BR112018076996B1 - Aparelho e métodos de rastreamento de foco preditivos - Google Patents

Abstract

Um sistema de formação de imagem pode incluir um estágio de amostra compreendendo uma superfície para suportar um recipiente de amostra, recipiente de amostra com uma pluralidade de localizações de amostras; um estágio óptico que tem uma lente objetiva, sendo que o estágio óptico é posicionado em relação ao estágio de amostra para formar imagens nas localizações da amostra; um atuador fisicamente acoplado a pelo menos um dentre o estágio de amostra e o estágio óptico para mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focalizar o estágio óptico em uma localização de amostra atual; e um circuito de acionamento para determinar um ajuste de foco para um próximo local de amostra e fornecer um sinal de acionamento para o atuador antes do estágio óptico ser posicionado para gerar a imagem de uma amostra na localização de amostra seguinte, em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado utilizando-se uma diferença entre um ajuste de foco para a localização de amostra atual e o ajuste de foco determinado para a localização de amostra seguinte.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido reivindica o benefício de Pedido de Patente Provisório U.S. N° 62/442.947, depositado em 5 de janeiro de 2017 e intitulado "Predictive Focus Tracking Apparatus and Methods", o qual é aqui incorporado através de referência em sua totalidade. O presente pedido também reivindica o benefício de Pedido de Patente do Reino Unido No. 1704770.5, depositado em 24 de março de 2017, intitulado "Predictive Focus Tracking Apparatus and Methods", que reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório US No. 62/442.947, depositado em 5 de janeiro de 2017 e intitulado "Predictive Focus Tracking Apparatus and Methods".

Antecedentes

[0002] Inúmeros avanços no campo da biologia têm se beneficiado de sistemas e técnicas aprimoradas de formação de imagem, como, por exemplo, aqueles usados em microscópios ópticos e scanners. A manutenção do foco preciso durante a formação de imagens usando esses sistemas de formação de imagens pode ser importante para operações bem-sucedidas de formação de imagens. Consequentemente, o sistema é frequentemente calibrado para o plano focal antes do uso do sistema. No entanto, com recipientes de amostra maiores, por exemplo, essa calibração pode ser inadequada para considerar as variações na área da amostra ou amostras. Por exemplo, considere o caso de um recipiente de amostras com uma pluralidade de amostras em vários locais de amostra definidos por um conjunto de coordenadas. Esses locais de amostra podem estar em diferentes planos focais devido a dobras ou deformações ou devido a alterações térmicas ou outros fatores que causam irregularidades no recipiente da amostra. Como resultado, alguns sistemas realizam a focagem em tempo real à medida que a operação de digitalização é realizada em vários locais de amostra ao longo do recipiente de amostras. No entanto, há latência associada à refocagem do sistema em cada local de amostra. Essa latência afeta a velocidade com a qual várias amostras dentro do recipiente de amostra podem ser visualizadas.

Sumário

[0003] Os exemplos aqui apresentados são instrumentos de análise biológica. Mais particularmente, vários exemplos descrevem sistemas e métodos de rastreamento de foco para instrumentos usados na análise de amostras biológicas.

[0004] Vários exemplos das tecnologias divulgadas aqui fornecem sistemas e métodos para reduzir a latência associada ao rastreamento de foco em scanners ópticos. Em alguns exemplos, sistemas e métodos são fornecidos para derivar informações de sinal de erro de rastreamento de foco para locais de amostra antes de alcançar esses locais de amostra. Isso pode ser feito, por exemplo, adicionando pontos adicionais ao campo de visão do sistema óptico que podem ser usados para olhar adiante para obter informações de foco para um ou mais locais de amostra em uma direção ou direções de locais de amostra futuros a serem examinados. Em outros exemplos, um arquivo de histórico pode ser gerado e mantido para um recipiente de amostra que inclui informações de foco para a pluralidade de locais de amostra através desse recipiente de amostra. Quando o recipiente de amostra é carregado para operações de criação de imagens, seu arquivo de histórico associado também pode ser instalado para fornecer informações de foco em cada um dos locais de amostra identificados. Ainda em outros exemplos, podem ser utilizados atuadores melhorados para aumentar a velocidade com que a focagem é conseguida.

[0005] Em alguns exemplos, um sistema de formação de imagem pode incluir: um estágio de amostra que compreende uma superfície para suportar um recipiente de amostra, o recipiente de amostra tendo uma pluralidade de locais de amostra; um estágio óptico com uma lente objetiva, o estágio óptico sendo posicionável relativamente ao estágio de amostra para amostras de imagem nos locais da amostra; um atuador acoplado fisicamente a pelo menos um dos suportes de amostra e do estágio óptico para mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focalizar o estágio óptico em um local de amostra atual; e um circuito de acionamento para determinar uma configuração de foco para uma próxima localização de amostra e fornecer um sinal de acionamento ao atuador antes que o estágio óptico seja posicionado para obter uma amostra na próxima localização de amostra, em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado usando uma diferença entre uma configuração de foco para o local de amostra atual e a configuração de foco determinada para o próximo local de amostra.

[0006] Em outros exemplos, um método de rastreamento de foco pode incluir a determinação de uma primeira posição em foco de um estágio de amostra para um local de amostra atual em um recipiente de amostra sendo digitalizado; determinação de uma segunda posição em foco do suporte para uma próxima localização de amostra a ser digitalizada; cálculo de uma diferença entre a primeira e a segunda posições em foco; e envio de um sinal de acionamento para um suporte de estágio para mover o estágio de amostra relativo a um estágio óptico da primeira posição de foco para a segunda posição de foco no momento t antes de o suporte ser posicionado para a formação de imagem na próxima localização de amostra em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado usando a diferença entre a primeira e a segunda posições em foco.

[0007] Ainda em outros exemplos, um método de rastreamento de foco inclui: determinação de uma primeira posição em foco de um estágio de amostra para um local de amostra atual em um recipiente de amostra sendo escaneado; determinação de uma segunda posição em foco do suporte para uma próxima localização de amostra a ser digitalizada; cálculo de uma inclinação do recipiente de amostras utilizando a primeira e a segunda posição em foco; e envio de um sinal de acionamento para um atuador de suporte para mover o estágio de amostra em relação a um estágio óptico, em que o sinal de acionamento é gerado usando a inclinação do recipiente de amostra.

[0008] Deve ser compreendido que quaisquer das respectivas características/ exemplos de cada um dos exemplos da divulgação como aqui descritos podem ser implementados em conjunto em qualquer combinação, e que quaisquer características / exemplos de qualquer um ou mais destes exemplos podem ser implementados em conjunto com qualquer das características do (s) outro (s) aspecto (s) como aqui descrito em qualquer combinação.

Breve Descrição dos Desenhos

[0009] A tecnologia aqui divulgada, de acordo com um ou mais exemplos, é descrita em detalhes com referência às figuras seguintes. Estas figuras são fornecidas para facilitar o entendimento do leitor da tecnologia divulgada e não pretendem ser exaustivas ou limitar a divulgação às formas exatas divulgadas. De fato, os desenhos nas figuras são fornecidos apenas para fins ilustrativos e meramente representam exemplos típicos ou exemplos da tecnologia divulgada. Além disso, deve-se notar que, para maior clareza e facilidade de ilustração, os elementos nas figuras não foram necessariamente desenhados em escala.

[0010] A figura 1 ilustra um diagrama de blocos simplificado de um exemplo de um sistema de escaneamento de imagem com o qual sistemas e métodos divulgados aqui podem ser implementados.

[0011] A figura 2 é um diagrama que ilustra um processo de exemplo para rastreamento de foco preditivo de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui revelados.

[0012] A figura 3 é um diagrama que ilustra um desenho óptico de exemplo para rastreamento de foco preditivo de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos.

[0013] A figura 4A é um diagrama ilustrando outro desenho óptico de exemplo para rastreamento de foco preditivo de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos.

[0014] A figura 4B é um diagrama que ilustra uma vista alternativa de uma porção do sistema óptico mostrado na figura 4A.

[0015] A figura 5 é um diagrama que ilustra um processo exemplificativo para a focagem preditiva utilizando um sistema óptico, tal como o sistema óptico mostrado na figura 3.

[0016] A figura 6 é um diagrama que ilustra um processo de exemplo para rastreamento de foco preditivo usando informações armazenadas de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos descritos aqui.

[0017] A figura 7 é um diagrama de blocos ilustrando um sistema de controle de foco de exemplo para rastreamento de foco de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos descritos aqui.

[0018] A figura 8 é um diagrama que ilustra uma arquitetura de exemplo para um controlador de estágio z de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos.

[0019] A figura 9 é um diagrama que ilustra outra arquitetura de exemplo para um controlador de estágio z de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos.

[0020] Deve ser compreendido que a tecnologia divulgada pode ser posta em prática com modificação e alteração e que a tecnologia divulgada será limitada apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.

Descrição Detalhada

[0021] Vários exemplos das tecnologias divulgadas aqui fornecem sistemas e métodos para reduzir a latência associada ao rastreamento de foco em scanners ópticos. Em alguns exemplos, sistemas e métodos são fornecidos para derivar informações de sinal de erro de rastreamento de foco para locais de amostra antes de alcançar esses locais de amostra. Isso pode ser feito, por exemplo, adicionando pontos adicionais ao campo de visão do sistema óptico que podem ser usados para olhar adiante para obter informações de foco para um ou mais locais de amostra em uma direção ou direções de locais de amostra futuros a serem examinados. Em outros exemplos, um arquivo de histórico pode ser gerado e mantido para um recipiente de amostra que inclui informações de foco para a pluralidade de locais de amostra através desse recipiente de amostra. Quando o recipiente de amostra é carregado para operações de criação de imagens, seu arquivo de histórico associado também pode ser instalado para fornecer informações de foco em cada um dos locais de amostra identificados. Ainda em outros exemplos, podem ser utilizados atuadores melhorados para aumentar a velocidade com que a focagem é conseguida.

[0022] Vários exemplos dos sistemas e métodos aqui divulgados podem fornecer um sistema de rastreamento de foco preditivo e atuadores de foco aprimorados que permitem velocidades de varredura maiores e controle de foco aprimorado em comparação com soluções convencionais. Por exemplo, o sistema pode ser implementado para permitir imagens de difração limitada e uniforme em altas velocidades de varredura, levando a altas taxas de aquisição de dados. Como outro exemplo, algumas implementações podem permitir uma velocidade de varredura de 4x, resultando na varredura de dados na ordem de 120 Gb/ hora. Técnicas de foco preditivo e tecnologias aprimoradas de atuadores, como as descritas aqui, podem ser usadas para reduzir a latência e, assim, ajudar a alcançar essas velocidades de varredura maiores, bem como para alcançar precisão de foco em escala nanométrica.

[0023] Antes de descrever vários sistemas e métodos exemplificativos, é útil descrever um ambiente de exemplo com o qual os sistemas e métodos podem ser implementados. Um tal ambiente de exemplo é o de um sistema de digitalização de imagens, tal como o ilustrado na figura 1. O sistema de digitalização de imagens de exemplo pode incluir um dispositivo para obter ou produzir uma imagem de uma região. O exemplo descrito na figura 1 mostra um exemplo de configuração de imagem de um projeto de luz de fundo.

[0024] 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 a óptica associada dirigem um feixe de luz, tal como luz de laser, para um local de amostra escolhido no recipiente de amostra 110. A amostra fluoresce e a luz resultante é recolhida pela lente objetiva 142 e dirigida para um fotodetector 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 alcançado movendo o próprio estágio de amostra, a lente objetiva, o estágio óptico inteiro, ou qualquer combinação do precedente. Exemplos adicionais podem também incluir a movimentação de todo o sistema de imagem sobre uma amostra estacionária.

[0025] O módulo ou dispositivo de liberação de fluido 100 direciona o fluxo de reagentes (por exemplo, nucleotídeos fluorescentes, tampões, enzimas, reagentes de clivagem, etc.) para (e através) o recipiente de amostra 110 e válvula de resíduos 120. Em algumas aplicações, o recipiente de amostra 110 pode ser implementado como uma célula de fluxo que inclui aglomerados de sequências de ácido nucléico em uma pluralidade de locais de amostra no recipiente de amostra 110. As amostras a serem sequenciadas podem ser ligadas ao substrato da célula de fluxo, juntamente com outros componentes opcionais.

[0026] O sistema também compreende o atuador de estação de temperatura 130 e aquecedor/ resfriador 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 focalização/ laser de focalização 150. O sistema de câmera 140 não está limitado a uma câmera CCD e outras câmeras e tecnologias de sensor de imagem podem ser usadas.

[0027] A fonte de luz 160 (por exemplo, um laser de excitação dentro de um conjunto opcionalmente compreendendo múltiplos lasers) ou outra fonte de luz pode ser incluída para iluminar reações de sequenciamento fluorescente dentro das amostras via iluminação através da interface de fibra óptica 161 (que pode opcionalmente compreender uma ou mais lentes de reformação de imagem, montagem de fibra óptica, etc). A lâmpada de baixo watt 165, o laser de focagem 150 e o dicroico reverso 185 também são apresentados no exemplo mostrado. Em algumas aplicações, o foco do laser 150 pode ser desligado durante a formação de imagens. Em outras aplicações, uma configuração de foco alternativa pode incluir uma segunda câmera de foco (não mostrada), que pode ser um detector de quadrante, um Position Sensitive Detector (Detector Sensível à Posição - PSD) ou detector similar para medir a localização do feixe disperso refletido do suporte, concorrente com a coleta de dados.

[0028] Embora ilustrado como um dispositivo com luz de fundo, outros exemplos podem incluir uma luz de um laser ou outra fonte de luz que é direcionada através da lente objetiva 142 para as amostras no recipiente de amostras 110. O recipiente de amostras 110 pode ser montado em um estágio de amostra 170 para proporcionar movimento e alinhamento do recipiente de amostras 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 suporte se mova nas direções X, Y e Z em relação à lente objetiva. Isto pode permitir que uma ou mais localizações de amostras no recipiente de amostras 110 sejam posicionadas em alinhamento óptico com a lente objetiva 142.

[0029] 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 amostras 110 na direção do foco (tipicamente referido como o eixo z, ou direção z). O componente de foco 175 pode incluir um ou mais atuadores acoplados fisicamente ao estágio óptico ou ao estágio de amostra, ou ambos, para mover o recipiente de amostras 110 no estágio de amostra 170 em relação aos componentes ópticos (por exemplo, a lente objetiva 142) para fornecer a focagem adequada para a operação de formação de imagem. Por exemplo, o atuador pode ser acoplado fisicamente ao respectivo suporte, tal como, por exemplo, por ligação mecânica, magnética, fluida ou outra fixação ou contato direta ou indiretamente com o suporte. O um ou mais atuadores podem ser configurados para mover o suporte na direção z, mantendo 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 suporte. Isto pode ser feito, por exemplo, para que o recipiente de amostras 110 possa ser nivelado dinamicamente para ter em conta qualquer inclinação nas suas superfícies.

[0030] A focalização do sistema geralmente se refere ao alinhamento do plano focal da lente objetiva com a amostra a ser fotografada no local da amostra escolhido. No entanto, a focagem também pode referir-se a ajustes no sistema para obter uma característica desejada para uma representação da amostra, como, por exemplo, um nível desejado de nitidez ou contraste para uma imagem de uma amostra de teste. Como a profundidade de campo utilizável do plano focal da lente objetiva é tipicamente muito pequena (por vezes na ordem de 1 μm ou menos), o componente de foco 175 segue de perto a superfície a ter a imagem formada. 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 move na direção de varredura (tipicamente referido como o eixo y).

[0031] A luz que emana de uma amostra de teste em uma localização de amostra tendo a imagem formada pode ser direcionada para um ou mais detectores 140. Os detectores podem incluir, por exemplo, uma câmera CCD. Uma abertura pode ser incluída e posicionada para permitir que apenas a luz que emana da área de foco passe para o detector. Uma abertura pode ser incluída para melhorar a qualidade da imagem, filtrando os componentes da luz que emanam 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 gravar um determinado comprimento de onda de emissão e para cortar qualquer luz de laser dispersa.

[0032] Em vários exemplos, o recipiente de amostras 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 amostras 110 pode incluir um ou mais substratos nos quais os ácidos nucleicos a serem sequenciados estão ligados, presos ou associados. Em vários exemplos, o substrato pode incluir qualquer substrato ou matriz inerte ao qual podem ser ligados ácidos nucleicos, 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 locais formados em uma matriz ou arranjo através do recipiente de amostras 110.

[0033] 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, como, por exemplo, operações de foco, movimento de suporte e formação de imagens. Em várias aplicações, o controlador pode ser implementado usando hardware, software ou uma combinação dos precedentes. Por exemplo, em algumas implementações, o controlador pode incluir uma ou mais CPUs ou processadores com memória associada. Como outro exemplo, o controlador pode compreender hardware ou outro circuito para controlar a operação. Por exemplo, este circuito pode 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 programável complexo (CPLD), um arranjo lógico programável (PLA), lógica de matriz programável (PAL) ou outro dispositivo ou circuito de processamento similar. Como ainda outro exemplo, o controlador pode compreender uma combinação deste circuito com um ou mais processadores.

[0034] Embora os sistemas e métodos possam ser descritos aqui de tempos em tempos no contexto deste sistema de exemplo, este é apenas um exemplo com o qual esses sistemas e métodos podem ser implementados. Depois de ler esta descrição, um perito de habilidade comum na técnica compreenderá como os sistemas e métodos aqui descritos podem ser implementados com este e outros scanners, microscópios e outros sistemas de formação de imagem.

[0035] Exemplos da tecnologia divulgada aqui fornecem sistemas e métodos para rastreamento de foco preditivo para reduzir a latência na focalização. A figura 2 é um diagrama que ilustra um processo para rastreamento de foco preditivo de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui revelados. Fazendo referência agora à figura 2, na operação 212, o sistema determina uma configuração de foco atual. Por exemplo, o sistema pode ser configurado para determinar a configuração de foco para uma operação de formação de imagens atual em um local de amostra atual em um recipiente de amostras. Em vários exemplos, esta configuração de foco para a localização atual da amostra pode ser determinada antecipadamente (por exemplo, usando os métodos preditivos aqui descritos).

[0036] Geralmente, em operação, um feixe de foco gerado por um laser de focalização é refletido para fora do local da amostra para medir o foco necessário, e o estágio de amostra é movido em relação ao estágio óptico para focalizar o estágio óptico em um local de amostra atual. O movimento do estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focalização é geralmente descrito como movimento ao longo do eixo z ou na direção z. Os termos "eixo z" e "direção z" destinam-se a ser utilizados consistentemente com a sua utilização na técnica dos sistemas de microscopia e formação de imagem em geral, em que 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 do eixo z pode ser realizada, por exemplo, movendo um estágio de amostra relativo a um estágio óptico (por exemplo, movendo o estágio de amostra ou um elemento óptico ou ambos). Como tal, a translação do eixo z pode ser realizada dirigindo uma lente objetiva, um estágio óptico ou um estágio de amostra, ou uma combinação dos precedentes, qualquer um dos quais pode ser acionado acionando 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 vários exemplos, os atuadores podem ser configurados para inclinar o estágio de amostra em relação ao estágio óptico para, por exemplo, nivelar efetivamente o recipiente de amostra em um plano perpendicular ao eixo de formação de imagem óptica. Onde essa inclinação dinâmica é realizada para nivelar efetivamente os locais de amostra no recipiente de amostras, isso pode permitir que o recipiente de amostras seja movido nas direções x e y para varredura com pouco ou nenhum movimento no eixo z sendo necessário.

[0037] Em operação 216, o sistema determina a próxima localização da amostra na qual o estágio óptico será posicionado para formação de imagens. Isso pode ser determinado, por exemplo, pelo algoritmo de varredura que é usado para mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico (por exemplo, nas direções x e y). Por exemplo, em algumas aplicações, o sistema se move de um local de amostra para o próximo local de amostra adjacente até que todas as localizações de amostra desejadas sejam visualizadas. Em outros aplicativos, outros padrões de varredura podem ser implementados.

[0038] O sistema determina a configuração de foco para a próxima localização da amostra. Isso é ilustrado em operação 220. Como parte da focalização preditiva, a configuração de foco para a próxima localização da amostra é determinada antes de a lente objetiva ser posicionada para operações de criação de imagens na próxima localização da amostra. Assim, em alguns exemplos, a configuração de foco para a próxima localização da amostra pode ser determinada, por exemplo, enquanto o sistema visualiza a localização atual da amostra ou antes de o sistema ser posicionado para visualizar a localização atual da amostra. A configuração de foco para a próxima localização da amostra pode geralmente ser determinada usando qualquer uma das várias técnicas de focalização preditivas diferentes. Por exemplo, a configuração de foco para o próximo local de amostra pode ser determinada usando um ou mais feixes de foco de antecipação fora do eixo que são direcionados para o próximo local para determinar o próximo local com antecedência. Como outro exemplo de foco preditivo, um ou mais feixes podem ser direcionados para a próxima ou outra localização de amostra futura, para locais de amostra anteriores (por exemplo, na direção de varredura reversa), para amostrar locais ao lado da localização atual da amostra em relação à direção de percurso da varredura, seja perpendicular à direção do deslocamento ou em outros ângulos) para reunir informações de foco para vários pontos além ou em vez da configuração de foco para o próximo local de amostra imediato.

[0039] Como ainda outro exemplo de foco preditivo, as configurações de foco para uma pluralidade de locais de amostra em uma portadora de amostra podem ser determinadas antes da operação de varredura atual. Essas configurações de foco para cada uma das várias localizações de amostra podem ser armazenadas eletronicamente em um arquivo de histórico para um determinado recipiente de amostras e recuperadas quando o recipiente de amostras é recarregado no sistema de criação de imagens para operações de digitalização. A predeterminação das configurações de foco de localização de amostra para uma transportadora de amostra pode ser feita em uma execução de configuração, que pode ser executada, por exemplo, sem quaisquer amostras no local. Alternativamente, a predeterminação pode ser feita durante uma execução de varredura operacional de amostras na portadora de amostra e armazenada no arquivo de histórico para futuras operações de varredura. Em vários exemplos, a qualidade da imagem de execuções anteriores pode ser verificada e usada para aumentar ou atualizar um modelo de foco armazenado anteriormente para o sistema. Onde a qualidade de imagem das execuções anteriores é alta, essas informações podem ser usadas para classificar o arquivo de histórico ou apontar para o arquivo de histórico em um nível de confiança relativamente alto.

[0040] Na operação 226, o sistema determina a diferença entre a configuração de foco atual e a próxima configuração de foco. Essa diferença indica a quantidade de alteração na distância entre o estágio óptico e o estágio de amostra que será necessário para colocar o sistema em foco para o próximo local de amostra. O sistema usa essas informações em operação 230 para calcular uma configuração de mudança de foco. Essa diferença na configuração do foco do local da amostra atual para a próxima localização da amostra fornece um sinal de erro que é usado para determinar uma saída de controle usada para controlar o atuador de foco no componente de foco 175.

[0041] Por exemplo, o sistema pode ser implementado para determinar parâmetros para um sinal de acionamento que será aplicado ao atuador para mover o estágio óptico relativo ao estágio de amostra para a próxima operação de amostragem. Geralmente, para uma translação de distância -z maior, ou uma inclinação maior, uma saída de controle maior (por exemplo, um ou mais parâmetros, como maior corrente de acionamento, maior voltagem e maior ciclo de trabalho) será especificada. Da mesma forma, para distâncias de translação menores ou declives menores, uma saída de controle menor (por exemplo, menor corrente de acionamento, menor tensão e ciclo de trabalho menor) será especificada. A saída de controle pode ser ajustada, por exemplo, ajustando a corrente ou tensão aplicada ao atuador. Além disso, em alguns exemplos, o tempo em que o sinal de acionamento é aplicado ao atuador pode ser ajustado com base no valor da translação de distância z que é necessário para a mudança na focalização. Por exemplo, onde a distância necessária é maior, o sinal de acionamento pode ser aplicado mais cedo. No entanto, em outros exemplos, o sinal de acionamento é aplicado o mais cedo possível após a conclusão da amostragem na localização atual, independentemente da diferença nas configurações de foco. Em outros exemplos, o sinal de acionamento pode ser fornecido a múltiplos atuadores em diferentes níveis de saída para inclinar a amostra em vez de, ou além de, mover toda a amostra ao longo do eixo z.

[0042] Os parâmetros do sinal de acionamento e o momento em que o sinal de acionamento é aplicado podem ser determinados com base no tipo de atuador e nos requisitos do acionamento. Por exemplo, alguns atuadores apresentam uma carga capacitiva e exigem que um certo nível de carga seja acumulado antes que o atuador seja acionado. Um exemplo de tal atuador inclui atuadores piezoelétricos. Outros atuadores, como atuadores de bobina de voz, por exemplo, podem apresentar mais de uma carga indutiva. Tais atuadores têm características diferentes, ditando os requisitos dos parâmetros do sinal do acionamento.

[0043] Na operação 232, o sinal de acionamento determinado é aplicado ao atuador para executar a correção de foco. Em vários exemplos, um sinal de acionamento com os parâmetros determinados é fornecido ao atuador para acionar o atuador para mover o estágio óptico em relação ao estágio de amostra para colocar o sistema em foco. Em alguns exemplos, o ajuste de foco real aplicado para colocar a amostra em foco pode ser comparado ao modelo de foco preditivo para garantir que o modelo seja preciso. Da mesma forma, a qualidade da imagem pode ser usada para avaliar a precisão do modelo de foco preditivo. Essas técnicas podem ser usadas, por exemplo, para garantir que o ruído no sistema não esteja afetando as medições. Essas técnicas também podem ser usadas para refinar os algoritmos de foco preditivo. Onde o ruído ou outras condições estão afetando a integridade do modelo de foco preditivo, esse recurso pode ser temporariamente desativado até que a condição seja corrigida.

[0044] Como mencionado acima, em alguns exemplos, feixes ópticos fora do eixo, como, por exemplo, feixes de laser, podem ser direcionados para o recipiente de amostras (por exemplo, recipiente de amostras 110) para determinar ajustes de foco para locais do recipiente de amostras que não a localização da amostra atual sendo amostrada. Por exemplo, os feixes de foco podem ser direcionados à frente da localização atual da amostra (ou seja, na direção da varredura) para medir a configuração de foco desejada para um ou mais locais além da localização atual da amostra. Em outros exemplos, um ou mais feixes podem ser direcionados nas direções para frente, reversa ou lateral para reunir informações de foco para vários pontos além ou em vez da configuração de foco para o próximo local de amostra imediato. Esses feixes adicionais fora do eixo podem ser usados para determinar as configurações de foco para várias posições no recipiente de amostras (por exemplo, para outros locais de amostra) e essas informações podem ser armazenadas e usadas para determinação de foco preditivo.

[0045] A figura 3 é um diagrama que ilustra um exemplo de desenho óptico para rastreamento de foco preditivo de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos. Fazendo referência agora à figura 3, este sistema de exemplo inclui um recipiente de amostras 110, que neste exemplo é uma célula de fluxo, e uma lente objetiva 142 que é usada para focalizar luz para formação de imagens e para focar nos locais desejados do recipiente de amostras 110. Também incluídos neste exemplo estão uma máscara pinhole 252, um sensor de imagem 254, uma lente de reformação de imagem 256, uma cunha de redução diferencial 258, uma janela de divisão diferencial 260, e uma lente de projeção de foco 262.

[0046] A figura 4, que compreende as figuras 4A e 4B, ilustra outro exemplo de sistema óptico para rastreamento de foco preditivo como uma alternativa ao apresentado na figura 3. Particularmente, a figura 4A ilustra outro exemplo de design óptico para rastreamento de foco preditivo. A figura 4B é um diagrama que ilustra uma vista alternativa de uma porção do sistema óptico mostrado na figura 4A. Para evitar a desordem e facilitar a compreensão do leitor, o exemplo mostrado na figura 4A é ilustrado com um único feixe, que é o feixe central neste caso. Um perito de habilidade comum na técnica apreciará como este sistema funcionará com mais de um feixe, tal como, por exemplo, com 3 feixes, como na figura 3. Como descrito, um sistema de três feixes pode fornecer rastreamento de foco antecipado e com olhar por trás.

[0047] Fazendo referência agora à figura 4, o laser 270 gera luz para os feixes de focagem e é acoplado opticamente ao sistema. A luz do 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. Filtros podem ser incluídos, se necessário, como para seleção de fonte. O prisma 272 divide o feixe de transmissão em dois pontos substancialmente paralelos, de intensidade aproximadamente igual. Isso pode ser incluído para fornecer medições diferenciais no modelo de foco.

[0048] Uma grade de difração 274 gera múltiplas cópias dos feixes de entrada. Em outros exemplos, um cubo divisor de feixe ou várias fontes de laser podem ser usados para gerar os múltiplos feixes. No caso de um sistema de três feixes, a grade de difração 274 pode gerar três feixes de saída para cada um dos dois feixes de entrada. Um exemplo disto para um feixe de entrada é mostrado na figura 4B. Como a grade de difração pode gerar feixes que são divergentes (como também mostrado na figura 4B), um prisma de topo plano, ou articulado, 276 redireciona os múltiplos feixes. Em alguns exemplos, o prisma é configurado de tal modo que os feixes convergem na pupila da lente objetiva 142, de modo que os feixes no recipiente da amostra são normais ao recipiente de amostras. Um exemplo disto para uma configuração de três saídas de feixe é mostrado na figura 4B. O sinal recebido do recipiente de amostra retorna através do divisor de feixe 277 e reflete o espelho 279. Como cada par de feixe é divergente, recebe os prismas 280 e 282 para consolidar os pontos no plano focal do sensor de imagem 284. Em alguns exemplos, estes podem ser implementado como de prismas de articulação e de telhado para refratar e apontar os raios que saem do objeto do microscópio para caber na matriz do sensor de imagem. Um prisma de telhado 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 articulação para refratar os pares de pontos anteriores/ posteriores para consolidar todos os pares de pontos no plano focal. Com três feixes de antecipação, 3 feixes passam por cada uma das duas metades do prisma de telhado. No entanto, no outro eixo, os feixes são divergentes, razão pela qual o prisma de articulação está incluído para corrigi-los

[0049] Nos vários exemplos descritos acima com referência às figuras 3 e 4, vários componentes ópticos são implementados usando prismas. Alguns ou todos estes podem ser implementados usando lentes, no entanto prismas podem ser desejáveis visto que estes componentes são geralmente 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 são geralmente mais compactos e incluem menos elementos.

[0050] A lente objetiva 142 nos exemplos das figuras 3 e 4 fornecem um campo de visão geralmente circular no recipiente de amostras. Em um exemplo, o centro do campo de visão é a localização da amostra atual cuja imagem está sendo formada. A direção de varredura dentro desse campo de visão é tipicamente o eixo x ou y. Para fins de discussão, a direção da varredura será considerada na direção y. Uma fonte de luz, tal como um LED ou uma fonte de luz laser (não ilustrada), gera os feixes de focagem. No exemplo ilustrado, três feixes são usados para fornecer uma estimativa de foco preditivo fora do eixo de três pontos - um feixe para a localização atual da amostra e dois feixes adicionais para rastreamento antecipado e olhando por trás. Esses dois feixes adicionais são usados para determinar a distância do foco ao longo do eixo z entre o estágio óptico e os locais de amostra no recipiente de amostras.

[0051] Em um exemplo, um feixe é direcionado para a posição atual da amostra. Como notado acima, neste exemplo a localização da amostra cuja imagem atualmente está sendo formada está aproximadamente no centro do campo de visão da lente objetiva 142. Dos dois feixes de foco adicionais, um é direcionado ao longo do eixo y à frente da operação de varredura (isto é, na direção + y) e a outra é direcionada ao longo do eixo y atrás da posição atual (ou seja, na direção - y). Em um exemplo, os dois feixes adicionais são direcionados para locais a uma distância que é aproximadamente um terço da distância do centro até a borda do campo de visão à frente e atrás do local atual da amostra. Em outros exemplos, um número de feixes de focagem adicionais que não dois podem ser fornecidos. Por exemplo, como indicado acima, um ou mais feixes, além do feixe central, podem ser direcionados para uma ou mais das direções + x, -x, + y, - y, assim como nas direções + x, + y, + x, -y, -x, + y, -x, -y.

[0052] Informações desses feixes podem ser usadas para coletar informações sobre vários locais no recipiente de amostras (por exemplo, o recipiente de amostras 110). Essas informações podem ser usadas, por exemplo, para reunir e armazenar configurações de foco para locais de amostra no recipiente de amostras em vários locais de amostra. As informações de foco obtidas usando esses feixes de foco adicionais também podem ser usadas para calcular a inclinação do recipiente de amostras na região, o que indica a taxa de alteração da distância de foco ao longo do recipiente de amostras. Por exemplo, no caso de um sistema de três feixes, o sistema usa a direção de varredura conhecida para determinar qual dos feixes adicionais está voltado para frente e qual está voltado para trás. As informações de foco desses dois feixes e do feixe central fornecem três pontos a partir dos quais a inclinação do recipiente de amostras nessa região pode ser calculada. Se feixes adicionais forem incluídos e direcionados para o lado, a inclinação pode ser determinada nas direções x e y. O sistema pode usar a inclinação para prever mudanças de foco na direção para frente e usar essas informações para determinar um ou mais parâmetros do sinal de acionamento a ser aplicado para acionar o atuador. Por exemplo, a saída de controle pode ser proporcional à inclinação detectada naquela região. Onde a inclinação é maior, níveis mais altos de corrente, por exemplo, podem ser aplicados para permitir que o estágio z seja movido mais rapidamente para a posição da próxima localização da amostra. Se os locais da amostra são locais ao longo de uma amostra contínua ou locais distintos no contêiner de amostras, essas informações sobre a distância de foco antes do sistema ser posicionado para varrer a próxima localização da amostra permitem que a operação de foco seja executada de maneira preditiva.

[0053] Em outros exemplos, a informação de inclinação pode ainda ser usada para nivelar o recipiente de amostras em relação ao estágio óptico. Isso pode ser feito, por exemplo, inclinando o estágio de amostra. Com o nível do estágio de amostra em relação ao estágio óptico, a varredura pode progredir nas direções x e y com pouco ou nenhum ajuste adicional na direção z. Como o recipiente de amostras pode não ser uniforme em toda a sua área, esse nivelamento pode ser feito de forma contínua ou regular conforme a digitalização progride para apresentar uma superfície de amostra relativamente nivelada ao sistema de formação de imagem. Em vários exemplos, o nivelamento pode ser realizado fornecendo três ou mais atuadores, cada um acionado independentemente para permitir que o estágio de amostra seja inclinado em relação ao estágio óptico.

[0054] A figura 5 é um diagrama que ilustra um processo exemplificativo para a focagem preditiva utilizando um sistema óptico, tal como o sistema óptico mostrado na figura 3. O processo ilustrado na figura 5 é descrito no contexto da figura 3 e no contexto do exemplo de configuração fora do eixo de três pontos, tendo um feixe de focagem central, um feixe de observação de frente e um feixe de observação por trás. Na operação 320, a fonte de luz (por exemplo, uma fonte de luz laser ou LED) gera a luz de focagem que será utilizada para as operações de focagem preditiva. Em algumas aplicações, a luz do laser é acoplada a uma fibra e a saída da fibra é colimada. Na operação 322, a máscara de pinhole 252 é iluminada por trás (no caso da figura 3). No exemplo ilustrado na figura 3, são fornecidos três pinhões correspondentes ao exemplo do sistema de focagem preditiva fora do eixo de três pontos.

[0055] Em alguns sistemas de formação de imagem, pode ser vantajoso dividir o feixe de foco em dois feixes e passar esses feixes pelas bordas da lente objetiva 142. Nesta configuração, à medida que o recipiente de amostras 110 se move, e os feixes de focalização refletem recipiente de amostras 110, o seu ângulo muda. Como essa configuração fornece um braço de alavanca mais longo, o movimento do recipiente de amostras 110 resulta em um movimento maior da imagem na câmera. Portanto, mudanças na direção Z podem ser muito mais fáceis de detectar no sensor de imagem. Consequentemente, na operação 324, os três feixes de focagem são divididos em seis feixes. No exemplo ilustrado na figura 3, a lente de projeção de foco 262 projeta os três feixes na janela de divisão diferencial 260, e a janela de divisão diferencial 260 divide-os em seis feixes - dois para o feixe central e um para cada um dos feixes de observação para frente e observação para trás. Assim, em alguns exemplos, o feixe de foco e os feixes adicionais de observação para frente/ observação para trás/ observação para o lado podem ser divididos em dois feixes cada. No exemplo acima, onde há um feixe central, um feixe de observação para frente e outro de observação para trás, esses três feixes seriam divididos em seis feixes separados.

[0056] Na operação 324, os pinholes são visualizados no recipiente de amostras 110. No exemplo ilustrado na figura 3, estes feixes são divididos por uma janela de divisão diferencial 260 em dois feixes cada, criando um total de seis feixes. A janela de divisão diferencial 260 pode ser implementada como uma grade de difração para dividir cada feixe de foco, criando assim múltiplos feixes para cada feixe de foco. Como os feixes de uma grade de difração são tipicamente divergentes, um prisma de deslocamento lateral (não ilustrado na figura 3) pode ser incluído para fazer com que esses feixes venham a convergir na pupila de entrada da lente objetiva 142. A lente objetiva 142 grava esses feixes no recipiente de amostras 110. Tal como descrito acima, os feixes podem ser visualizados como um feixe central, um feixe de observação para frente e um feixe de observação para trás.

[0057] Na operação 326, as reflexões desses feixes são visualizadas no sensor de imagem. Como estes feixes podem ser divergentes e, portanto, não se encaixam na área do sensor de imagem, a cunha de redução diferencial 258 e a lente de nova imagem 256 podem ser fornecidas para focar e colocar os pontos no sensor de imagem.

[0058] Na operação 328, a quantidade de correção de foco pode ser calculada a partir dos feixes com a imagem no sensor de entrada. Como observado acima, as informações de foco de pontos dentro do campo de visão da lente objetiva podem ser calculadas e usadas para determinar as quantidades de correção de foco. Por exemplo, as informações de foco dos três feixes podem ser usadas para calcular uma inclinação do recipiente de amostras ao longo dos locais de amostra. A inclinação pode ser usada para calcular um ou mais parâmetros do sinal de acionamento (por exemplo, nível de corrente, nível de tensão, ciclo de trabalho, no tempo, etc.) para acionar o atuador para ajustar o estágio de amostra em relação ao estágio óptico para a próxima localização de amostra. Em operação 330, a correção de foco é executada fornecendo um ou mais parâmetros de sinal de acionamento no nível apropriado ao atuador.

[0059] Embora não ilustrado nas figuras 3 ou 4, um perito de habilidade comum na técnica apreciará, depois de ler esta descrição, que um controlador pode ser incluído para controlar as operações do rastreamento de foco preditivo. Em alguns exemplos, um sistema de processador tendo um ou mais processadores executando código de programa para controlar as operações do sistema pode ser usado. No entanto, para sistemas de alta velocidade, pode ser vantajoso usar uma solução de hardware para controlar as operações do sistema, usando um ou mais dos seguintes: FPGA, ASIC, PLD, CPLD, PLA, PAL ou outros circuitos semelhantes.

[0060] No entanto, outra abordagem para o rastreamento de foco preditivo, como observado acima, usa informações armazenadas sobre as configurações de foco de um determinado recipiente de amostras para controlar a focagem do sistema durante a operação em tempo real. Por exemplo, um recipiente de amostras pode ser digitalizado e configurações de foco determinadas para cada uma das várias localizações de amostra no recipiente de amostras. A figura 6 é um diagrama que ilustra um processo de exemplo para rastreamento de foco preditivo usando informações armazenadas de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos descritos aqui. Com referência agora à figura 6, na operação 360, um recipiente de amostra (por exemplo, o recipiente de amostra 110) é digitalizado. Durante esta operação de digitalização, as configurações de foco para cada uma das várias localizações de amostra no recipiente de amostras são medidas. Para recipientes de amostras com locais de amostragem distintos, a quantidade de foco pode ser medida em cada um desses locais distintos. Para recipientes de amostras com uma amostra contínua, as configurações de focagem podem ser medidas em cada um de uma pluralidade de locais através do recipiente, onde a quantidade de localizações e espaçamento entre estas localizações pode ser determinada com base na resolução desejada para a varredura de amostras. Em operação 362, as configurações de foco para o recipiente de amostras são armazenadas. Elas podem ser armazenadas eletronicamente em um arquivo de histórico na memória, para que possam ser recuperados para uso posterior durante as operações de digitalização. O arquivo de histórico ou as informações nele contidas podem ser marcados para serem identificados como contendo as informações de foco para esse recipiente de amostras específico.

[0061] Na operação 364, um recipiente de amostras é carregado no sistema de varredura para operações de varredura. Para operações de formação de imagens reais, o recipiente de amostras incluirá uma amostra ou amostras a serem visualizadas. O recipiente de amostras pode incluir um identificador para identificar exclusivamente o recipiente de amostras. Em alguns exemplos, os recipientes de amostras podem ser identificados por classe, enquanto em outros exemplos, os recipientes de amostras podem ser identificados individualmente. A identificação do recipiente de amostras pode ser inserida no sistema por um usuário, ou pode ser detectada óptica ou eletronicamente quando o recipiente de amostras é carregado no sistema.

[0062] Na operação 366, as configurações de foco armazenadas para o recipiente de amostras identificado são recuperadas. Nesta operação, a identificação do recipiente de amostras pode ser usada para identificar o arquivo que contém as configurações de foco armazenadas para esse recipiente de amostras. Com o arquivo de histórico adequado identificado, em operação 368, as configurações armazenadas contidas nesse arquivo podem ser usadas para executar operações de foco preditivo para a verificação que está sendo realizada com esse recipiente de amostras. Por exemplo, as informações de inclinação podem ser calculadas usando as configurações de foco armazenadas no arquivo de histórico, e essas informações de inclinação podem ser usadas para determinar os parâmetros do sinal de acionamento aplicado ao atuador durante as operações de formação de imagens.

[0063] Nos exemplos descritos acima, informação de foco preditivo é usada para determinar uma diferença entre uma configuração de foco para um local de amostra atual e uma configuração de foco para um local futuro. Essa diferença, que pode estar na forma de um sinal de erro, é usada para gerar um sinal de acionamento com os parâmetros de sinal apropriados para acionar o atuador, que se move para o suporte que está sendo acionado. A figura 7 é um diagrama de blocos ilustrando um exemplo de sistema de controle de foco para rastreamento de foco de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos descritos aqui. Este sistema de controle de foco de exemplo inclui circuitos de rastreamento de foco 432 que são configurados para determinar as configurações atuais e futuras de foco que são usadas para gerar o sinal de acionamento que aciona o circuito de realimentação de rastreamento de foco no estágio z 434. Como ilustrado no exemplo da figura 7, os comandos 452, com base na diferença das configurações de foco, são alimentados ao estágio z 434.

[0064] Neste exemplo, o estágio z 434 é configurado para mover a lente objetiva 446 (por exemplo, lente objetiva 142). O atuador 444 move o estágio óptico e, em particular, a lente objetiva 446, em resposta ao sinal de acionamento proporcionado pelo amplificador de estágio z 438. Como referido acima, o atuador 444 pode incluir um acionador piezoelétrico, um atuador de bobina de voz, um motor, ou outros atuadores semelhantes. Um codificador 442 fornece informação sobre a posição do atuador e seu movimento. Esta informação 454 do codificador pode ser alimentada de volta através do controlador 436 do estágio z para focar o circuito de rastreamento 432 e pode ser utilizada na determinação do sinal de erro.

[0065] A figura 8 é um diagrama que ilustra uma arquitetura de exemplo para um controlador de estágio z de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos. Este controlador de exemplo incorpora o controle de alimentação direta e de retroalimentação para gerar o sinal de acionamento para controlar o atuador de suporte. Em outros exemplos, isso pode ser implementado como um controle proporcional, integral e derivativo (PID) para o sinal de erro e derivações de controle de alimentação direta do sistema de controle. Como ilustrado neste exemplo, as diferenças entre a definição do foco alvo e a definição de foco real são computadas e alimentadas ao bloco de controle 488. A informação de posição também é enviada via caminho de alimentação direta 476 e adicionada ao sinal de saída do bloco de controle 488. Este sinal de saída dos circuitos de acionamento dentro do bloco de controle 488 fornece o sinal de saída de controle, que é usado para acionar o atuador 490. Como mostrado, a magnitude da diferença entre a posição de foco alvo e a posição real atual é fornecida através do caminho de alimentação direta 476 para ajustar o sinal de saída de controle.

[0066] A figura 9 é um diagrama que ilustra outra arquitetura de exemplo para um controlador de estágio z de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos aqui descritos. Este exemplo também incorpora controle de alimentação direta e de retroalimentação. Em operação, a configuração de foco alvo (por exemplo, posição z alvo 570) é usada para comandar a posição do suporte. A posição z alvo 570 é fornecida ao controlador 588, que determina o sinal de acionamento necessário para comandar o atuador 590 para posicionar o suporte. O controlador 588 também pode incluir circuitos de acionamento para gerar o sinal de acionamento. A determinação do sinal de acionamento é feita usando a magnitude da diferença entre a configuração de foco alvo (posição z alvo 570) e a configuração de foco atual (posição z atual 572) que pode ser fornecida, por exemplo, pelo atuador 590. Neste exemplo, bem como no exemplo anterior, o sinal de acionamento utilizado para acionar o atuador é ajustado pelo sinal do percurso de controlo de alimentação direta 576. No entanto, no exemplo da figura 9, o sinal de correção de foco medido 578 é gerado pelo circuito de rastreamento de foco 592. As informações de correção podem ser determinadas, por exemplo, usando o rastreamento de foco preditivo de observação para frente ou rastreamento de foco preditivo com base nos dados históricos descritos acima ou usando outras técnicas de rastreamento de foco preditivo. As informações de correção são adicionadas à posição de suporte comandada para ajustar o sinal de acionamento de acordo com a inclinação da alteração na configuração de foco para operações de varredura.

[0067] Como observado acima, em vários exemplos, um atuador pode ser usado para posicionar o estágio de amostra relativo ao estágio óptico reposicionando o estágio de amostra ou o estágio óptico (ou partes dele), ou ambos para obter o ajuste de foco desejado. Em alguns exemplos, os atuadores piezoelétricos podem ser usados para mover o suporte desejado. Em outros exemplos, um atuador de bobina de voz pode ser usado para mover o estágio desejado. Em algumas aplicações, o uso de um atuador de bobina de voz pode fornecer latência de foco reduzida em comparação com suas contrapartes piezoelétricas. Onde um atuador de bobina de voz é usado, o tamanho da bobina pode ser escolhido como um tamanho de bobina mínimo necessário para fornecer o movimento desejado de tal forma que a indutância na bobina também possa ser minimizada. Limitar o tamanho da bobina e, portanto, limitar sua indutância, proporciona tempos de reação mais rápidos e requer menos tensão para acionar o atuador.

[0068] Como descrito acima, independentemente do atuador usado, as informações de foco de pontos diferentes de um local de amostra atual podem ser usadas para determinar a inclinação ou a magnitude da alteração na configuração de foco para operações de varredura. Esta informação pode ser usada para determinar se deve alimentar o sinal do acionador ao atuador anteriormente e como ajustar os parâmetros do sinal de acionamento. Além disso, em alguns exemplos, o sistema pode ser pré-calibrado para permitir que os limites de acionamento sejam determinados para o atuador. Por exemplo, o sistema pode ser configurado para fornecer aos sinais de acionamento do atuador em diferentes níveis de saída de controle para determinar a maior quantidade de saída de controle (por exemplo, a quantidade máxima de corrente de acionamento) que o atuador pode suportar sem ficar instável. Isso pode permitir que o sistema determine uma quantidade máxima de saída de controle a ser aplicada ao atuador.

[0069] Embora vários exemplos da tecnologia divulgada tenham sido descritos acima, deve ser entendido que eles foram apresentados apenas a título de exemplo, e não de limitação. Da mesma forma, os vários diagramas podem representar uma arquitetura de exemplo ou outra configuração para a tecnologia divulgada, o que é feito para ajudar a compreender as características e funcionalidades que podem ser incluídas na tecnologia divulgada. A tecnologia divulgada não está restrita às arquiteturas ou configurações de exemplo ilustradas, mas os recursos desejados podem ser implementados usando uma variedade de arquiteturas e configurações alternativas. Com efeito, será evidente para alguém de habilidade comum na técnica como divisões e configurações alternativas, lógicas ou físicas podem ser implementadas para implementar as características desejadas da tecnologia aqui divulgada. Também uma variedade de outros nomes de diferentes módulos constituintes que não aqueles representados nas várias divisões. Adicionalmente, com relação aos fluxogramas, descrições operacionais e reivindicações de métodos, a ordem em que as etapas são apresentadas aqui não implicará que vários exemplos sejam implementados para realizar a funcionalidade citada na mesma ordem, a menos que o contexto dite de outro modo.

[0070] Embora a tecnologia divulgada seja descrita acima em termos de vários exemplos e implementações, deve ser entendido que as várias características, aspectos e funcionalidade descritos em um ou mais dos exemplos individuais não estão limitados em sua aplicabilidade ao exemplo particular. com o qual eles são descritos, mas podem ser aplicados, sozinhos ou em várias combinações, a um ou mais dos outros exemplos da tecnologia divulgada, sejam ou não tais exemplos descritos e se tais características são ou não apresentadas como sendo uma parte de um exemplo descrito. Assim, a amplitude e o âmbito da tecnologia aqui divulgada não devem ser limitados por nenhum dos exemplos acima descritos. Deve ser apreciado que todas as combinações dos conceitos anteriores (desde que tais conceitos não sejam mutuamente inconsistentes) são contempladas como sendo parte do assunto da invenção aqui divulgado. Em particular, todas as combinações de assuntos reivindicados que aparecem no final desta divulgação são contempladas como sendo parte do assunto da invenção aqui divulgado.

[0071] Os termos e frases usados neste documento e suas variações, a menos que expressamente indicado de outra forma, devem ser interpretados como abertos em vez de limitativos. Como exemplos do precedente: o termo "incluindo" deve ser lido como significando "incluindo, sem limitação" ou similar; o termo "exemplo" é usado para fornecer instâncias de exemplo do item em discussão, não uma lista exaustiva ou limitante do mesmo; os termos "um" ou "uma" devem ser lidos como significando "pelo menos um", "um ou mais" ou semelhantes; e adjetivos como "convencional", "tradicional", "normal", "padrão", "conhecido" e termos de significado semelhante não devem ser interpretados como limitando o item descrito a um determinado período de tempo ou a um item disponível a partir de um determinado tempo, mas deve ser lido para abranger as tecnologias convencionais, tradicionais, normais ou padrão que podem estar disponíveis ou serem conhecidas agora ou a qualquer momento no futuro. O termo compreendendo é aqui destinado a ser aberto, incluindo não apenas os elementos citados, mas também quaisquer elementos adicionais. Do mesmo modo, quando este documento se refere a tecnologias que seriam aparentes ou conhecidas de um especialista na técnica, tais tecnologias abrangem aquelas evidentes ou conhecidas pelos especialistas na técnica agora ou a qualquer momento no futuro.

[0072] O termo "acoplado" refere-se à junção, conexão, fixação, contato ou ligação direta ou indireta, e pode referir-se a várias formas de acoplamento, como física, óptica, elétrica, fluídica, mecânica, química, magnética, eletromagnética, comunicativa. ou outro acoplamento, ou uma combinação do precedente. Quando uma forma de acoplamento é especificada, isso não implica que outras formas de acoplamento sejam excluídas. Por exemplo, um componente fisicamente acoplado a outro componente pode referenciar a ligação física ou contato entre os dois componentes (direta ou indiretamente), mas não exclui outras formas de acoplamento entre os componentes, como, por exemplo, um link de Comunicações (por exemplo, RF ou link óptico) também acoplando de forma comunicativa os dois componentes. Da mesma forma, os vários termos em si não se destinam a ser mutuamente exclusivos. Por exemplo, um acoplamento fluídico, um acoplamento magnético ou um acoplamento mecânico, entre outros, pode ser uma forma de acoplamento físico.

[0073] A presença de palavras e frases ampliadas, como "um ou mais", "pelo menos", "mas não limitado a" ou outras frases semelhantes em alguns casos, não deve ser lida como significando que o caso mais restrito é intencional ou requerido. nos casos em que tais frases de ampliação podem estar ausentes. O uso do termo "componente" não implica que os elementos ou funcionalidades descritos ou reivindicados como parte do componente estejam todos configurados em um pacote comum. De fato, qualquer um ou todos os vários elementos de um componente, incluindo elementos estruturais, podem ser combinados em um único pacote ou mantidos separadamente e podem ainda ser distribuídos em vários agrupamentos ou pacotes.

[0074] Além disso, os vários exemplos aqui apresentados são descritos em termos de exemplos de diagramas e outras ilustrações. Tal como se tornará evidente para um especialista na técnica após a leitura deste documento, os exemplos ilustrados e as suas várias alternativas podem ser implementados sem confinamento aos exemplos ilustrados. Por exemplo, os diagramas de bloco e sua descrição de acompanhamento não devem ser interpretados como obrigatórios de uma arquitetura ou configuração específica.

[0075] Deve ser apreciado que todas as combinações dos conceitos precedentes e conceitos adicionais discutidos em maior detalhe abaixo (desde que tais conceitos não sejam mutuamente inconsistentes) são contemplados como sendo parte da matéria da invenção aqui divulgada. Em particular, todas as combinações de matérias reivindicadas que aparecem no final desta divulgação são consideradas como sendo parte da matéria da invenção aqui divulgada.

Claims (31)

1. Sistema de formação de imagem caracterizado pelo fato de que compreende: um estágio de amostra compreendendo uma superfície para suportar um recipiente de amostra, o recipiente de amostra tendo uma pluralidade de localizações de amostra; um estágio óptico tendo uma lente objetiva, o estágio óptico sendo posicionado em relação ao estágio de amostra para formar imagens de amostra nas localizações da amostra; uma primeira fonte de luz para iluminar o local de amostra atual da pluralidade de locais de amostra; um foco de luz para projetar um par de pontos em um local de amostra seguinte da pluralidade de locais de amostra, enquanto a primeira fonte de luz está iluminando o local de amostra atual; um atuador fisicamente acoplado a pelo menos um dos estágios de amostra e o estágio óptico para mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focalizar o estágio óptico sobre uma localização de amostra atual; e um circuito de acionamento para determinar um ajuste de foco para a localização de amostra seguinte responsivo a uma medição diferencial do par de pontos por um sensor de imagem e para fornecer um sinal de acionamento para o atuador antes do estágio óptico ser posicionado para gerar a imagem de uma amostra na localização de amostra seguinte, em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado utilizando-se uma diferença entre um ajuste de foco para o local de amostra atual e o ajuste de foco determinado para o local de amostra seguinte.

2. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador é fisicamente acoplado ao estágio de amostra para mover o estágio de amostra para ajustar uma distância entre o estágio de amostra e o estágio óptico.

3. Sistema de formação de imagem da reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de atuadores acoplados fisicamente ao estágio de amostra para ajustar uma inclinação do estágio de amostra.

4. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador está fisicamente acoplado ao estágio óptico para mover o estágio óptico para ajustar uma distância entre o estágio de amostra e o estágio óptico.

5. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador compreende pelo menos um de um dispositivo piezoelétrico, uma bobina de voz e um motor de acionamento.

6. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ajuste de foco para a localização de amostra seguinte é determinado utilizando-se um arquivo de histórico compreendendo um ajuste de foco predeterminado para cada uma dentre a pluralidade de localizações de amostra.

7. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o arquivo de histórico é criado pela medição de uma distância de foco para cada uma da pluralidade de localizações de amostra durante uma operação de formação de imagem prévia.

8. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o foco de luz é parte de um sistema de foco fora de eixo para emitir um feixe de luz para o choque na localização de amostra seguinte, antes de pelo menos um dos estágios ópticos e o estágio de amostra ser posicionado para gerar a imagem da amostra na localização seguinte.

9. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o sistema de foco fora de eixo compreende ainda uma janela de divisão diferencial para dividir a luz emitida a partir do foco de luz para formação de imagem fora do eixo.

10. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o recipiente de amostra compreende uma célula de fluxo ou uma corrediça.

11. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento compreende pelo menos um de corrente, voltagem ou ciclo de trabalho.

12. Sistema de formação de imagem caracterizado pelo fato de que compreende: um estágio de amostra compreendendo uma superfície para suportar um recipiente de amostra, o recipiente de amostra tendo uma pluralidade de localizações de amostra; um estágio óptico tendo uma lente objetiva, o estágio óptico sendo posicionado em relação ao estágio de amostra para formar imagens de amostra nas localizações da amostra; um sistema de foco fora de eixo para emitir um feixe de luz para incidir em um local de amostra seguinte antes de pelo menos um dentre o estágio óptico e o estágio de amostra ser posicionado para gerar imagens da amostra no local de amostra seguinte, o sistema de foco fora de eixo compreendendo uma fonte de luz, uma máscara de furo de pino posicionada no trajeto de luz emitida a partir da fonte de luz, e uma janela de divisão diferencial para dividir a luz emitida a partir da fonte de luz para formação de imagem fora do eixo; um atuador fisicamente acoplado a pelo menos um dos estágios de amostra e o estágio óptico para mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focalizar o estágio óptico sobre uma localização de amostra atual; e um circuito de acionamento para determinar um ajuste de foco para a localização de amostra seguinte e para fornecer um sinal de acionamento para o atuador antes do estágio óptico ser posicionado para gerar a imagem de uma amostra na localização de amostra seguinte, em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado utilizando- se uma diferença entre um ajuste de foco para o local de amostra atual e o ajuste de foco determinado para o local de amostra seguinte.

13. Sistema de formação de imagem caracterizado pelo fato de que compreende: um estágio de amostra compreendendo uma superfície para suportar um recipiente de amostra, o recipiente de amostra tendo uma pluralidade de localizações de amostra; um estágio óptico tendo uma lente objetiva, o estágio óptico sendo posicionado em relação ao estágio de amostra para formar imagens de amostra nas localizações da amostra; um sistema de foco fora de eixo para emitir um feixe de luz para incidir em um local de amostra seguinte antes de pelo menos um dentre o estágio óptico e o estágio de amostra ser posicionado para gerar imagens da amostra no local de amostra seguinte, em que o sistema de foco fora de eixo gera uma pluralidade de feixes de luz para permitir a amostragem fora do eixo em mais de uma direção de varredura; um atuador fisicamente acoplado a pelo menos um dos estágios de amostra e o estágio óptico para mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focalizar o estágio óptico sobre uma localização de amostra atual; e um circuito de acionamento para determinar um ajuste de foco para a localização de amostra seguinte e para fornecer um sinal de acionamento para o atuador antes do estágio óptico ser posicionado para gerar a imagem de uma amostra na localização de amostra seguinte, em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado utilizando- se uma diferença entre um ajuste de foco para o local de amostra atual e o ajuste de foco determinado para o local de amostra seguinte.

14. Sistema de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma cunha redutora para causar reflexões dos feixes fora de eixo a serem redirecionados para dentro de uma área desejada sobre um sensor de imagem.

15. Método de rastreamento de foco caracterizado pelo fato de que compreende: determinar uma primeira posição em foco de um estágio de amostra para uma localização de amostra atual em um recipiente de amostra sendo escaneado; iluminar a localização de amostra atual usando uma primeira fonte de luz; gerar um par de pontos usando uma segunda fonte de luz para projetar em uma localização de amostra seguinte enquanto a primeira fonte de luz está iluminando a localização de amostra atual; determinar uma segunda posição de foco do estágio de amostra para a localização de amostra seguinte a ser escaneada usando o par de pontos projetados na localização de amostra seguinte; computar uma diferença entre a primeira e a segunda posição em foco; e enviar um sinal de acionamento para um atuador de estágio para mover o estágio de amostra em relação a um estágio óptico a partir da primeira posição em foco para a segunda posição em foco em um tempo t antes do estágio óptico ser posicionado para a imagem na localização da amostra seguinte, em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado utilizando a diferença entre a primeira e a segunda posição em foco.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma terceira posição em foco do estágio de amostra ao consultar um arquivo de histórico que compreende um ajuste de foco predeterminado para cada um de uma pluralidade de conjuntos de coordenadas no recipiente de amostra.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o arquivo de histórico é criado por meio da medição de uma distância de foco para cada um da pluralidade de conjuntos de coordenadas no recipiente de amostra durante uma operação de formação de imagem prévia.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a computação de uma inclinação do recipiente de amostra com base na diferença entre a primeira e a segunda posição em foco, em que o parâmetro do sinal de acionamento é determinado utilizando a inclinação.

19. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que gerar o par de pontos compreende o uso de um sistema de foco fora do eixo para emitir o par de pontos para colidir com a localização de amostra seguinte antes de pelo menos um dentre o estágio óptico e o estágio de amostra ser posicionado para formar a imagem de amostra na localização de amostra seguinte.

20. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico a partir da primeira posição de foco para segunda posição em foco compreende mover o estágio de amostra para ajustar a distância entre a amostra e o estágio óptico.

21. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que mover o estágio de amostra em relação ao estágio óptico a partir da primeira posição de foco para a segunda posição em foco compreende mover o estágio óptico para ajustar a distância entre a amostra e o estágio óptico.

22. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o tempo é determinado utilizando a diferença entre a primeira e a segunda posição em foco.

23. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o acionador de estágio compreende uma bobina de voz e o método compreende ainda determinar uma quantidade máxima de saída de acionamento que pode ser aplicada à bobina de voz e limitar a quantidade de corrente no sinal de acionamento utilizando a quantidade máxima de saída de acionamento.

24. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento compreende pelo menos um de corrente, tensão ou ciclo de trabalho.

25. Método de rastreamento de foco caracterizado pelo fato de que compreende: determinar uma primeira posição em foco de um estágio de amostra para uma localização de amostra atual em um recipiente de amostra sendo escaneado; determinar uma segunda posição em foco do estágio de amostra para uma localização de amostra seguinte a ser escaneada; computar uma diferença entre a primeira e a segunda posição em foco; computar uma inclinação do recipiente de amostra com base na diferença entre a primeira e a segunda posição em foco; enviar um sinal de acionamento para um atuador de estágio para mover o estágio de amostra em relação a um estágio óptico a partir da primeira posição em foco para a segunda posição em foco em um tempo antes do estágio óptico ser posicionado para a imagem na localização da amostra seguinte, em que pelo menos um parâmetro do sinal de acionamento é determinado utilizando a diferença entre a primeira e a segunda posição em foco, em que o parâmetro do sinal de acionamento é determinado usando a inclinação; e determinar uma terceira posição em foco do estágio de amostra para uma localização de amostra previamente escaneada.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a inclinação do recipiente de amostra é determinada utilizando a primeira, segunda e terceira posições em foco.

27. Método de rastreamento de foco caracterizado pelo fato de que compreende: determinar uma primeira posição em foco de um estágio de amostra para uma localização de amostra atual em um recipiente de amostra sendo escaneada; iluminar a localização da amostra atual usando uma primeira fonte de luz; gerar um par de pontos usando uma segunda fonte de luz para projetar em uma localização de amostra seguinte enquanto a primeira fonte de luz está iluminando a localização de amostra atual; determinar uma segunda posição de foco do estágio de amostra para a localização de amostra seguinte a ser escaneada usando o par de pontos projetados na localização de amostra seguinte; computar uma inclinação do recipiente de amostra utilizando a primeira e segunda posição em foco; e enviar um sinal de acionamento para um atuador de estágio para mover o estágio de amostra em relação a um estágio óptico, em que o sinal de acionamento é gerado utilizando a inclinação do recipiente de amostra.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma terceira posição em foco pela consulta de um arquivo de histórico que compreende um ajuste de foco predeterminado para cada um de uma pluralidade de conjuntos de coordenadas no recipiente de amostra.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o arquivo de histórico é criado por meio da medição de uma distância de foco para cada um da pluralidade de conjuntos de coordenadas no recipiente de amostra durante uma operação de formação de imagem prévia.

30. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que gerar um par de pontos compreende o uso de um sistema de foco fora de eixo para emitir o par de pontos para incidir sobre uma localização de amostra seguinte, antes de pelo menos um dos estágios ópticos e o estágio de amostra ser posicionado para gerar a imagem da amostra na localização de amostra seguinte.

31. Método de rastreamento de foco caracterizado pelo fato de que compreende: determinar uma primeira posição em foco de um estágio de amostra para uma localização de amostra atual em um recipiente de amostra sendo escaneado; determinar uma segunda posição em foco do estágio de amostra para uma localização de amostra seguinte a ser escaneada; determinar uma terceira posição em foco do estágio de amostra para uma localização da amostra anterior escaneada; computar uma inclinação do recipiente de amostra usando a primeira, segunda e terceira posição em foco; e enviar um sinal de acionamento para um atuador de estágio para mover o estágio de amostra em relação a um estágio óptico, em que o sinal de acionamento é gerado usando a inclinação do recipiente de amostra.

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