27/55 colimada como é feito com sistemas de digitalização pré-existentes, os feixes de rastreamento de foco são focados para localizar uma cintura em um determinado ponto ao longo do caminho óptico. Isso apresenta um tamanho de ponto menor no sensor de imagem. Por exemplo, em uma aplicação, a lente de colimação 400 é movida para longe da saída de fibra do que seria de outra forma localizada para colimar a luz a partir da fibra. O ponto ao longo do caminho óptico no qual a lente de colimação 400 é localizada dita a posição na qual a cintura do feixe é localizada ao longo do caminho óptico. A lente de colimação 400 pode ser posicionada para fornecer uma cintura de modo que, apesar de substituir a lente 370 com o prisma de topo 398, os feixes de rastreamento de foco refletidos 394, 395 podem ser focados no sensor de imagem 398 com um tamanho de ponto reduzido.

[094]Outro benefício de mover a lente de colimação 400 para colocar uma cintura do feixe no caminho óptico é que isso pode ajudar a reduzir ou eliminar um desequilíbrio no tamanho do ponto que foi discutido acima com referência à Figura 4A. A lente 400 pode ser fornecida e posicionada no caminho óptico, de modo que a luz retornada a partir da amostra, através da lente objetiva, e através do restante do caminho óptico, impacta no sensor com substancialmente o mesmo tamanho de ponto como ilustrado no cenário 361. Mais particularmente, em alguns casos, uma lente é posicionada a uma distância da saída de fibra para localizar uma cintura do feixe a uma distância predeterminada do colimador para equilibrar os diâmetros dos feixes que se propagam a partir das superfícies superior e inferior do recipiente de amostra para o sensor de imagem.

[095]Em uma aplicação, a cintura do feixe é posicionada a uma distância de 690 mm a 700 mm do colimador para equilibrar e reduzir os diâmetros dos feixes que invadem o sensor de imagem. Em alguns exemplos, o tamanho de ponto pode ser reduzido para aproximadamente 400 pm. Em outros exemplos, o tamanho de ponto pode estar na faixa de 300 pm a 500 pm. Ainda em outros exemplos, outros

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28/55 tamanhos de pontos podem ser usados.

[096]Além disso, o movimento da lente de colimação 400 para localizar uma cintura do feixe no caminho óptico pode ajudar a equilibrar as intensidades da luz que invade o sensor de imagem. A Figura 4B é um diagrama que ilustra as intensidades dos feixes de foco esquerdo e direito refletindo no sensor de imagem a partir das superfícies S2 e S3 em diferentes configurações de foco com a lente de colimação ajustada para fornecer uma cintura do feixe em uma localização não ótima. Neste diagrama, o brilho do ponto está no eixo vertical e a posição do estágio de focagem está no eixo horizontal. A linha azul vertical no lado esquerdo do diagrama ilustra uma posição de focagem ideal para as reflexões S2 em uma implementação exemplificativa. Da mesma forma, a linha azul vertical no lado direito do diagrama ilustra uma posição de focagem ideal para as reflexões S3 nesta implementação exemplificativa. Como este diagrama ilustra, o brilho médio do ponto para os feixes S2 é de aproximadamente 170 na posição de focagem S2, enquanto o brilho médio do ponto para os feixes S3 é de aproximadamente 85 na posição de focagem S3 ideal. Por conseguinte, a intensidade do ponto para os feixes S2 e S3 não é equilibrada.

[097]A Figura 4C é um diagrama que ilustra as intensidades dos feixes de foco esquerdo e direito refletindo no sensor de imagem a partir das superfícies S2 e S3 em diferentes configurações de foco com a lente de colimação ajustada para posicionar na cintura do feixe de forma mais otimizada ao longo do caminho óptico dos feixes de rastreamento de foco. Aqui, como uma cintura do feixe é posicionada ao longo do caminho óptico, as intensidades dos feixes refletidos S2 e S3 são mais equilibradas. Particularmente, o diagrama ilustra que os feixes esquerdo e direito S2 têm um brilho médio de ponto de aproximadamente 125 na melhor posição de foco S2. Isso também ilustra que os feixes esquerdo e direito S3 têm um brilho médio de ponto de aproximadamente 130 na melhor posição de foco S3. Como uma

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29/55 comparação das Figuras 4B e 4C ilustra, a localização de uma cintura do feixe ao longo do caminho óptico pode afetar o equilíbrio das intensidades dos feixes de rastreamento de foco S2 e S3.

[098]A Figura 6 é um diagrama que ilustra uma configuração exemplificativa incluindo uma lente posicionada para localizar uma cintura do feixe do feixe de rastreamento de foco em uma posição selecionada. Neste exemplo, a luz a partir de uma fonte de luz (não ilustrada), tal como uma fonte de luz laser (por exemplo, fonte de luz 270), é transportada pelo cabo de fibra óptica 432 que é conectado a um conjunto de alojamento de lente através de uma ponteira 434. A ponteira 434 é montada em um bloco de montagem 435 que é fixamente acoplado ao inserto 436. A lente 440 de um dado comprimento focal é localizada a uma determinada distância a partir da saída da fibra 432, e pode ser mantida a esta distância pelo conjunto de alojamento de lente. Neste exemplo, a luz a partir da fibra viaja através de uma abertura em um inserto 436 montado na parte de corpo 438. O comprimento focal da lente 440 e a sua distância da saída da fibra 432 são escolhidos para localizar a cintura do feixe na posição desejada ao longo do caminho óptico. Conforme observado acima, a distância entre a saída da fibra e a lente 440 é escolhida para localizar a cintura do feixe na posição desejada, conforme descrito mais detalhadamente abaixo.

[099]Neste exemplo, a separação entre a lente 440 e a saída da fibra é de 14,23 mm, que é a distância de trabalho entre a superfície da lente e a fibra. 15,7 mm é o comprimento focal efetivo da lente (que é maior do que o comprimento focal traseiro da lente porque é em relação ao plano principal da lente). Como o comprimento focal traseiro da lente no colimador é de 13,98 mm, que é a distância do vértice da lente ao ponto focal da lente no eixo óptico, a distância focal traseira é menor do que 14,23 mm.

[0100]No exemplo ilustrado, o inserto 436 é montado de forma deslizante

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30/55 dentro de uma cavidade definida pela parte de corpo 438 de tal modo que a distância entre a saída de fibra e a lente 40 pode ser ajustada pelo inserto 436 montado de modo deslizante dentro da cavidade da parte de corpo 438. Um parafuso de ajuste 442 ou outro mecanismo de bloqueio pode ser incluído para travar o inserto 436 no lugar dentro da parte de corpo 438. A utilização de um inserto deslizante 436 permite que o sistema seja ajustado para sintonizar ou otimizar o tamanho de ponto no sensor de imagem. Isso pode permitir ajustes finais da configuração do sistema ou ajuste em campo. No exemplo ilustrado na Figura 6, a lente 440 é uma lente plano-convexa. No entanto, depois de ler esta descrição, um versado na técnica compreenderá que outras estruturas de lentes podem ser usadas, incluindo, por exemplo, uma lente biconvexa.

[0101]Em algumas aplicações, a lente é configurada de modo que a cintura do feixe esteja posicionada dentro da lente objetiva. Mais particularmente, em algumas aplicações, a lente é configurada de modo que a cintura do feixe seja posicionada dentro da lente objetiva antes que o feixe colida na amostra, enquanto em outras aplicações a lente é configurada de modo que a cintura do feixe seja posicionada dentro da lente objetiva após o feixe ser refletido na amostra. Em outras aplicações, a lente é configurada de tal forma que a cintura do feixe ocorre antes da lente objetiva, depois que o feixe refletido deixa a lente objetiva ou entre a lente objetiva e a amostra. O posicionamento da lente pode ser determinado por um processo iterativo, tal como por meio do uso de software de modelagem, para alcançar o tamanho e o equilíbrio desejados no sensor de imagem.

[0102]Além de equilibrar os tamanhos de pontos, tamanhos de pontos menores são geralmente utilizados para melhorar a velocidade com a qual a focagem pode ser determinada. O tempo necessário para ler informações a partir do sensor de imagem afeta a latência do sistema de rastreamento de focagem. Mais particularmente, para um sensor com uma dada densidade de pixels, um tamanho

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31/55 de ponto maior cobre mais pixels e é necessário mais tempo para ler os dados de cada pixel dentro do diâmetro do ponto. Consequentemente, como discutido acima, a lente utilizada para equilibrar os diâmetros do feixe também pode ser usada para reduzir o tamanho do ponto que colide no sensor de imagem, reduzindo assim a quantidade de tempo necessário para determinar a localização do ponto (ou localizações para focagem de múltiplos feixes) para operações de focagem.

[0103]Como discutido acima com referência à Figura 3A, em algumas aplicações, um recipiente de amostra de múltiplas camadas pode ser usado para transportar a amostra a ser imageada pelo sistema de digitalização. Conforme discutido nesse exemplo, a amostra a ser imageada pode estar contida em solução na camada 338. Para que a captação de imagem ocorra, ao menos a camada 334 deve ser opticamente transparente ao feixe usado para a captação de imagem. A camada 336 também pode ser opticamente transparente. Consequentemente, as superfícies S1, S2, S3 e S4 são geralmente reflexivas. Da mesma forma, como é importante que o feixe de imagem alcance a amostra na camada 338, é indesejável usar revestimento anti-reflexivo nas superfícies. Consequentemente, reflexões indesejadas a partir das superfícies S1 e S4 durante as operações de rastreamento de foco e captação de imagem podem criar ruídos ópticos indesejados no sistema e podem obscurecer os feixes refletidos a partir de S2 e S3, que são os feixes a serem coletados no sensor de imagem.

[0104]A Figura 3B é um diagrama que ilustra um exemplo da criação de reflexões indesejadas das múltiplas superfícies de um recipiente de amostra de múltiplas camadas em alguns ambientes. Como visto neste exemplo, um recipiente de amostra de três camadas inclui as superfícies S1, S2, S3 e S4. Para maior clareza, um feixe de rastreamento de foco único 465 é ilustrado. No entanto, em outras aplicações, múltiplos feixes de rastreamento de foco podem ser usados. Por exemplo, exemplos abaixo descrevem um sistema no qual dois feixes de

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32/55 rastreamento de foco são descritos. Como também se vê neste exemplo, um feixe é refletido em cada uma das superfícies S1, S2, S3 e S4. Como a amostra está entre as superfícies S2 e S3, essas são as superfícies nas quais o sistema foi projetado para focar. Consequentemente, o feixe refletido 467 da superfície S1 e o feixe refletido 469 da superfície S4 não retornam nenhuma informação útil e são reflexões indesejadas. As reflexões de interesse para rastreamento de foco são reflexões das superfícies S2 e S3. Consequentemente, se a luz a partir das reflexões das superfícies S1 e S4 fosse para alcançar o detector, isso poderia introduzir ruídos que poderíam interferir com a detecção das reflexões de feixe de rastreamento de foco.

[0105]A Figura 3C é um diagrama que ilustra um exemplo do efeito das reflexões indesejadas no sensor de imagem. Como visto neste exemplo, além dos pontos 482 apresentados pelos feixes de rastreamento de foco, há uma quantidade significativa de ruído aparecendo no sensor de imagem como um resultado das reflexões indesejadas. Em outros exemplos, as reflexões indesejadas também podem aparecer como pontos adicionais no sensor de imagem. A Figura 3D é um diagrama que ilustra uma redução de ruído no sensor de imagem como um resultado da localização de estruturas de bloqueio de acordo com os exemplos discutidos abaixo.

[0106]Este problema é exacerbado em circunstâncias nas quais as reflexões das superfícies S1 e S4 são de maior intensidade do que as reflexões da amostra. Como é importante que o recipiente da amostra seja opticamente transparente, os revestimentos anti-reflexivos não são fornecidos no recipiente da amostra. Do mesmo modo, as reflexões em uma superfície de vidro tendem a ser mais fortes do que as reflexões de uma amostra biológica. Além disso, em aplicações nas quais o recipiente de amostra contém um nano-poço ou outro padrão similar nas superfícies S2 e S3, isso pode diminuir ainda mais as reflexões dessas superfícies. Consequentemente, as reflexões indesejadas a partir das superfícies S1 e S4

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33/55 tendem a ser de maior intensidade do que as reflexões das superfícies S2 e S3. Por exemplo, em algumas aplicações, as reflexões da superfície S1 podem ser até 100 vezes (ou mais) a intensidade das reflexões das superfícies S2 e S3. Para solucionar esse problema e remover o impacto dessas reflexões indesejadas das operações de rastreamento de foco, vários exemplos podem ser implementados para incluir estruturas de bloqueio em localizações determinadas ao longo do caminho óptico entre a amostra e o sensor de imagem para bloquear essa luz indesejada de alcançar o sensor de imagem.

[0107]A Figura 7 é um diagrama que ilustra outro exemplo do sistema de digitalização com o qual exemplos dos sistemas e métodos aqui descritos podem ser implementados. Com referência agora à Figura7, este exemplo inclui uma fonte de luz (não ilustrada), como uma fonte de luz laser. Por exemplo, em uma única aplicação, a fonte de luz pode ser configurada como um diodo laser acoplado ao sistema usando um acoplador de fibra e uma estrutura de lente tal como o exemplo ilustrado na Figura 6. Como outro exemplo, a fonte de luz pode ser configurada como um diodo laser com um colimador para fornecer luz colimada para operações de rastreamento de foco.

[0108]Neste exemplo, a luz a partir do laser é introduzida em um prisma de deslocamento lateral 522 para separar a luz em dois feixes paralelos. Outras configurações podem ser implementadas com um único feixe de rastreamento de foco ou com mais de dois feixes de rastreamento de foco. Em operação, os feixes de rastreamento de foco são enviados através do divisor de feixe 524 e são refletidos do espelho de periscópio superior 526 e do espelho de periscópio inferior 528. Os feixes de rastreamento de foco são entregues através da janela de periscópio 530 e do divisor de feixe 532 (que também pode ser implementado como um filtro dicroico). Os feixes são então refletidos do espelho 536 e focados pela lente objetiva 538 no recipiente de amostra 540. As reflexões a partir do recipiente de amostra são

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34/55 retornadas através da lente objetiva e seguem o mesmo caminho até serem refletidas do divisor de feixe 524. Como os feixes podem divergir entre si ligeiramente, um prisma de topo 546 pode ser incluído para redirecionar os feixes para uma orientação paralela ou mesmo para uma configuração ligeiramente convergente de modo que ambos possam ser direcionados para um sensor de imagem de área relativamente pequena. Neste exemplo, o espelho de giro de câmera 548 direciona os feixes de rastreamento de foco para o sensor de imagem 550. Embora as estruturas de bloqueio exemplificativas aqui descritas sejam descritas em termos desta configuração exemplificativa, um versado na técnica, depois de ler esta descrição, apreciará como diferentes geometrias ou localizações de estruturas de bloqueio podem ser usadas em sistemas configurados de forma diferente para bloquear reflexões indesejadas a partir de um recipiente de amostra múltiplas superfícies.

[0109]O sistema exemplificativo da Figura 7 foi modelado para determinar os caminhos dos feixes refletidos das superfícies S1-S4 no sistema para identificar pontos ao longo do caminho de retorno onde as reflexões indesejadas a partir das superfícies S1 e S4 poderíam ser bloqueadas de alcançar o sensor de imagem. A relação espacial dos feixes em vários pontos ao longo do caminho como um resultado dessa modelagem é ilustrada nas Figuras 8, 9, 11, 12, 19, 20, 21,22, 23 e

24. Como essas figuras ilustram, as relações espaciais dos feixes refletidos das superfícies S1-S4 variam ao longo do caminho de retorno do sistema. As localizações de feixe estão mudando entre si ao longo do comprimento de seu caminho de retorno, e as localizações também mudam dependendo da localização do recipiente de amostra em relação à objetiva. Adicionando à complexidade é que existem feixes de foco que se estendem nas direções para a frente e de retorno, e também existem feixes de imagem em ambas as direções. Portanto, não é uma tarefa trivial configurar estruturas de bloqueio dentro do caminho óptico que

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35/55 efetivamente bloqueiem reflexões indesejadas de transmitir ruído no sensor de imagem, enquanto evitando interferências com os feixes de rastreamento de foco e feixes de captação de imagem desejados.

[0110]As Figuras 8 e 9 são diagramas que ilustram a relação espacial dos feixes de rastreamento de foco refletidos no divisor de feixe 532 na configuração exemplificativa da Figura 7 utilizando um recipiente de amostra de múltiplas camadas tal como ilustrado na Figura 3B. As Figuras 8 e 9 mostram os feixes dentro de uma área de 21 mm x 21 mm. A Figura 8 mostra a relação espacial dos feixes no divisor de feixe 532 quando o sistema é configurado para focar no topo do poço de amostra na superfície S2, enquanto a Figura 9 mostra a relação espacial dos feixes no divisor de feixe 532 com o sistema configurado para focar no fundo do poço da amostra na superfície S3. Essas figuras ilustram que, no divisor de feixe 532, os feixes refletidos, com o sistema focado em S2 e S3, colidem na superfície em três grupos espaciais: a reflexão do feixe de rastreamento de foco esquerdo das superfícies S1, S2 e S3 está em um primeiro grupo; a reflexão do feixe de rastreamento do foco direito das superfícies S1, S2 e S3 está em um segundo grupo que é fisicamente separado do primeiro grupo; e os feixes de rastreamento do foco esquerdo e direito refletidos na superfície S4 estão na área entre esses dois grupos. Com esta relação espacial entre os feixes, seria difícil usar uma configuração de abertura para bloquear efetivamente os reflexos esquerdo e direito da superfície S1, permitindo assim que as reflexões desejadas das superfícies S2 e S3 passem não inibidas. No entanto, como há uma boa separação espacial das reflexões da superfície S4 em relação às outras reflexões, as reflexões a partir da superfície S4 podem ser bloqueadas neste ponto ao longo do caminho de retorno.

[0111 ]A Figura 10 é um diagrama que ilustra uma localização exemplificativa de um bloqueador de feixe para bloquear as reflexões dos feixes de rastreamento de foco esquerdo e direito a partir da superfície S4 de acordo com uma implementação

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36/55 exemplificativa. Este exemplo mostra as reflexões 424 a partir da superfície S4 que convergem entre si no divisor de feixe 532 como visto nas Figuras 8 e 9. Este exemplo também ilustra como uma estrutura de bloqueio pode ser incluída para bloquear essas reflexões a partir da superfície S4 sem interferir com as reflexões desejadas a partir das superfícies S2 e S3. Isso pode ser implementado no exemplo ilustrado usando um obscurecimento de 4 mm de largura no lado do módulo de rastreamento de foco do divisor de feixe 532.

[0112]As Figuras 11 e 12 são diagramas que ilustram a relação espacial dos feixes de rastreamento de foco refletidos no divisor de feixe 532 na configuração exemplificativa da Figura 7 usando um recipiente de amostra de múltiplas camadas, como o ilustrado na Figura 3B. As Figuras 11 e 12 mostram os feixes dentro de uma área de 25 mm x 25 mm. A Figura 11 mostra a relação espacial dos feixes no espelho de periscópio superior 526 quando o sistema é configurado para focar no topo do poço de amostra na superfície S2, enquanto a Figura 12 mostra a relação espacial dos feixes no espelho de periscópio superior 526 com o sistema configurado para focar no fundo do poço de amostra na superfície S3. Como os reflexos do feixe de rastreamento de foco da superfície S4 neste exemplo são bloqueados no divisor de feixe 532 antes de alcançar este ponto no caminho de retorno, não há pontos a partir da superfície S4. Mais importante ainda, isso mostra que os feixes refletidos a partir da superfície S1 têm boa separação espacial das reflexões desejadas das superfícies S2 e S3.

[0113]Com esta localização espacial dos feixes, uma abertura pode ser usada para bloquear as reflexões S1 enquanto permite que os feixes refletidos a partir das superfícies S2 e S3 passem e finalmente atinjam o sensor de imagem. As Figuras 13 e 14 ilustram os feixes refletidos do espelho de periscópio superior 526 e do divisor de feixe 524. Como isso ilustra, se os feixes não foram bloqueados no espelho de periscópio superior 526, eles refletiriam no divisor de feixe 524 e

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37/55 colidiriam nas bordas do prisma de topo 546. Como esta modelagem ilustra, os feixes refletidos a partir da superfície S1 podem ser bloqueados localizando-se uma abertura de 20 mm x 20 mm no espelho de periscópio superior 526. Alternativamente, o tamanho do espelho de periscópio superior 526 pode ser reduzido para dimensões de 20 mm x 20 mm de modo que os feixes refletidos a partir da superfície S1 não sejam retornados para o sensor de imagem. Em outras aplicações ou para outras localizações de posicionamento para a abertura, o tamanho da abertura implementada pode variar de acordo com a posição dos feixes S1. Em outra implementação exemplificativa, a abertura é de 20,8 mm de largura. Essa largura foi escolhida para acomodar uma imagem S2 em aproximadamente -20 pm a +30 pm (sobre o melhor foco para S2 em uma aplicação) e uma imagem S3 a aproximadamente -25pm a +25 pm (sobre o melhor foco para S3 em uma aplicação).

[0114]A Figura 15A fornece uma vista de cima para baixo ilustrando os feixes de rastreamento de foco refletidos a partir da amostra através da lente objetiva 538 e direcionados para o divisor de feixe 532. Embora o espelho 536 não seja mostrado na Figura 15A, isso ilustra os feixes de rastreamento de foco refletidos sendo refletidos em direção ao divisor de feixe 532. Este exemplo também ilustra os feixes refletidos S4 sendo bloqueados por um bloqueador de feixe posicionado na face traseira do divisor de feixe 532. Embora o bloqueador de feixe não seja ilustrado na Figura 15A, um exemplo ilustrativo é fornecido nas Figuras 16A e 16B.

[0115]A Figura 15B fornece uma visão aproximada da Figura 15A, ilustrando um exemplo dos feixes de rastreamento de foco refletidos a partir da superfície S4 na face traseira do divisor de feixe 532. Como este exemplo ilustra, os feixes de rastreamento de foco refletidos a partir da superfície S4 são bloqueados por um elemento de bloqueio 562. Como este exemplo também ilustra, a face frontal do elemento de bloqueio 562 é orientada para ser substancialmente paralela à face

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38/55 traseira do divisor de feixe 532. Em uma implementação exemplificativa, o elemento de bloqueio 562 é disposto no sistema para ser separado da face traseira do divisor de feixe 532 em 50 pm. Em outros exemplos, outros espaçamentos de separação podem ser fornecidos. Por exemplo, em algumas implementações, o espaçamento pode estar na faixa de 25 pm-100 pm. Embora este exemplo ilustre o elemento de bloqueio 562 como tendo uma seção transversal retangular, o elemento de bloqueio 562 pode ser implementado usando outras formas ou geometrias, um exemplo do qual é ilustrado abaixo com referência às Figuras 16A e 16B.

[0116]A Figura 15C é um diagrama que ilustra uma vista de cima para baixo de um exemplo de um elemento de bloqueio e divisor posicionado dentro de uma parte de um sistema de captação de imagem. Neste exemplo, o elemento de bloqueio 562 é posicionado na face traseira do divisor de feixe 532 para bloquear os feixes refletidos a partir da superfície S4. Os feixes refletidos emergentes a partir da lente objetiva 538 são refletidos pelo espelho 526 em direção ao divisor de feixe 532. O elemento de bloqueio 562 é posicionado para bloquear os feixes refletidos a partir da superfície S4 e tem uma largura suficientemente pequena de modo a não interferir com os feixes refletidos a partir das superfícies S2 e S3.

[0117]No exemplo ilustrado, o elemento de bloqueio 562 tem 4 mm de largura e 2 mm de comprimento, e está ligeiramente deslocado do eixo óptico da lente objetiva 538. No entanto, está alinhado com o centro do espelho de periscópio inferior 528, o qual está montado no alojamento 565. Mais particularmente, em uma implementação exemplificativa, o elemento de bloqueio 562 está deslocado 1,1 milímetros para a esquerda do eixo óptico da objetiva para garantir que ele esteja centrado em relação aos feixes refletidos a partir da superfície S4.

[0118]A Figura 15D é um diagrama que ilustra uma representação de uma estrutura de bloqueio de 4 mm de largura no caminho de feixe dos feixes de rastreamento de foco refletidos no divisor. Como ilustra este exemplo, uma estrutura

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39/55 de bloqueio de 4 mm de largura (representada pelo retângulo 631) tem uma largura suficiente para bloquear os feixes de rastreamento de foco refletidos a partir da superfície S4, que são mostrados no centro do diagrama. Como este exemplo também ilustra, a largura do elemento de bloqueio é escolhida para ser ampla o suficiente para bloquear os feixes refletidos indesejados, mas ainda fornece as maiores faixas de captura possíveis para imagens S2 e S3. Como pequenas mudanças na focagem podem ter uma mudança correspondente na posição dos feixes no divisor, a largura do elemento de bloqueio pode ser escolhida como sendo um pouco maior do que a que seria necessário para bloquear os feixes em uma condição de foco perfeita. Em outras palavras, o elemento de bloqueio pode ser suficientemente grande para acomodar um determinado grau de imprecisão no sistema de focagem.

[0119]As Figuras 16A e 16B são diagramas que ilustram um exemplo de um bloqueador de feixe que pode ser usado para bloquear as reflexões S4 no divisor de feixe 532 de acordo com as implementações exemplificativas descritas com referência às Figuras 8-10. As Figuras 17 e 18 são diagramas que ilustram uma localização do bloqueador de feixe ilustrado nas Figuras 16A e 16B. O lado esquerdo da Figura 16A ilustra uma vista traseira (a partir da perspectiva do feixe) do bloqueador de feixe 620; e o lado direito ilustra uma vista em perspectiva do bloqueador de feixe 620. O bloqueador de feixe 620 inclui uma parte de quadro 622 definindo uma abertura 624 através da qual os feixes refletidos podem passar. Um elemento de bloqueio de feixe 626, que inclui uma face de bloqueio 630, é suportado em posição pelos braços de extensão 628 para bloquear os feixes de reflexão indesejados a partir de S4. No exemplo ilustrado, os braços de extensão 628 são elementos estruturais alongados acoplados, afixados, unidos ou, de outro modo, conectados a lados opostos da parte de quadro 622, e o elemento de bloqueio de feixe 626 se estende através das extremidades distais dos braços de extensão 628.

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40/55 [0120]A parte de quadro 622 e os braços de extensão 628 fornecem uma estrutura de montagem pela qual o elemento de bloqueio de feixe 626 pode ser montado em posição no divisor de feixe 532 sem interferir com as reflexões a partir das superfícies S2 e S3. O bloqueador de feixe 620 pode ser fundido, moldado, usinado ou, de outra forma, fabricado como uma estrutura unitária. Em outros exemplos, os elementos que compõem o bloqueador de feixe 620 podem ser componentes separados que estão acoplados, unidos, fixados ou, de outro modo, conectados para formar o conjunto resultante. O bloqueador de feixe 620 pode ser implementado usando superfícies opacas de absorção de luz para evitar outras reflexões indesejadas dentro do sistema. Por exemplo, o bloqueador de feixe 620 pode ser feito usando alumínio anodizado preto ou outros materiais de absorção de luz, ou materiais revestidos para absorção de luz. O bloqueador de feixe 620 pode ser dimensionado para uma aplicação particular. Em uma aplicação exemplificativa, o bloqueador de feixe 620 é dimensionado para fornecer: uma largura de abertura de 30 mm e uma altura de 21 mm; braços de extensão 628 de 25 mm de comprimento; e uma superfície de bloqueio de 2,8 mm de largura e 21 mm de comprimento.

[0121]Com referência agora à Figura 16B, a vista 682 ilustra uma vista de cima para baixo do bloqueador de feixe 620, e a vista 683 ilustra uma vista transversal lateral em A do bloqueador de feixe 620. A borda frontal dos braços de extensão 628 é afunilado para se ajustar ao ângulo do divisor de feixe 532 como ilustrado adicionalmente na Figura 17 (descrito abaixo). O elemento de bloqueio de feixe tem uma seção transversal triangular e está orientado para apresentar a face de bloqueio plana 630 para o feixe de chegada. Embora o bloqueador de feixe 620 possa ser feito usando materiais de absorção de luz, apresentar uma seção transversal triangular aos feixes indesejados pode ter o efeito de refletir qualquer luz não absorvida fora do caminho de retorno.

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41/55 [0122]A Figura 17Α apresenta uma vista em corte do bloqueador de feixe 620 instalado no divisor de feixe 532. Com referência agora à Figura 17A, em operação, as reflexões dos feixes de rastreamento de foco a partir das superfícies S1, S2, S3 e S4 viajam a partir da lente objetiva, são refletidos no espelho 536 e direcionadas para o divisor de feixe 532. A face de bloqueio 630 (ver as Figuras 16A e 16B) do elemento de bloqueio 626 bloqueia as reflexões S4 de continuar passado o divisor de feixe 532. É mostrado neste exemplo que o braço de extensão 628 é dimensionado de modo a localizar o elemento de bloqueio 626 na superfície do divisor de feixe 532 ou próximo a ela. Esta figura também ilustra a ângulo frontal cônico do braço de extensão 628 para permitir que a face de bloqueio 630 do elemento de bloqueio 626 seja colocada adjacente e substancialmente no mesmo ângulo que o divisor de feixe 532. Em alguns exemplos, o elemento de bloqueio 626 é posicionado de tal modo que a face de bloqueio 630 esteja em relação de contato com o divisor de feixe 532. Em outros exemplos, o elemento de bloqueio 626 é posicionado de tal modo que a face de bloqueio 630 é separada da face do divisor de feixe 532 por uma pequena quantidade tal como, por exemplo, por 50 pm a 500 pm.

[0123]Em exemplos alternativos, um elemento de bloqueio pode ser disposto no lado traseiro do divisor de feixe 532 sem a estrutura ilustrada nas Figuras 16 e

17. Por exemplo, em alguns casos, uma tira de material opaco pode ser acoplada à superfície traseira do divisor de feixe 532. Em outros casos, uma codificação opaca ou opticamente absorvente pode ser aplicada em uma faixa estreita na parte de trás do divisor de feixe 532.

[0124]Para as operações de digitalização, os feixes de imagem, que, por exemplo, podem ser feixes de imagem vermelho e verde, entram no sistema a partir do lado direito como ilustrado pela seta 690. Esses feixes são refletidos na face frontal do divisor de feixe 532 em direção ao espelho 536. O espelho 536 reflete os

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42/55 feixes de imagem para baixo para a lente objetiva. Consequentemente, a posição do elemento de bloqueio 626 também é selecionada de modo a não interferir com os feixes de imagem refletidos em direção à amostra (pela superfície frontal do divisor de feixe 532).

[0125]Este exemplo também ilustra que o elemento de bloqueio 626 apresenta uma seção transversal triangular, com as bordas traseiras do elemento de bloqueio 626 afunilando-se para se encontrarem em um ângulo agudo. Podem ser utilizadas outras geometrias de seção transversal para o elemento de bloqueio 626, desde que a face de bloqueio 630 seja adequadamente dimensionada para bloquear ou substancialmente bloquear as reflexões a partir da superfície S4. No entanto, uma geometria como a ilustrada, que reduz a seção transversal em direção à traseira do elemento de bloqueio 626, pode minimizar a chance de que o elemento de bloqueio 626 possa, de outro modo, fornecer interferências indesejadas com os feixes desejados.

[0126]A Figura 17B apresenta uma vista traseira do bloqueador de feixe 620 instalado no divisor de feixe 532. Isto ilustra a parte de quadro 622 montada no lugar usando parafusos 732. Isto ilustra a janela fornecida pela abertura 624 que permite a luz refletida pelas superfícies S2 e S3 (e S1, que é bloqueada posteriormente no caminho) para passar, enquanto o elemento de bloqueio 626 bloqueia a luz a partir da superfície S4 antes à medida que deixa o divisor de feixe 532.

[0127]A Figura 18A ilustra um exemplo de uma abertura que pode ser usada para bloquear os feixes refletidos na superfície S1. Em um exemplo, essa pode ser colocada na parede interna do módulo de rastreamento de foco na abertura do periscópio. Conforme observado acima, em uma implementação exemplificativa, a abertura é de 20,8 mm x 20,8 mm, mas em outros exemplos podem ser fornecidos outros tamanhos de abertura. Como com o elemento de bloqueio, as dimensões da abertura podem ser escolhidas para bloquear as reflexões indesejadas, enquanto

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43/55 fornecem a maior faixa de captura possível para os feixes refletidos S2 e S3 em relação às considerações de “melhor foco”. A Figura 18B ilustra uma localização exemplificativa da abertura 740 na frente do divisor de feixe 524 normal ao eixo do feixe.

[0128]As Figuras 19 e 20 mostram os resultados do bloqueador de feixe de adição 620 para bloquear reflexões S4 e uma abertura de 20,8 mm X 20,8 mm para bloquear reflexões S1. A Figura 19 mostra pontos dos feixes no espelho de periscópio superior 526 para focagem no topo da amostra (superfície S2), e a Figura 20 mostra pontos a partir dos feixes no espelho de periscópio superior 526 para focagem no fundo da amostra (superfície S3).

[0129]Embora o anterior fosse ilustrado com a objetiva focando nas superfícies S2 e S3, a focagem perfeita nem sempre é alcançada e, portanto, exemplos podem ser implementados para atender a uma faixa de captura acima e abaixo da amostra superior e inferior. Por exemplo, a modelagem acima também foi realizada assumindo-se um “melhor foco” que acomoda a focagem dentro de +/- 25 pm a partir das superfícies de amostra superiores e inferiores. Essa modelagem de “melhor foco” confirmou que as estruturas descritas acima são suficientes para bloquear reflexões indesejadas a partir das superfícies S1 e S4 sob operações de melhor foco.

[0130]As Figuras 21 a 24 são diagramas que ilustram a localização do ponto no sensor de imagem no topo e no fundo de uma faixa de captura de “melhor foco”. Neste caso, a modelagem foi realizada com a faixa de captura de +/- 25 pm. Estes diagramas mostram uma área de sensor de imagem de 11,2 6 mm x 11,26 mm. A Figura 21 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captação de imagem no topo da faixa de captura para focar em S2 com a posição da objetiva a 1,064 mm de S2. A Figura 22 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captar imagens no fundo da faixa de captura para focar em S2 com a

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44/55 posição da objetiva em 1.014 mm de S2. As Figuras 21 e 22 ilustram uma variação de +/- 25 pm a partir da posição de foco ideal. A Figura 23 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captar imagens no topo da faixa de captura quando focando em S3. A Figura 24 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos S2, S3 para captar imagens no fundo da faixa de captura quando focando em S3.

[0131]Conforme descrito acima, em operações de rastreamento de foco com o sistema de múltiplos feixes, a separação de pontos ou a distância entre os pontos dos feixes de rastreamento de foco no sensor de imagem é medida para determinar a focagem. Consequentemente, a estabilidade da separação de pontos pode ser um fator importante na obtenção de medidas precisas. A estabilidade da separação de pontos pode ser impactada por fatores tal como o movimento do estágio de focagem (às vezes chamado de estágio Z), qualidade/forma do ponto como função do tempo, e resolução do algoritmo centroide usado para resolver a separação de pontos. Um desafio com a estabilidade de separação de pontos é que os pontos inerentemente incluem franjas. Devido ao salto de modo do laser, os padrões de franja podem mudar, o que induz uma variação no perfil do ponto ao longo do tempo que afeta a estabilidade da separação de pontos do módulo de rastreamento de foco. Um exemplo disso é ilustrado na Figura 25A, o que ilustra a variação da franja do ponto. Este exemplo mostra a variação de franja do ponto para o laser operado a uma potência de 12 mW com o tempo de exposição de 250 ps, com um filtro OD 1.0 ND no lugar.

[0132]Operar um laser em um modo comummente chamado de Emissão Espontânea Amplificada (ASE) tende a fornecer um perfil de ponto mais limpo. Um exemplo disso é ilustrado na Figura 25B. Este exemplo é para o mesmo diodo laser operado a 500 pW, exposição de 250 us (sem filtro ND). Neste modo, a fonte emite luz temporariamente incoerente, comportando-se mais como um LED em vez de um laser e tem uma largura de banda óptica mais ampla de 5 a 10 nm FWHM (largura

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45/55 total na metade da intensidade máxima). No entanto, existem várias desvantagens para operar no modo ASE, razão pela qual os sistemas de imagem pré-existentes típicos não são operados em tal modo. Primeiro, o modo ASE não é um modo de laser para o diodo laser, portanto, a potência de saída é muito baixa. Geralmente, é definido como um modo abaixo do limite de laser em que não ocorre nenhum laser. Como tal, sua saída é temporariamente incoerente, e inclui componentes de frequência em um amplo espectro.

[0133]A Figura 26 é um diagrama que ilustra um exemplo de um diodo laser operado em um modo ASE. Neste exemplo, o diodo laser é operado a 0,17 mW e exibe um espectro relativamente plano (quando comparado ao diodo que opera em um modo de laser) com componentes de frequência através de uma ampla faixa de comprimentos de onda. Não existe um único modo de operação e a saída não é coerente. A incoerência na fonte de luz pode levar a efeitos indesejáveis, tal como interferências destrutivas e aberrações cromáticas. Além disso, pode ser simplesmente impossível operar em um modo ASE porque não há potência suficiente para produzir um feixe de intensidade suficiente. Existem outras aplicações, no entanto, em que um laser pode ser operado no modo ASE. Neste modo, o diodo laser tende a atuar mais como um LED e, como tal, pode ser útil para certas aplicações.

[0134]A Figura 27 é um diagrama que ilustra um exemplo do mesmo diodo laser operado em um modo de laser. O diagrama da metade superior da Figura 27 ilustra o mesmo diodo laser operado a 0,96 mW, e o diagrama na metade inferior da Figura 27 ilustra o mesmo diodo laser que operando a 1,22 mW. Em ambos os casos, a saída é altamente coerente com efetivamente um único pico dominante na frequência de operação e picos secundários quase negligentes. Isso contrasta fortemente com o modo ASE que não tinha um pico dominante.

[0135]A Figura 28 é um diagrama que ilustra um exemplo de um diodo laser

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46/55 operado em um modo híbrido. A Figura 28 mostra o laser neste exemplo, operando a 0,43 mW. Neste nível de potência, alguns picos dominantes estão começando a se formar, mas ainda existem fortes picos secundários. Como este diagrama ilustra, o diodo laser não está em um modo de laser forte, mas também não está em modo ASE completo. Os níveis de potência ainda podem ser definidos como acima do limite de laser, mas a saída não é totalmente coerente.

[0136]Como o modo ASE pode produzir saída sem potência suficiente, a operação no modo ASE não é operacionalmente prática. Conforme mencionado acima com referência à Figura 25A, no entanto, operar o sistema de digitalização no modo de laser cria franjas temporariamente variáveis que fornecem instabilidade na medição de pontos.

[0137]Um exemplo disso é ilustrado na Figura 29, que mostra instabilidade na morfologia dos pontos quando o diodo laser é alimentado para operar em um modo de laser de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos. Conforme mostrado nesta figura, o desvio padrão do ponto do feixe esquerdo no sensor de imagem é de 1,619 pixels e o desvio padrão do ponto do feixe direito no sensor de imagem é de 0,518 pixels. No entanto, como os gráficos para os pontos esquerdo e direito ilustram, o movimento do ponto para cada feixe pode ser drástico de um quadro para o próximo e, de fato, pode deslocar vários pixels. O perfil do feixe para dois quadros adjacentes do ponto esquerdo é mostrado nas imagens de perfil no lado direito da figura. Essas imagens de perfil ilustram como o desvio da localização do ponto do feixe ocorre ao longo do tempo.

[0138]Como o foco é determinado medindo-se a distância entre os pontos esquerdo e direito no sensor de imagem, as variações na localização do ponto podem levar a imprecisões no rastreamento de foco. O impacto do movimento dos feixes esquerdo e direito como mostrado nos dois primeiros gráficos da Figura 29 é ilustrado no gráfico inferior da figura. Este gráfico mostra a mudança na distância,

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47/55 aqui chamada de Delta X, entre os pontos esquerdo e direito sobre o mesmo número de quadros. Isso mostra um desvio padrão de 1,178 pixels, o que leva a uma estabilidade de separação de pontos de +/- 139 nm com intervalo de confiança de 95% (~2 * Desvio Padrão para uma população gaussiana). Isso é calculado como mostrado na figura como (1,178 * 1,96) /16,36 = +/- 139 nm. O fator 16.36 representa o ganho de rastreamento de foco em pixels/pm. Ele representa quantos pixels de separação de pontos são obtidos para cada deslocamento de 1 pm de distância de objetivo para amostra. É usado para a conversão de um delta em separação de pontos (pixels) para um delta no espaço na direção z (nm).

[0139]Os inventores descobriram que os padrões de franja de interferência surgem devido à estrutura de vários níveis do recipiente de amostra como mostrado na Figura 3A. Os inventores descobriram ainda que isso é resultado da superposição de múltiplos feixes e/ou luz dispersa dentro do recipiente de amostra de vidro de múltiplas camadas. As mudanças na posição do recipiente de amostra (por exemplo, na direção X e Y) sem outras alterações podem resultar em movimento das franjas.

[0140]As Figuras 30A e 30B ilustram exemplos adicionais de movimento de pontos com o diodo laser operando em um modo híbrido. Particularmente, as Figuras 30A e 30B ilustram um cenário mais ideal com um laser estável que não é um salto de modo. Como ilustrado na Figura 30A, o desvio padrão do ponto esquerdo é de 0,069 pixels e do ponto direito é de 0,064 pixels. Como os dois gráficos superiores na figura indicam, o movimento de pontos de quadro a quadro geralmente é inferior a um pixel. Como o movimento pode ser aditivo, a diferença Delta X entre os pontos esquerdo e direito pode ter um desvio padrão de 0,122 pixels. Isso reduz a estabilidade da separação de pontos para +/- 15,2 nm ((0,122 * 1,96) / 16,36 nm = +/- 15,2 nm). Aqui, 16,36 é o ganho FTM em pixel/pm. Esta é a quantidade de Delta X em pixel que é obtida quando a objetiva se move 1 pm no eixo Z. Isso pode ser usado para ocultar pixels em Delta X para pm no espaço Z e

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48/55 vice-versa. Além disso, 1,96 é o fator de multiplicação para o desvio padrão para expressar intervalo de confiança de 95% do erro da distribuição (assumindo que é uma distribuição Gaussiana).

[0141]No exemplo da Figura 30B, o desvio padrão do ponto esquerdo é de até 0,069 pixels, e o ponto direito também é até 0,069 pixels. Como os dois gráficos superiores na figura indicam, o movimento do ponto de quadro a quadro geralmente é inferior a um pixel. Como o movimento pode ser aditivo, a diferença Delta X entre os pontos esquerdo e direito pode ter um desvio padrão de 0,127 pixels. Isso reduz a estabilidade da separação de pontos para +/- 14,6 nm ((0,127 * 1,96) / 16,36 nm = +/14,6nm).

[0142]Como observado acima, não é prático executar o laser em um modo ASE pré-existente. Como também foi descrito, a precisão sofre com o diodo laser funcionando a um nível de potência acima do limite de laser, e isso é especialmente verdadeiro se houver um salto de modo (como, por exemplo, por variações de potência). No entanto, os inventores descobriram que operar o laser em um modo híbrido, entre o modo ASE e um modo de laser completo, fornecem intensidade de feixe suficiente para a medição no sensor de imagem e maior estabilidade da localização de pontos para uma melhor precisão da medição. Este modo pode ser conseguido em alguns casos operando-se ligeiramente acima do limite de laser do diodo laser. Por exemplo, isso pode ocorrer um pouco após o joelho da curva de laser, mas ainda é baixo o suficiente para que uma parte significativa da potência esteja no estado ASE. Isso produz uma saída em que uma grande quantidade de luz ainda tem uma largura espectral mais ampla, resultando em coerência significativamente reduzida.

[0143]Operar um laser neste modo híbrido pode ser vantajoso em comparação com outras fontes de luz que podem ser usadas para tentar atingir o mesmo efeito. Os diodos laser tendem a ser fontes de luz desejáveis porque exibem alta confiabilidade e

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49/55 baixo custo, devido à fabricação de alto volume deste tipo de dispositivos por diferentes empresas no campo. Operar o diodo laser neste modo de baixa potência pode até aumentar as altas classificações MTBF típicas que podem ser alcançadas por diodos laser. Portanto, é possível obter o resultado de um dispositivo com vida útil muito alta e classificação MTBF (combinação das características do diodo laser e potência de operação muito baixa), baixo custo de fabricação e comprimento de coerência curto o suficiente para eliminar franjas de interferência causadas pela estrutura de múltiplas camadas do recipiente de amostra.

[0144]A Tabela 1 é um diagrama que ilustra a estabilidade da separação de pontos com várias soluções alternativas implementadas. O primeiro grupo de medidas assume uma potência laser de 12 mW para operar em modo laser, a presença de um filtro ND para atenuar a luz, e uma exposição de 250 ps. Aqui, o centro de massa ou estabilidade de separação de pontos é de 396,02 nm para Teto de Ruído 1 e 146,0 nm para Teto de Ruído 2. Como a tabela ilustra, a estabilidade melhora se a filtragem gaussiana 2D ou 1D for adicionada. Os filtros gaussianos podem ser adicionados para suavizar o efeito das franjas e fornecer um perfil de pontos mais uniforme. Como esta tabela também ilustra, reduzir a potência do diodo laser para 0,5 mW reduz o erro de centro de massa, o que significa maior estabilidade. Particularmente, neste exemplo, o erro de centro de massa é reduzido para 14,6 nm para Teto de Ruído 1 e 15,2 nm para Teto de Ruído 2.

[0145]Tabela 1

	Potência do laser = 12 mW, Exp: 250 ps; filtro ND	Potência do laser = 0,5 mW, Exp: 250 ps
	Centro de Massa (erro em nm)	Filtro Gaussiano 2D + Centro de Massa (erro em	Filtro Gaussiano 1D (FWHM=50 pix) + Centro de Massa (erro em	Centro de Massa (erro em nm)

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		nm)	nm)
Teto de Ruído 1 em x = 28, y = -50	396,02	113,05	64,76	14,6
Teto de Ruído 2 em x = 28, y = 50	146,00	134,66	46,30	15,2

[0146]Operar o diodo laser a 0,5 mW em oposição a 12 mW neste exemplo significa que o laser não está realmente em um modo de laser. Este nível de potência, no entanto, é suficientemente alto para que o diodo laser também não esteja operando em modo ASE. Em vez disso, nesta faixa de potência, o laser pode ser referido como operando em modo híbrido ou em modo quasi-laser. Isso é incomum para operações a laser. Normalmente, é destinado a executar o laser em um modo de laser claramente identificável, e os sistemas pré-existentes operam diodos laser e níveis de potência confortavelmente acima do limite de laser. Operar o laser neste modo híbrido é contraintuitivo e atípico das operações a laser.

[0147]A Figura 31 é um diagrama que ilustra um exemplo da relação de largura espectral completa a 5% (FW a 5%) para a potência do laser de várias fontes laser. Conforme observado neste gráfico, o FW a 5% aumenta à medida que a potência definida diminui. Consequentemente, vários exemplos são configurados com potência do laser definida para operar o laser neste modo híbrido para fornecer intensidade de ponto suficiente para detecção no sensor de imagem em uma quantidade razoável de tempo, ainda para limitar suficientemente a potência do laser para não criar padrões de franja que introduzem instabilidade indesejada na localização do ponto. Uma vez que a intensidade mais baixa exige um tempo de exposição mais longo para leitura suficiente no sensor de imagem, diminuir a potência do laser pode impactar negativamente na latência do sistema de rastreamento de foco. Portanto, ao determinar se a intensidade suficiente é fornecida, pode ser útil considerar a quantidade de tempo necessário para completar

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51/55 a medida de rastreamento de foco e se isso alcança suficientemente os objetivos de latência para o sistema. A quantidade de potência aplicada ao laser para atingir o anterior depende do diodo laser especificado, sensibilidade e velocidade do sensor de imagem (para considerações de latência), as exigências de latência do sistema e as exigências de precisão do sistema.

[0148]Outros exemplos podem ser implementados com a potência do laser definida para operar o laser de modo que o pico dominante na saída do diodo laser em uma dada frequência tenha uma intensidade normalizada entre 15% a 100% maior do que quaisquer picos secundários na saída do diodo laser. Ainda em outros exemplos, o nível de potência no qual a fonte de luz do diodo laser é operada é selecionado de modo que o pico dominante na saída do diodo laser em uma determinada frequência tenha uma intensidade normalizada entre 15% a 25% maior do que a intensidade normalizada de um pico secundário na saída do diodo laser. Em outros exemplos, o nível de potência no qual a fonte de luz do diodo laser é operado é selecionado de modo que o pico dominante na saída do diodo laser em uma dada frequência tenha uma intensidade normalizada entre 15% a 100% maior do que a intensidade normalizada de um pico secundário na saída do diodo laser. Em outros exemplos, o nível de potência no qual a fonte de luz do diodo laser é operada é selecionado de modo que o pico dominante na saída do diodo laser em uma dada frequência tenha uma intensidade normalizada entre 15% a 200% maior do que a intensidade normalizada de um pico secundário na saída do diodo laser.

[0149]Outra métrica que pode ser usada para configurar a potência na qual a fonte de luz é operada pode ser o tempo de exposição máximo que o sistema pode tolerar enquanto atende às exigências de latência de rastreamento de foco predeterminadas. De um modo geral, como a potência na qual o laser é operado é reduzida, a quantidade de franja de pontos também é reduzida, melhorando a precisão de rastreamento de foco. No entanto, abaixo de uma certa quantidade de

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52/55 potência, a intensidade insuficiente é fornecida no sensor de imagem para permitir a detecção dos pontos ou para permitir a detecção em um tempo de exposição suficientemente curto para atender às exigências de latência. Portanto, a configuração de potência pode ser reduzida até o ponto em que o tempo de exposição correspondente exigido está no tempo de exposição máximo ou próximo dele permitido para a latência do sistema na operação de rastreamento de foco. No exemplo fornecido acima, o tempo de exposição para a fonte de luz operada a 0,5 mW é de 250 ps.

[0150]Enquanto vários exemplos da tecnologia descrita foram descritos acima, dever-se-ia entender que eles foram apresentados apenas a título de exemplo e não de limitação. Da mesma forma, os vários diagramas podem representar uma arquitetura exemplificativa ou outra configuração para a tecnologia descrita, o que é feito para auxiliar na compreensão das características e funcionalidades que podem ser incluídas na tecnologia descrita. A tecnologia descrita não se restringe às arquiteturas ou configurações exemplificativas ilustradas, mas as características desejadas podem ser implementadas usando uma variedade de arquiteturas e configurações alternativas. De fato, será evidente para um versado na técnica como partições funcionais, lógicas ou físicas e configurações podem ser implementadas para implementar as características desejadas da tecnologia aqui descrita. Além disso, uma infinidade de diferentes nomes de módulos constituintes diferentes dos descritos aqui podem ser aplicados às várias partições. Além disso, no que diz respeito a fluxogramas, descrições operacionais e reivindicações de métodos, a ordem em que as etapas são apresentadas aqui não deve exigir que a tecnologia descrita seja implementada para executar a funcionalidade citada na mesma ordem, a menos que o contexto dite ao contrário.

[0151]Embora a tecnologia seja descrita acima em termos de várias configurações e implementações exemplificativas, dever-se-ia entender que as

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53/55 várias características, aspectos e funcionalidades descritos em um ou mais exemplos individuais não estão limitados em sua aplicabilidade ao exemplo particular com o qual são descritos, mas podem ser aplicados, isoladamente ou em várias combinações, a um ou mais dos outros exemplos da tecnologia descrita, independentemente de tais exemplos serem ou não descritos e se essas características são ou não apresentadas como sendo parte de um exemplo descrito. Assim, a amplitude e o escopo da tecnologia aqui descrita não devem ser limitados por quaisquer dos exemplos descritos acima.

[0152]Os termos e frases utilizados neste documento, e suas variações, salvo indicação expressa ao contrário, deveríam ser interpretados como abertos em oposição a limitantes. Como exemplos dos anteriores: o termo “incluindo” deveria ser lido como significando “incluindo, sem limitação” ou similar; o termo “exemplo” é usado para fornecer ocorrências exemplificativas do item em discussão, não uma lista completa ou limitante do mesmo; os termos “um” ou “uma” deveríam ser lidos como significando “ao menos um”, “um ou mais” ou similares; e os adjetivos tais como “pré-existente”, “tradicional”, “normal”, “padrão”, “conhecido” e termos de significado similar não deveríam ser interpretados como limitando o item descrito a um determinado período de tempo ou a um item disponível como de um determinado tempo, mas deveria ser lido para abranger tecnologias pré-existentes, tradicionais, normais ou padrão que possam estar disponíveis ou conhecidas agora ou a qualquer momento no futuro. Do mesmo modo, quando este documento se refere a tecnologias que seriam evidentes ou conhecidas por um versado na matéria, tais tecnologias englobam aqueles aparentes ou conhecidos pelo versado na técnica agora ou a qualquer momento no futuro.

[0153]O termo “acoplado” refere-se a junção, conexão, fixação, contato ou ligação direta ou indireta, e pode referir-se a várias formas de acoplamento, tal como acoplamento físico, óptico, elétrico, fluídico, mecânico, químico, magnético,

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54/55 eletromagnético, óptico, comunicativo ou outro acoplamento, ou uma combinação dos anteriores. Quando uma forma de acoplamento é especificada, isso não implica que outras formas de acoplamento são excluídas. Por exemplo, um componente acoplado fisicamente a outro componente pode referenciar o acoplamento físico ou contato entre os dois componentes (direta ou indiretamente), mas não exclui outras formas de acoplamento entre os componentes, tal como, por exemplo, um link de comunicação (por exemplo, um link RF ou óptico) também acoplando comunicativamente os dois componentes. Do mesmo modo, os vários termos não se destinam a ser mutuamente exclusivos. Por exemplo, um acoplamento fluídico, acoplamento magnético ou acoplamento mecânico, entre outros, pode ser uma forma de acoplamento físico.

[0154]A presença de palavras e frases de extensão, tal como “um ou mais”, “ao menos”, “mas não limitado a” ou outras frases similares, em alguns casos, não deve ser lida para significar que o caso mais estreito é destinado ou exigido nos casos em que tais frases de extensão podem estar ausentes. A utilização do termo “módulo” não implica que os componentes ou funcionalidades descritos ou reivindicados como parte do módulo estejam todos configurados em um pacote comum. Na verdade, qualquer um ou todos os vários componentes de um módulo, se lógica de controle ou outros componentes, podem ser combinados em um único pacote ou mantidos separadamente e podem ser distribuídos em vários agrupamentos ou pacotes.

[0155]Dever-se-ia apreciar que todas as combinações dos conceitos anteriores (desde que tais conceitos não sejam mutuamente inconsistentes) são consideradas como sendo parte do assunto da invenção aqui descrita. Em particular, todas as combinações do assunto em questão reivindicado que aparecem no final desta descrição são consideradas como sendo parte do assunto da invenção aqui descrita.

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55/55 [0156]Os termos “substancialmente” e “aproximadamente” utilizados ao longo desta descrição, incluindo as reivindicações, são usados para descrever e explicar pequenas flutuações, tal como, por exemplo, devido a variações no processamento. Por exemplo, elas podem se referir a menos ou igual a ± 5%, tal como menos ou igual a ± 2%, tal como menos ou igual a ± 1%, tal como menos ou igual a ± 0,5%, tal como como menos ou igual a ± 0,2%, tal como menos ou igual a ± 0,1%, tal como menos ou igual a ± 0,05%.

[0157]Além disso, os vários exemplos aqui apresentados são descritos em termos de diagramas exemplificativos e outras ilustrações. Como se tornará evidente para um versado na técnica depois de ler este documento, os exemplos ilustrados e suas várias alternativas podem ser implementados sem confinamento aos exemplos ilustrados. Por exemplo, os diagramas de blocos e sua descrição que os acompanha não deveríam ser interpretados como exigindo uma arquitetura ou configuração particular.

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Claims (22)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Estrutura de bloqueio óptico, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:

   um quadro que define uma abertura;

   primeiro e segundo elementos estruturais alongados, cada um compreendendo primeira e segunda extremidades onde o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado estão conectados nas suas primeiras extremidades a lados opostos da abertura e, adicionalmente, onde o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado se estendem a partir do quadro paralelo e na mesma direção entre si; e um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades do primeiro e do segundo elemento de bloqueio.
2. 2. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que uma superfície frontal do elemento de bloqueio forma uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e não bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra.
3. 3. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a estrutura de bloqueio óptico é dimensionada para ser disposta adjacente a um divisor de feixe e a superfície traseira do elemento de bloqueio é disposta em um plano que está em um ângulo em relação a um plano do quadro, adicionalmente onde o ângulo é escolhido de tal modo que a superfície traseira do elemento de bloqueio é substancialmente paralela a uma face do divisor de feixe.
4. 4. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 3,

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   CARACTERIZADA pelo fato de que uma largura da superfície traseira do elemento de bloqueio está entre aproximadamente 2 mm e 7 mm.
5. 5. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que uma largura da superfície traseira do elemento de bloqueio é de uma largura selecionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra sem interferir com feixes refletidos a partir das superfícies S2 e S3.
6. 6. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a estrutura de bloqueio óptico é dimensionada para uso em operação com um sistema de digitalização que capta imagens de amostras contidas em um recipiente de amostra de múltiplas camadas que compreende quatro superfícies reflexivas, e adicionalmente onde uma superfície traseira do elemento de bloqueio forma uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e para não bloquear feixes refletidos a partir da segunda e da terceira superfície do recipiente de amostra.
7. 7. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a estrutura de bloqueio óptico é dimensionada para ter uma seção transversal triangular.
8. 8. Sistema de captação de imagem, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

   uma fonte de luz laser;

   uma janela de divisão diferencial para dividir a luz emitida a partir da fonte de luz em uma pluralidade de feixes paralelos;

   um recipiente de amostra compreendendo primeira, segunda e terceira camadas dispostas sobre um substrato em relação de contato, as camadas compreendendo primeira superfície reflexiva na primeira camada do recipiente de

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   3/7 amostra, uma segunda superfície reflexiva entre a primeira e a segunda camada, uma terceira superfície reflexiva entre a segunda e a terceira camada, e uma quarta superfície reflexiva entre a terceira camada e o substrato;

   uma lente objetiva posicionada para focar a luz a partir da fonte de luz sobre ao menos uma da segunda e da terceira superfície reflexiva e para receber a luz refletida a partir do recipiente de amostra;

   um sensor de imagem compreendendo uma pluralidade de localizações de pixel posicionados para receber a luz refletida a partir do recipiente de amostra;

   uma primeira estrutura de bloqueio posicionada para bloquear uma reflexão a partir da primeira superfície de atingir o sensor de imagem; e uma segunda estrutura de bloqueio posicionada para bloquear uma reflexão a partir da quarta superfície de atingir o sensor de imagem.
9. 9. Sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende um divisor disposto em um caminho de retorno óptico do sistema de captação de imagem entre a lente objetiva e o sensor de imagem, adicionalmente onde a segunda estrutura de bloqueio é posicionada no caminho óptico de retorno para bloquear uma reflexão a partir da quarta superfície na saída do divisor.
10. 10. Sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda estrutura de bloqueio compreende:

    um quadro que define uma abertura;

    primeiro e segundo elementos estruturais alongados, cada um compreendendo primeira e segunda extremidades onde o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado estão conectados nas suas primeiras extremidades a lados opostos da abertura, e adicionalmente onde o primeiro e o segundo elemento estrutural alongado se estendem a partir do quadro paralelo e na mesma direção entre si; e

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    4/7 um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades do primeiro e do segundo elemento de bloqueio.
11. 11. Sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que uma superfície frontal do elemento de bloqueio forma uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e para não bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra.
12. 12. Sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda estrutura de bloqueio é dimensionada para ser disposta adjacente a um divisor de feixe e a superfície traseira do elemento de bloqueio é disposta em um plano que está em um ângulo em relação a um plano do quadro, adicionalmente onde o ângulo é escolhido de tal modo que a superfície traseira do elemento de bloqueio é substancialmente paralela a uma face do divisor de feixe.
13. 13. Estrutura de sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que uma largura da superfície traseira da segunda estrutura de bloqueio está entre aproximadamente 2 mm e 7 mm.
14. 14. Estrutura de sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que uma largura da superfície traseira da segunda estrutura de bloqueio é de uma largura selecionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra sem interferir com feixes refletidos a partir das superfícies S2 e S3.
15. 15. Sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda estrutura de bloqueio é

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    5/7 dimensionada para uso em operação com um sistema de digitalização que capta imagens de amostras contidas em um recipiente de amostra de múltiplas camadas que compreende quatro superfícies reflexivas, e adicionalmente onde uma superfície traseira do elemento de bloqueio forma uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e para não bloquear feixes refletidos a partir da segunda e da terceira superfície do recipiente de amostra.
16. 16. Sistema de captação de imagem, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira estrutura de bloqueio compreende uma abertura dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir da primeira superfície do recipiente de amostra e permitir que os feixes refletidos a partir da segunda e da terceira superfície do recipiente de amostra passem através da abertura.
17. 17. Estrutura de bloqueio óptico, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:

    um quadro que define uma abertura, onde a abertura é dimensionada para ter largura de aproximadamente 20 mm a 40 mm de e altura de aproximadamente 15 mm a 30 mm;

    um primeiro elemento estrutural que compreende uma primeira extremidade e uma segunda extremidade que definem um corpo alongado, o corpo alongado dimensionado para ter entre aproximadamente 20 mm e 30 mm de comprimento;

    um segundo elemento estrutural que compreende uma primeira extremidade e uma segunda extremidade que definem um segundo corpo alongado, o corpo alongado dimensionado para ter entre aproximadamente 20 mm e 30 mm de comprimento, onde o primeiro e o segundo elemento estrutural são conectados nas suas primeiras extremidades a lados opostos da abertura, onde o primeiro e o segundo elemento estrutural se estendem a partir do quadro paralelo e na mesma

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    6/7 direção entre si; e um elemento de bloqueio opticamente opaco posicionado para se estender entre as respectivas segundas extremidades do primeiro e do segundo elemento de bloqueio, o elemento de bloqueio opticamente opaco dimensionado para ter entre aproximadamente 1 mm e 20 mm de largura.
18. 18. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que uma superfície frontal do elemento de bloqueio forma uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e para não bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra.
19. 19. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADA pelo fato de que a estrutura de bloqueio óptico é dimensionada para ser disposta adjacente a um divisor de feixe e a superfície traseira do elemento de bloqueio é disposta em um plano que está em um ângulo em relação a um plano do quadro, adicionalmente onde o ângulo é escolhido de tal modo que a superfície traseira do elemento de bloqueio é substancialmente paralela a uma face do divisor de feixe.
20. 20. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADA pelo fato de que uma largura da superfície traseira do elemento de bloqueio é de uma largura selecionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma segunda superfície do recipiente de amostra sem interferir com feixes refletidos a partir das superfícies S2 e S3.
21. 21. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a estrutura de bloqueio óptico é dimensionada para uso em operação com um sistema de digitalização que capta imagens de amostras contidas em um recipiente de amostra de múltiplas camadas que

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    1Π compreende quatro superfícies reflexivas, adicionalmente onde uma superfície traseira do elemento de bloqueio forma uma face de bloqueio dimensionada para bloquear feixes refletidos a partir de uma primeira superfície de um recipiente de amostra em um sistema de captação de imagem e para não bloquear feixes refletidos a partir da segunda e da terceira superfície do recipiente de amostra.
22. 22. Estrutura de bloqueio óptico, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADA pelo fato de que a estrutura de bloqueio óptico é dimensionada para ter uma seção transversal triangular.

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