BR122021004250B1

BR122021004250B1 - Sistemas e métodos para rastreamento de foco aprimorado com uso de uma configuração de fonte de luz

Info

Publication number: BR122021004250B1
Application number: BR122021004250-0A
Authority: BR
Inventors: Danilo Condello; Simon Prince; John O'Shaughnessy; Christophe Sigel; Ashkan Arianpour
Original assignee: Illumina, Inc
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2021-09-21
Also published as: IL257931B; MY176098A; KR102545092B1; CN207894810U; CN108572139B; US20190369378A1; TW201833621A; US10416428B2; JP6408730B2; CN112461760A; TW201937229A; JP2019049719A; SA118390416B1; BR102018004463B1; AU2018201627B2; US11143856B2; BR102018004463A2; JP7023819B2; KR102007024B1; TWI668469B

Abstract

é fornecido no presente documento um sistema de imageamento que inclui uma fonte de luz; uma primeira lente de focalização posicionada para focar um feixe a partir da fonte de luz para uma cintura de feixe em uma localização predeterminada ao longo de uma trajetória óptica do feixe no sistema de imageamento; um divisor de feixe posicionado em relação à primeira lente de focalização para receber o feixe a partir da primeira lente de focalização e para criar primeiro e segundo feixes; uma segunda lente de focalização posicionada para receber os primeiro e segundo feixes emitidos pelo divisor de feixe, para focar os primeiro e segundo feixes recebidos para um ponto conformado e dimensionado para se enquadrar em uma amostra a ser imageada, e adicionalmente posicionada para receber primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra; um sensor de imagem posicionado para receber os feixes de luz refletidos a partir da amostra; e um prisma de topo posicionado na trajetória óptica entre a segunda lente de focalização e o sensor de imagem.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS Pedido dividido do BR102018004463-0, depositado em 06.03.2018.

[001] Este pedido reivindica o benefício de Pedido de Provisório sob o número US 62/468.353, depositado no dia 7 de março de 2017, o qual está incorporado a título de referência no presente documento em sua totalidade. Este pedido também reivindica a prioridade para o Pedido de Provisório sob o NL N2018857, depositado no dia 5 de maio de 2017, o qual está incorporado a título de referência no presente documento em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[002] Várias vantagens no campo de biologia se beneficiaram das técnicas e sistemas de imageamento aprimorados, como, por exemplo, aqueles usados em aparelhos de varredura e microscópios ópticos. A obtenção do foco preciso durante o imageamento com uso desses sistemas de imageamento pode ser importante para operações de imageamento bem-sucedidas. Adicionalmente, a diminuição da latência associada à focalização do sistema em uma amostra aumenta a velocidade na qual o sistema pode operar.

[003] Muitos sistemas de varredura pré-existentes utilizam um sistema de rastreio de foco de feixe múltiplo para determinar distâncias de foco para uma determinada amostra. O sistema de feixe múltiplo foca em dois feixes na amostra com uso de lente objetiva. Os feixes de foco são refletidos da superfície da amostra e 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 de foco.

[004] Projetistas de sistemas pré-existentes estão constantemente buscando aprimorar a precisão de foco e a velocidade com a qual o sistema pode determinar a configuração de foco. O aprimoramento da precisão pode ser importante devido ao fato de que pode permitir que o sistema alcance melhores resultados. A redução da latência pode ser uma importante consideração devido ao fato de que pode permitir que o sistema alcance uma determinação de foco mais rapidamente, permitindo, então, que o sistema conclua as operações de varredura mais rápido.

SUMÁRIO

[005] Vários exemplos das tecnologias reveladas no presente documento fornecem sistemas e métodos para aprimorar a precisão de rastreamento de foco em sistemas ópticos. Os exemplos adicionais fornecem sistemas e métodos para reduzir a latência associada ao rastreamento de foco em aparelhos de varredura óptica. Em alguns exemplos, são fornecidos sistemas e métodos para aprimorar ou reduzir a latência associada a rastreamento de foco em aparelhos de varredura óptica.

[006] Alguns exemplos podem incluir um sistema de imageamento com uma fonte de luz, uma primeira lente de focalização posicionada para focar um feixe a partir da fonte de luz para uma cintura de feixe em uma localização predeterminada ao longo de uma trajetória óptica do feixe no sistema de imageamento; um divisor de feixe posicionado em relação à primeira lente de focalização para receber o feixe a partir da primeira lente de focalização e para criar primeiro e segundo feixes; uma segunda lente de focalização posicionada para receber os primeiro e segundo feixes emitidos pelo divisor de feixe, para focar os primeiro e segundo feixes recebidos para um ponto de tamanho dimensionado para se enquadrar em uma amostra a ser imageada, e adicionalmente posicionada para receber primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra; um sensor de imagem posicionado para receber os feixes de luz refletidos a partir da amostra; e um prisma de topo posicionado na trajetória óptica entre a segunda lente de focalização e o sensor de imagem, em que o prisma de topo é dimensionado para fazer com que os primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra convirjam sobre o sensor de imagem.

[007] Adicionalmente, exemplos adicionais podem incluir uma fonte de luz que pode incluir um laser e uma fibra óptica que inclui primeira e segunda extremidades, em que a primeira extremidade da fibra óptica é conectada para receber a saída do laser, de modo que a primeira lente de focalização seja posicionada a uma distância predeterminada a partir da segunda extremidade da fibra óptica. Adicionalmente, apenas por meio de exemplo, a distância predeterminada entre a primeira lente de focalização e a segunda extremidade da fibra óptica pode ser determinada com o uso do comprimento focal da lente para colocar a cintura de feixe na localização predeterminada ao longo da trajetória óptica do feixe.

[008] Em exemplos adicionais, apenas por meio de exemplo, o sistema de imageamento pode incluir adicionalmente uma porção de corpo que define uma cavidade; e um elemento de inserção montado de modo deslizável no interior da cavidade da porção de corpo, de modo que o elemento de inserção inclua uma cavidade cilíndrica que inclui uma primeira extremidade adjacente à primeira lente de focalização e uma segunda extremidade e adjacente à segunda extremidade da fibra óptica, ainda de modo que o elemento de inserção seja ajustável de modo linear no interior da cavidade para alterar a distância entre a primeira lente de focalização e a segunda extremidade da fibra óptica. Adicionalmente, o sistema de imageamento também pode incluir um mecanismo de travamento para fixar uma posição do elemento de inserção no interior da porção de corpo.

[009] Em exemplos adicionais, apenas a título de exemplo, o sistema de imageamento pode incluir ainda uma estrutura de montagem para alojar a primeira lente de focalização e manter uma relação espacial entre a primeira lente de focalização e a segunda extremidade da fibra óptica, em que a estrutura de montagem pode incluir uma porção de corpo que define uma cavidade; e um elemento de inserção montado de modo deslizável no interior da cavidade da porção de corpo, em que o elemento de inserção inclui uma cavidade cilíndrica compreendendo uma primeira extremidade adjacente à primeira lente de focalização e uma segunda extremidade e adjacente à segunda extremidade da fibra ótica, em que adicionalmente o elemento de inserção é ajustável de modo linear no interior da cavidade para alterar a distância entre a primeira lente de focalização e a segunda extremidade da fibra óptica.

[010] Em alguns casos, apenas por meio de exemplo, a primeira lente de focalização é uma lente plano-convexa. Apenas por meio de exemplo adicional, a localização predeterminada ao longo da trajetória óptica do feixe para a cintura de feixe pode estar entre cerca de 600 mm e 800 mm.

[011] Adicionalmente, a localização predeterminada ao longo da trajetória óptica do feixe para a cintura de feixe pode ser escolhida de modo que os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra estejam dentro de 3 a 10 pixels entre si. Em outros casos, os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra estão dentro de 4 a 7 pixels entre si. Em outros casos, apenas por meio de exemplo, os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra estão dentro de 5 pixels entre si.

[012] Em alguns exemplos, os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra não são maiores que cerca de 330 μm em diâmetro. Novamente, apenas por meio de exemplo, os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra estão em uma faixa de cerca de 495 μm em diâmetro, e em outros casos 200 μm a 500 μm em diâmetro.

[013] Em alguns exemplos, a localização predeterminada ao longo da trajetória óptica do feixe para a cintura de feixe é escolhida de modo que os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra não sejam maiores que 60 pixels em diâmetro. Em um outro exemplo, apenas por meio de exemplo, os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra não são maiores que 90 pixels em diâmetro. Apenas por meio de exemplo, os tamanhos de ponto no sensor de imagem dos primeiro e segundo feixes refletidos a partir da amostra estão entre 40 e 90 pixels entre si.

[014] Adicionalmente, a localização predeterminada ao longo de uma trajetória óptica da cintura de feixe pode estar no interior da segunda lente de focalização.

[015] Outros recursos e aspectos dos exemplos revelados se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos anexos, que ilustram, a título de exemplo, os recursos de acordo com os exemplos da invenção. O sumário não se destina a limitar o escopo da invenção, que é definido exclusivamente pelas reivindicações anexas à mesma.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[016] A tecnologia revelada no presente documento, de acordo com uma ou mais implementações exemplificativas, é descrita em detalhes em referência às seguintes figuras. Essas figuras são fornecidas para facilitar o entendimento do leitor da tecnologia revelada, e não pretendem ser aprofundadas ou limitar a revelação às formas precisas reveladas. De fato, os desenhos nas figuras são fornecidos apenas com propósitos de ilustração, e descrevem meramente implementações exemplificativas da tecnologia revelada. Além disso, deve ser notado que para clareza e facilidade de ilustração, os elementos nas figuras não foram necessariamente desenhados em escala.

[017] Algumas figuras incluídas no presente documento ilustram vários exemplos da tecnologia revelada a partir de diferentes ângulos de visualização. Embora o texto descritivo anexo possa se referir a tais visualizações como vistas “de topo,” “de fundo” ou “laterais”, tais referências são meramente descritivas e não implicam ou exigem que a tecnologia revelada seja implementada ou usada em uma orientação espacial particular a menos que explicitamente indicado o contrário.

[018] A Figura 1 ilustra um diagrama de blocos simplificado de um exemplo de um sistema de varredura de imagem com o qual sistemas e métodos revelados no presente documento podem ser implementados.

[019] As Figuras 2A e 2B ilustram um sistema óptico exemplificativo para rastreamento de foco. Particularmente, a Figura 2A ilustra um projeto óptico exemplificativo para rastreamento de foco de acordo com uma implementação exemplificativa dos sistemas e métodos descritos no presente documento. A Figura 2B é um diagrama que ilustra uma vista alternativa de uma porção do sistema óptico mostrado na Figura 2A.

[020] 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.

[021] 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 múltipla camada de amostra em alguns ambientes.

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

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

[024] A Figura 4A ilustra uma porção de um sensor de imagem que compreende uma pluralidade de pixels (não mostrados para clareza de ilustração) nos quais os feixes de rastreamento de foco são direcionados de acordo com uma implementação exemplificativa dos sistemas e métodos descritos no presente documento.

[025] A Figura 4B 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 ao longo da trajetória óptica dos feixes de rastreamento de foco.

[026] A Figura 4C é um diagrama que ilustra intensidades dos feixes de foco esquerdo e direito 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 a cintura do feixe de forma mais ideal ao longo da trajetória óptica dos feixes de rastreamento de foco.

[027] A Figura 5A é um diagrama que ilustra um exemplo de uma lente implementada para fazer com que os feixes de rastreamento de foco convirjam em um plano de amostra e sejam focadas em um sensor de imagem.

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

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

[030] A Figura 7 é um diagrama que ilustra um exemplo de um sistema de rastreamento de foco com o qual os sistemas e métodos descritos no presente documento podem ser implementados.

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

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

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

[034] As Figuras 13 e 14 ilustram os feixes refletidos fora do espelho de periscópio superior e do divisor de feixe em um exemplo.

[035] A Figura 15A é uma vista de cima para baixo que ilustra um exemplo dos feixes de rastreamento de foco refletidos das superfícies S2 e S4 retornados da lente objetiva e direcionados ao divisor.

[036] A Figura 15B é uma vista em aproximação da Figura 15A que ilustra como a feixes refletidos da S4 podem ser bloqueados na face traseira do divisor por um membro de bloqueio.

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

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

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

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

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

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

[043] A Figura 18B ilustra um exemplo de colocação da abertura na frente do divisor de feixe normal em relação ao eixo geométrico de feixe.

[044] A Figura 19 mostra pontos dos feixes em um espelho periscópico de topo para focalização no topo da amostra.

[045] A Figura 20 mostra pontos dos feixes em um espelho periscópico de topo para focalização no fundo da amostra.

[046] A Figura 21 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos de S2, S3 para imageamento no topo da faixa de captação ao focalizar em S2.

[047] A Figura 22 ilustra pontos na câmera para os S2, S3 feixes refletidos para imageamento no fundo da faixa de captação ao focalizar em S2.

[048] A Figura 23 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos de S2, S3 para imageamento no topo da faixa de captação ao focalizar em S3.

[049] A Figura 24 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos de S2, S3 para imageamento no fundo da faixa de captação ao focalizar em S3.

[050] A Figura 25A ilustra, em um exemplo, variação de franja de ponto em um ponto de feixe no sensor de imagem com um diodo de laser operando em um modo de laser.

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

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

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

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

[055] A Figura 29 ilustra a capacidade de instalação em tamanho de ponto quando um diodo de laser é alimentado para operar em um modo de laser.

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

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

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

[059] Deve ficar entendido que a tecnologia revelada pode ser praticada com modificação e alteração, e que a tecnologia limitada deve ser limitada apenas pelas reivindicações e os equivalentes das mesmas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[060] Vários exemplos de implementações das tecnologias reveladas no presente documento fornecem sistemas e métodos para aprimorar ou reduzir a latência associada a rastreamento de foco em aparelhos de varredura óptica. Vários exemplos adicionais fornecem sistemas e métodos para aprimorar a precisão de sistemas de rastreamento de foco em aparelhos de varredura óptica. Exemplo ainda adicionais combinam ambos os aspectos. Por exemplo, em alguns exemplos, sistemas e métodos são fornecidos para bloquear a luz dispersa causada pelas reflexões indesejadas de um recipiente de amostra do alcance do sensor de imagem e obstrução da detecção dos feixes de rastreamento de foco. Em algumas aplicações, um recipiente de amostra para o sistema de varredura pode incluir uma camada de amostra ensanduichada entre duas ou mais outras camadas. Em tais aplicações, as superfícies apresentadas pelo recipiente de amostra de camada múltipla podem, cada uma, apresentar um feixe refletido de volta para a lente objetiva e na trajetória de retorno do sistema de varredura. As reflexões indesejadas, que em alguns casos pode ser muito mais forte que as reflexões da camada de amostra, podem diminuir a razão entre sinal e ruído no sensor de imagem que dificulta a detecção dos feixes de rastreamento de foco atuais entre todos os outros ruídos ópticos. As reflexões indesejadas ou feixes dispersos também podem se sobrepor e interferir de modo coerente com pontos de rastreamento de foco no sensor de imagem, e fazer com que as franjas apareçam, degradando, através disso, a precisão de rastreamento de foco. Os exemplos dos sistemas e métodos revelados no presente documento podem colocar aberturas, barras de bloqueio ou outros membros de bloqueio em um ou mais pontos ao longo da trajetória de sinal de retorno para fornecer estruturas opticamente opacas para bloquear os feixes indesejados refletidos das outras superfícies do alcance do sensor de imagem.

[061] Como um outro exemplo, configurações adicionais podem incluir uma estrutura óptica, como uma lente ou outro elemento óptico parcialmente curvado ou curvado na trajetória óptica para conformar os feixes de laser de rastreamento de foco. Em vários exemplos, isso pode ser implementado pela inserção do elemento óptico na trajetória óptica antes da lente objetiva posicionar uma cintura de feixe dentro do sistema. Mais particularmente, em algumas implementações, o elemento óptico é posicionado na trajetória óptica em uma determinada distância da saída da fibra óptica de modo a colocar uma cintura de feixe dos um ou mais feixes de rastreamento de foco em uma localização desejada ao longo da trajetória óptica. A posição da cintura de feixe ao longo da trajetória óptica pode ser escolhida de modo que os pontos resultantes dos feixes de rastreamento de foco refletidos fora das múltiplas superfícies de interesse do recipiente de amostra tenham o mesmo tamanho ou substancialmente o mesmo tamanho de um outro no plano de sensor de imagem para aprimorar latência e precisão de rastreamento de foco. Em implementações adicionais, um mecanismo de ajuste pode ser fornecido para ajustar a localização do elemento óptico para colocação ideal da cintura de feixe ao longo da trajetória óptica.

[062] Ainda como um outro exemplo, implementações adicionais 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 em que uma fonte de diodo de laser opera para reduzir o franjamento dos pontos de feixe de rastreamento de foco no sensor de imagem e para fornecer uma colocação de ponto mais estável e consistente. O nível de potência do laser pode ser definido de modo que o diodo de laser esteja operando em um modo de quase-geração de raio laser ou modo híbrido, que combina aspectos tanto de um modo ASE de operação quanto de um modo de geração de raio laser de operação. O nível de potência pode ser definido dentro de uma faixa que está na extremidade alta abaixo da potência na qual o diodo de laser emite o que seria normalmente considerado como luz altamente coerente, com um único pico espectral dominante e picos secundários desprezíveis; e na extremidade baixa acima da potência na qual o laser emite completamente a luz temporariamente incoerente, também denominada Emissão Espontânea Amplificada (ASE).

[063] Antes de descrever exemplos adicionais dos sistemas e métodos revelados no presente documento, é importante descrever um ambiente exemplificativo com o qual os sistemas e métodos podem ser implementados. Tal ambiente exemplificativo é o de um sistema de varredura de imagem, como aquele ilustrado na Figura 1. O sistema de varredura de imageamento exemplificativo pode incluir um dispositivo para obter ou produzir uma imagem de uma região. O exemplo destacado na Figura 1 mostra uma configuração de imageamento exemplificativa de uma implementação de projeto de luz de fundo.

[064] Conforme pode ser visto no exemplo da Figura 1, as amostras em questão estão localizadas no recipiente de amostra 110, que é posicionado em um estágio de amostra 170 sob uma lente objetiva 142. A fonte de luz 160 e elementos ópticos associados se direcionam a um feixe de luz, como luz de laser, para uma localização de amostra escolhida no recipiente de amostra 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 de estágio de amostra 110 em relação à lente objetiva 142 pode ser alcançado pelo movimento do próprio estágio de amostra, da lente objetiva, do estágio óptico inteiro, ou de qualquer combinação dos anteriores. Exemplos adicionais também podem incluir mover o sistema de imageamento inteiro sobre uma amostra estacionária.

[065] O módulo ou dispositivo de entrega de fluido 100 direciona o fluxo de reagentes (por exemplo, nucleotídeos fluorescentes, tampões, enzimas, reagentes de clivagem, etc.) para (e através de) o recipiente de amostra 110 e 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 ácidos nucléicos em uma pluralidade de localizações de amostra no recipiente de amostra 110. As amostras a serem sequenciadas podem ser fixadas ao substrato da célula de fluxo, juntamente com outros componentes ópticos.

[066] O sistema também compreende atuador de estação de temperatura 130 e aquecedor/resfriador 135 que pode regular opcionalmente 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 de recipiente de amostra 110. O sistema de câmera 140 pode ser implementado, por exemplo, como uma câmera de CCD, que pode interagir com vários filtros dentro da montagem de comutação de filtro 145, lente objetiva 142 e montagem de laser de focalização/laser de focalização 150. O sistema de câmera 140 não é limitado a uma câmera de CCD e outras tecnologias de sensor de imagem e câmeras podem ser usadas.

[067] A fonte de luz 160 (por exemplo, um laser de excitação dentro de uma montagem que compreende opcionalmente múltiplas camadas) ou outra fonte de luz pode ser incluída para iluminar as reações de sequenciamento fluorescentes dentro das amostras através da iluminação através da interface de fibra óptica 161 (que pode compreender opcionalmente uma ou mais lentes de novo imageamento, uma montagem de fibra óptica, etc.). Uma lâmpada de baixo watt 165, um laser de focalização 150 e uma dicroica reversa 185 são também apresentados no exemplo mostrado. Em alguns exemplos, o laser de focalização 150 pode ser desligado durante o imageamento. Em outros exemplos, uma configuração de foco alternativa pode incluir uma segunda câmera de focalização (não mostrada), que pode ser um detector de quadrante, uma Detector Sensível à Posição (PSD), ou detector similar para medir a localização do feixe difundido refletido a partir da superfície concorrente com a coleta de dados.

[068] Embora ilustrado como um dispositivo com iluminação posterior, outros exemplos podem incluir uma luz de um laser ou de outra fonte de luz que seja direcionada através da lente objetiva 142 sobre as amostras no recipiente de amostra 110. O recipiente de amostra 110 pode ser por fim montado em um estágio de amostra 170 para fornecer o movimento e o 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 se mova em qualquer 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.

[069] Um componente de foco (eixo geométrico z) 175 é mostrado nesse exemplo como sendo incluído para controlar o posicionamento dos componentes ópticos em relação ao recipiente de amostra 110 na direção de foco (chamada de eixo geométrico 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 focalização apropriada para a operação de imageamento. Por exemplo, o atuador pode ser fisicamente acoplado ao respectivo estágio como, por exemplo, por fixação mecânica, magnética, fluida ou outra fixação ou contato direta ou indiretamente a ou com o estágio. Os um ou mais atuadores podem ser configurados para mover o estágio na direção z enquanto mantêm o estágio de amostra no mesmo plano (por exemplo, mantendo um nível ou atitude horizontal, perpendicular ao eixo geométrico óptico). Os um ou mais atuadores também podem ser configurados para inclinar o estágio. Isso pode ser feito, por exemplo, de modo que o recipiente de amostra 110 possa ser nivelado dinamicamente para considerar qualquer coeficiente angular em suas superfícies.

[070] A focalização do sistema se refere, em geral, ao alinhamento do plano focal da lente objetiva com a amostra a ser imageada na localização de amostra escolhida. No entanto, a focalização também pode se referir aos ajustes ao 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. Devido ao fato de profundidade utilizável de campo do plano focal da lente objetiva ser muito pequena (algumas vezes na ordem de cerca de 1 μm ou menos), o componente de foco 175 segue proximamente da superfície a ser imageada. Devido ao fato de que o recipiente de amostra não é perfeitamente como instalado no instrumento, o componente de foco 175 pode ser definido até seguir esse perfil enquanto se move ao longo na direção de varredura (chamado de eixo geométrico y).

[071] A luz que emana de uma amostra de teste a uma localização de amostra a ser imageada pode ser direcionada para um ou mais detectores 140. Os detectores podem incluir, por exemplo, uma câmera de CCD, uma abertura pode ser incluída e posicionada para permitir que apenas a luz que emana a partir da área de foco passe para o detector. A abertura pode ser incluída para aprimorar a qualidade de imagem através da filtragem de componentes da luz que emanam a partir de áreas que estão fora da área de foco. Os filtros de emissão podem ser incluídos na montagem de comutação de filtro 145, que pode ser selecionada para registrar um comprimento de onda de emissão determinado e para cortar qualquer luz de laser difusa.

[072] 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 ácidos nucléicos, o recipiente de amostra 110 pode incluir um ou mais substratos nos quais os ácidos nucleicos a serem sequenciados são ligados, fixados ou associados. Em várias implementações, o substrato pode incluir qualquer substrato inerte ou matriz ao qual os ácidos nucleicos podem ser fixados, como, por exemplo, superfícies de vidro, superfícies plásticas, látex, dextrano, superfícies de poliestireno, superfícies de polipropileno, géis de poliacrilamida, superfícies de ouro e waferes de silício. Em algumas aplicações, o substrato está no interior de um canal ou outra área em uma pluralidade de localizações formadas em uma matriz ou arranjo através do recipiente de amostra 110.

[073] Embora não ilustrado, um controlador pode ser fornecido para controlar a operação do sistema de varredura. O controlador pode ser implementado para controlar aspectos de sistema operação como, por exemplo, focalização, movimento de estágio e operações de imageamento. Em várias implementações, o controlador pode ser implementado com uso de hardware, instruções ou algoritmo legíveis por máquina ou uma combinação do supracitado. Por exemplo, em algumas implementações, o controlador pode incluir uma ou mais CPUs ou processadores com memória associada. Como um outro exemplo, o controlador pode compreender hardware ou outro conjunto de circuitos para controlar a operação. Por exemplo, esse conjunto de circuitos pode incluir um ou mais dos seguintes: arranjo de porta programável em campo (FPGA), circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), dispositivo lógico programável (PLD), dispositivo lógico programável complexo (CPLD), um arranjo de lógica programável (PLA), lógica de arranjo programável (PAL) ou outro dispositivo de processamento ou conjunto de circuitos similar. Ainda como um outro exemplo, o controlador pode compreender uma combinação desse conjunto de circuitos com um ou mais processadores.

[074] Em geral, para operações de focalização, um feixe de foco gerado por um laser de focalização é refletido da localização de amostra para medir o foco requerido, e o estágio de amostra é movido em relação ao estágio óptico para focar o estágio óptico sobre uma localização de amostra atual. O movimento do estágio de amostra em relação ao estágio óptico para focalização é em geral descrito como movimento ao longo do eixo geométrico z ou na direção z. Os termos “eixo geométrico z” e “direção z” são destinados a serem usados consistentemente com seu uso na técnica de microscopia e sistemas de imageamento em geral, nos quais o eixo geométrico z se refere ao eixo geométrico focal. Consequentemente, uma translação de eixo geométrico z resulta em aumentar ou diminuir o comprimento do eixo geométrico focal. Uma translação de eixo geométrico z pode ser executada, por exemplo, pelo movimento de um estágio de amostra em relação a um estágio óptico (por exemplo, pelo movimento do estágio de amostra ou um elemento óptico ou ambos). Como tal, a translação de eixo geométrico z pode ser executada ao acionar uma lente objetiva, o estágio óptico, ou o estágio de amostra, ou uma combinação do supracitado, qualquer uma das quais pode ser acionada pela atuação de uma 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 de amostra em relação ao estágio óptico para, por exemplo, nivelar de modo eficaz o recipiente de amostra em um plano perpendicular ao eixo geométrico de imageamento óptico. Onde essa inclinação dinâmica for realizada para nivelar de modo eficaz as localizações de amostra no recipiente de amostra, isso pode permitir que o recipiente de amostra seja movido nas direções x e y para varredura com pouco ou nenhum movimento no eixo geométrico z requerido.

[075] 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 exemplo de projeto óptico para rastreamento de foco. A Figura 2B é um diagrama que ilustra uma vista alternativa de uma porção do sistema óptico mostrado na Figura 2A. Para evitar confusão e facilitar o entendimento do leitor, o exemplo mostrado na Figura 2A é ilustrado com um único feixe, que é um feixe central nesse caso. O sistema pode operar com mais de um feixe como, por exemplo, com 3 feixes. Um sistema de três feixes pode fornecer, por exemplo, rastreamento de foco dianteiro e traseiro.

[076] Em referência agora à Figura 2A, o laser 270 gera luz para os feixes de focalização e é opticamente acoplado no sistema. A luz do laser 270 pode ser acoplada através de uma fibra, por exemplo, a um prisma de divisor de feixe 272, como um divisor de feixe de deslocamento lateral. Os 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 medição diferencial no modelo de focalização.

[077] Uma rede de difração 274 gera múltiplas cópias dos feixes de entrada. Em outras configurações, um cubo de divisor de feixe ou múltiplas fontes de laser podem ser usadas para gerar os múltiplos 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. Devido ao fato de que a rede de difração pode gerar feixes que são divergentes (como também mostrado na Figura 2B), um prisma do tipo dove ou de topo plano 276 redireciona os múltiplos feixes. Em algumas implementações, o prisma é configurado de modo que os feixes convirjam na pupila da lente objetiva 142, então, os feixes no recipiente de amostra são normais em relação ao recipiente de amostra. Um exemplo disso para uma configuração de três feixes de saída é mostrado na Figura 2B. O sinal recebido do recipiente de amostra retorna através do divisor de feixe 277 e reflete pelo espelho 279. Devido ao fato de que cada par de feixes é divergente, os prismas de recebimento 280 e 282 consolidam os pontos sobre o plano focal de sensor de imagem 284. Em alguns exemplos, esses podem ser implementados como prismas do tipo dove e de topo para refratar e mirar os raios que saem do objeto do microscópio para encaixar no arranjo de sensor de imagem. Um prisma de topo pode ser usado para refratar os feixes de retorno para consolidar os pontos no interior de um par de pontos sobre o plano focal do sensor de imagem, e um prisma do tipo dove para refratar os pares de ponto anterior/posterior para consolidar todos os pares de ponto sobre o plano focal. Com três feixes dianteiros, 3 feixes atravessam cada uma das duas metades de prisma do prisma de topo. No entanto, no outro eixo geométrico, os feixes são divergentes, o que é a razão de o prisma do tipo dove ser incluído para corrigir os mesmos.

[078] Nos vários exemplos descritos acima em referência à Figura 2, vários componentes ópticos são implementados com uso de prismas. Alguns ou todos esses podem ser implementados com uso de lentes, no entanto, prismas podem ser desejáveis, tendo em vista que esses componentes são em geral menos sensíveis ao desalinhamento em comparação com suas contrapartes de lente. Os prismas também podem ser mais desejáveis que os sistemas de lente devido ao fato de que os prismas são em geral mais compactos e incluem menos elementos.

[079] A lente objetiva 142 nos exemplos das Figuras 1 e 2 fornece um campo de visão em geral circular no recipiente de amostra. Em uma implementação, o centro de o campo de visão é a localização de amostra atual a ser imageada. A direção de varredura dentro daquele campo de visão é o eixo geométrico x ou y. Para propósitos de discussão, a direção de varredura será considerada como estando na direção y. Uma fonte de luz, como um LED ou fonte de luz de laser, gera os feixes de focalização. No exemplo ilustrado, três feixes são usados para fornecer uma estimação de foco preditiva fora de eixo geométrico de diferencial de três pontos - um feixe para a localização de amostra atual e dois feixes adicionais para rastreamento de foco dianteiro e traseiro. Esses feixes adicionais são usados para determinar a distância de foco ao longo do eixo geométrico z entre o estágio óptico e as localizações de amostra no recipiente de amostra.

[080] O sistema descrito nas Figuras 1 e 2 ilustra um exemplo de sistema com o qual os sistemas e os métodos descritos no presente documento podem ser implementados. Embora os sistemas e os métodos possam ser descritos no presente documento de tempo em tempo no contexto desse sistema de exemplo, isso é apenas um exemplo o qual esses sistemas e métodos podem ser implementados. Os sistemas e métodos descritos no presente documento podem ser implementados com esse e outros aparelhos de varredura, microscópios e outros sistemas de imageamento.

[081] Os sistemas de varredura pré-existentes usam luz colimada para operações de focalização. Em tais sistemas, a luz colimada, que mantém um diâmetro relativamente consistente por todo o 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 sobre a amostra. A luz refletida 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, sensor de imagem 284 no exemplo da Figura 2A). As localizações de feixes refletidos no sensor de imagem são determinadas para propósitos de focalização. Por exemplo, com um sistema de dois feixes a distância entre as localizações de ponto no sensor de imagem é medida para determinar a focalização.

[082] Embora a luz colimada seja um sistema de fonte de luz e de varredura conhecido, os inventores concluíram que a luz colimada pode afetar adversamente as operações de rastreamento de foco em várias aplicações. Um efeito adverso se refere ao tamanho de ponto resultante do uso de luz colimada para os feixes de rastreamento de foco. Devido ao fato de que a luz colimada retém um diâmetro relativamente consistente por toda a trajetória óptica, os feixes de rastreamento de foco imageam um tamanho de ponto relativamente grande no sensor de imagem. Os tamanhos de ponto maiores abrangem um número maior de pixels no sensor de imagem, o que aumenta o número fileiras de pixels do sensor de imagem que precisam ser medidos. Isso aumenta a quantidade de tempo requerido para operações de rastreamento de foco.

[083] Um outro efeito adverso surge em sistemas em que a objetiva pode ser usada para focar e múltiplas superfícies diferentes, mas não é movida em uma quantidade igual à distância entre essas diferentes superfícies. Nesse cenário, diferentes tamanhos de ponto para os feixes de rastreamento de foco refletidos fora das diferentes superfícies podem aparecer no sensor de imagem, impactando nas 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. Em referência agora à Figura 3, o recipiente de amostra 330 inclui 3 camadas 334, 338 e 336. Nesse exemplo de 3 camadas, existem quatro superfícies entre as camadas. Essas são ilustradas em superfícies S1, S2, S3 e S4. Também ilustrada nesse exemplo é uma lente objetiva 332 que foca os feixes de rastreamento de foco 333, 335 (existem 2 em um sistema de 2 feixes) sobre o recipiente de amostra 330 para operações de focalização.

[084] Para operações de rastreamento de foco, pode ser importante focar o feixe de imageamento para a superfície S2 em alguns casos e para a superfície S3 em outros exemplos. Considera-se que a separação entre as superfícies S2 e S3 é fixada em uma distância X. Em algumas aplicações, dependendo da operação de lente objetiva 332, a lente objetiva pode se mover por uma distância maior que ou menor que a distância X quando troca o foco entre as superfícies S2 e S3. Consequentemente, os feixes de rastreamento de focalização 333, 335 refletidos a partir das superfícies S2 e S3 podem ser recolimadas em um diâmetro diferente que faz com que os feixes de S2 apresentem um tamanho de ponto diferente dos feixes de S3.

[085] Um exemplo disso é ilustrado na Figura 4. Mais particularmente, a Figura 4 ilustra uma porção de um sensor de imagem 362 que compreende 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 porção 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 da esquerda para direita feixes refletidos de uma das duas superfícies de imageamento (considerando S2 nesse exemplo), e os pontos 36 são os feixes esquerdo e direito refletidos das outras duas superfícies de imageamento (considerando S3 nesse exemplo). Conforme ilustrado nesse exemplo, com base no movimento da lente objetiva, os dois feixes de rastreamento de foco, que são tanto colimados quanto têm substancialmente o mesmo diâmetro de feixe antes de entrar na lente objetiva, agora têm diferentes diâmetros e, portanto, produzem diferentes tamanhos de ponto no sensor de imagem. Os dois maiores dos pontos abrangem, cada um, um maior número de pixels e, portanto, aumentam o número de fileiras de pixels do sensor de imagem que precisam ser medidas. Isso aumenta a quantidade de tempo requerido para operações de rastreamento de foco. Por essas razões, é desejado alcançar um cenário como o cenário 361 ilustrado no lado direito da Figura 4 no qual os pontos 34, 36 dos feixes esquerdo e direito refletidos de superfícies S2 e S3, respectivamente, são substancialmente do mesmo tamanho de ponto e são relativamente pequenos.

[086] Os sistemas pré-existentes podem usar uma lente de focalização para fazer com que os feixes de rastreamento de foco convirjam no sensor de imagem e para reduzir ou minimizar seus tamanhos de ponto no sensor. No entanto, devido ao fato de que uma lente introduz uma superfície curvada no sistema óptico, leves alterações em alinhamento da lente, incluindo alterações que podem surgir através de variações térmicas no sistema, podem provocar imprecisões na colocação dos feixes de rastreamento de foco no sensor. O movimento ou alterações na lente pode causar uma translação lateral que afeta os múltiplos feixes de rastreamento de foco diferentemente. Consequentemente, como descrito acima de em referência à Figura 2, em alguns exemplos, a lente de focalização é substituída por um prisma de topo.

[087] A Figura 5A é um diagrama que ilustra um exemplo de uma lente de focalização implementada para fazer com que os feixes de rastreamento de foco convirjam sobre um sensor de imagem. Em referência agora à Figura 5A, a luz de uma fonte de luz (por exemplo, o diodo de laser 270 da Figura 2) é entregue por uma fibra (laser e fibra não são mostrados) para uma lente de colimação 400. A luz colimada é dividida em dois feixes como por um prisma de divisor de feixe 382 (por exemplo, prisma de divisor de feixe 272 da Figura 2). Para evitar confusão desnecessária na ilustração, dois feixes refletidos de rastreamento de foco 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 porções remanescentes da Figura 5A.

[088] Os feixes de rastreamento de foco do prisma de divisor de feixe 382 atravessam o 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, recipiente de amostra 330 da Figura 3). Nesse exemplo, os feixes de rastreamento de foco são refletidos da superfície S2 a partir do recipiente de amostra 392. Os feixes refletidos (ainda penas um feixe 394 ilustrado) retorna através da lente objetiva 390, são refletidos do espelho 386 e do divisor de feixe 384, e são direcionados para a lente 370. Devido ao fato de que os feixes de retorno 394, 395 são divergentes nesse ponto, a lente 370 é implementada para fazer com que os feixes de retorno 394, 395 convirjam para o sensor de imagem 398. Ademais, devido ao fato de que os feixes de rastreamento de foco 394, 395 são luz colimada, a lente 370 serve para a função adicional de focalização dos feixes em um tamanho de ponto menor no sensor de imagem 398. No entanto, devido ao fato de que as alterações na colocação lateral de lente 370 afetam o posicionamento dos feixes no sensor de imagem 398, essas alterações introduzem erro de rastreamento de foco.

[089] A Figura 5B é um diagrama que ilustra um exemplo no qual a lente 370 é substituída por um prisma de topo 396 para evitar problemas provocados por alterações na colocação lateral de lente 370. A substituição da lente por um prisma de topo 396 reduz ou elimina a sensibilidade do sistema para a posição lateral da lente. As alterações do prisma devido a variações térmicas e outras variações não impactam no espaçamento dos feixes de rastreamento de foco 394, 395 no sensor de imagem 398. Devido ao fato de que 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.

[090] A inclusão de um prisma de topo 396 no local de uma lente 370 pode aprimorar a precisão do sistema de rastreamento de foco. Devido ao fato de que a separação entre os pontos é usada para medir a distância a partir da lente objetiva para o recipiente de amostra, níveis superiores de precisão são alcançados quando a separação dos feixes é dependente apenas de uma distância para o recipiente de amostra. Outras variáveis que afetam a separação de feixe, como aquelas introduzidas por imprecisão lateral em colocação de lente 370, impactam negativamente a precisão do sistema de rastreamento de foco. Consequentemente, a inclusão de um prisma de topo, que apresenta o mesmo ângulo em relação aos feixes de rastreamento de foco ainda na presença de algum deslocamento lateral, pode beneficiar consideravelmente a precisão do sistema.

[091] Essa é uma desvantagem de remover a lente. Devido ao fato de a lente ser eliminada, os feixes de rastreamento de foco (feixes 394, 395 nesse exemplo) não são focados no sensor. Portanto, em vários exemplos, em vez de usar luz colimada como é feito com sistemas de varredura pré-existentes, os feixes de rastreamento de foco são focados para colocar uma cintura em um determinado ponto ao longo da trajetória óptica. Isso apresenta um tamanho de ponto menor no sensor de imagem. Por exemplo, em uma aplicação, a lente de colimação 400 é movida mais distante da saída de fibra do que seria, de outro modo, colocado para colimar a luz a partir da fibra. O ponto ao longo da trajetória óptica na qual a lente de colimação 400 é colocada dita a posição na qual a cintura de feixe é colocada ao longo da trajetória óptica. A lente de colimação 400 pode ser posicionada para fornecer uma cintura de modo que, apesar da substituição da lente 370 pelo prisma de topo 396, os feixes refletidos de rastreamento de foco 394, 395 possam ser focados para o sensor de imagem 398 com um tamanho de ponto reduzido.

[092] Um outro benefício de mover a lente de colimação 400 para colocar uma cintura de feixe na trajetória óptica é que isso pode ajudar a reduzir ou eliminar um desequilíbrio em tamanho de ponto que foi discutido acima em referência à Figura 4A. A lente 400 pode ser fornecida e posicionada na trajetória óptica de modo que a luz retornada da amostra, através da lente objetiva, e através do restante da trajetória óptica, colida 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 colocar uma cintura de feixe em uma distância predeterminada afastada do colimador para equilibrar os diâmetros dos feixes que se propagam a partir das superfícies superior e inferior do recipiente de amostra desejadas pelo sensor de imagem.

[093] Em uma aplicação, a cintura de feixe é posicionada em uma distância de 690 mm a 700 mm na direção oposta ao colimador para equilibrar e reduzir os diâmetros dos feixes que colidem no sensor de imagem. Em alguns exemplos, o tamanho de ponto pode ser reduzido para aproximadamente 400 μm. Em outros exemplos, o tamanho de ponto pode estar na faixa de 300 μm a 500 μm. Ainda em outros exemplos, outros tamanhos de ponto podem ser usados.

[094] Adicionalmente, o movimento de lente de colimação 400 para colocar uma cintura de feixe na trajetória óptica pode ajudar a equilibrar as intensidades da luz que colide no sensor de imagem. A Figura 4B é um diagrama que ilustra intensidades de feixes de foco direito e esquerdo que refletem sobre o sensor de imagem a partir das superfícies S2 e S3 em diferentes definições de foco com a lente de colimação ajustada para fornecer uma cintura de feixe em uma localização não ideal. Nesse diagrama, o brilho de ponto está no eixo geométrico vertical e a posição do estágio de focalização está no eixo geométrico horizontal. A linha azul vertical no lado esquerdo do diagrama ilustra uma posição de focalização ideal para as reflexões S2 em uma implementação exemplificativa. De modo similar, a linha azul vertical no lado direito do diagrama ilustra uma posição de focalização ideal para as reflexões S3 nesse exemplo de implementação. Como ilustrado por esse diagrama, o brilho de ponto médio para os feixes de S2 é aproximadamente 170 na posição de focalização S2, enquanto o brilho de ponto médio para os feixes de S3 é aproximadamente 85 na posição de focalização de S3 ideal. Consequentemente, a intensidade de ponto para os feixes de S2 e S3 não é equilibrada.

[095] A Figura 4C é um diagrama que ilustra intensidades dos feixes de foco direito e esquerdo que refletem sobre o sensor de imagem a partir das superfícies S2 e S3 em diferentes definições de foco com a lente de colimação ajustada para posicionar na cintura de feixe mais idealmente ao longo da trajetória óptica dos feixes de rastreamento de foco. Aqui, conforme uma cintura de feixe é posicionada ao longo da trajetória óptica, as intensidades dos feixes refletidos S2 e S3 são mais equilibradas. Particularmente, o diagrama ilustra que os feixes de S2 esquerdo e direito têm um brilho de ponto médio de aproximadamente 125 na posição de melhor foco de S2. Isso também ilustra que os feixes de S3 esquerdo e direito têm um brilho de ponto médio de aproximadamente 130 na posição de melhor foco de S3. Como uma comparação da ilustração das Figuras 4B e 4C, a colocação de uma cintura de feixe ao longo da trajetória óptica pode afetar o equilíbrio de intensidades dos feixes de rastreamento de foco S2 e S3.

[096] A Figura 6 é um diagrama que ilustra uma configuração exemplificativa que inclui uma lente posicionada para colocar uma cintura de feixe do feixe de rastreamento de foco em uma posição de seleção. Nesse exemplo, a luz de uma fonte de luz (não ilustrada), como uma fonte de luz de laser (por exemplo, fonte de luz 270), é carregada por cabo de fibra óptica 432 que é conectado a uma montagem de alojamento de lente através de uma virola 434. A virola 434 é montada em um bloco de montagem 435 que é fixamente preso ao elemento de inserção 436. A lente 440 de um determinado comprimento focal é colocada em uma determinada distância da saída de fibra 432, e pode ser mantida nessa distância pela montagem de alojamento de lente. Nesse exemplo, a luz da fibra percorre através de uma abertura em um elemento de inserção 436 montado na porção de corpo 438. O comprimento focal da lente 440 e sua distância da saída de fibra 432 são escolhidos para colocar a cintura de feixe na posição desejada ao longo da trajetória óptica. Como observado acima, a distância entre a saída da fibra e a lente 440 é escolhida para colocar a cintura de feixe na posição desejada, como descrito mais completamente abaixo.

[097] Nesse exemplo, a separação entre a lente 440 e a saída de fibra é 14,23 mm, que é a distância de trabalho entre a superfície de lente e a fibra. 15,7 mm é o comprimento focal eficaz da lente (que é maior que o comprimento focal posterior da lente devido ao fato de estar relacionado ao plano principal de lente). Devido ao fato de que o comprimento focal posterior da lente no colimador é 13,98 mm, que é a distância do vértice da lente para o ponto focal da lente no eixo geométrico óptico, o comprimento focal posterior é menor que 14,23 mm.

[098] No exemplo ilustrado, o elemento de inserção 436 é montado de modo deslizável dentro de uma cavidade definida pela porção de corpo 438 de modo que a distância entre a saída de fibra e a lente 440 possa ser ajustada pelo elemento de inserção 436 montado de modo deslizável no interior da cavidade de porção de corpo 438. Um parafuso de pressão 442 ou outro mecanismo de travamento pode ser incluído para travar o elemento de inserção 436 no local dentro da porção de corpo 438. O uso de um elemento de inserção deslizável 436 permite que o sistema seja ajustado para sintonizar ou otimizar o tamanho de ponto no sensor de imagem. Isso pode permitir os ajustes de configuração de sistema final ou sintonização em campo. O exemplo ilustrado na Figura 6, a lente 440 é uma lente plano-convexa. No entanto, após a leitura dessa descrição, um elemento de conhecimento comum na técnica entenderá que outras estruturas de lente podem ser usadas, incluindo, por exemplo, uma lente biconvexa.

[099] Em algumas aplicações, a lente é configurada de modo que a cintura de feixe seja posicionada dentro da lente objetiva. Mais particularmente, em algumas aplicações, a lente é configurada de modo que a cintura de feixe seja posicionada dentro da lente objetiva antes de o feixe colidir na amostra enquanto em outras aplicações a lente é configurada de modo que a cintura de feixe seja posicionada dentro da lente objetiva após o feixe ser refletido da amostra. Em outras aplicações, a lente é configurada de modo que a cintura de feixe ocorra antes da lente objetiva, após o feixe refletido deixar a lente objetiva ou entre a lente objetiva e a amostra. A colocação da lente pode ser determinada por um processo iterativo, como através do uso de software de modelagem, para alcançar o tamanho desejado de ponto e equilíbrio no sensor de imagem.

[0100] Além do equilíbrio dos tamanhos de ponto, tamanhos de ponto menores são em geral utilizados para aprimorar a velocidade com a qual a focalização pode ser determinada. O tempo requerido para ler informações do sensor de imagem afeta a latência do sistema de rastreamento de foco. Mais particularmente, para um sensor com uma determinada densidade de pixel, um tamanho de ponto maior cobre mais pixels e mais tempo é requerido para ler os dados de cada pixel dentro do diâmetro de ponto. Consequentemente, como discutido acima da lente usada para equilibrar os diâmetros de feixe também podem ser usados para reduzir o tamanho do ponto que colide no sensor de imagem, reduzindo assim a quantidade de tempo necessária para determinar a localização de ponto (ou localizações para focalização de múltiplos feixes) para operações de focalização.

[0101] Como discutido acima de em referência à Figura 3A, em algumas aplicações, um recipiente de múltipla camada de amostra pode ser usado para carregar a amostra a ser imageada pelo sistema de varredura. Como discutido nesse exemplo, a amostra a ser imageada pode estar contida na solução na camada 338. Para que o imageamento ocorra, pelo menos a camada 334 precisa ser opticamente transparente para o feixe usado para imageamento. A camada 336 pode ser também opticamente transparente. Consequentemente, as superfícies S1, S2, S3 e S4 são em geral refletoras. De modo similar, devido ao fato de ser importante que o feixe de imageamento alcance a amostra na camada 338, é indesejável usar revestimento antirrefletor nas superfícies. Consequentemente, as reflexões indesejadas de superfícies S1 e S4 durante as operações de rastreamento de foco e imageamento podem criar ruído óptico indesejado no sistema e pode obscurecer os feixes refletidos de S2 e S3, que são os feixes a serem coletados no sensor de imagem.

[0102] A Figura 3B é um diagrama que ilustra um exemplo da criação de reflexões indesejadas das múltiplas superfícies de um recipiente de múltipla camada de amostra em alguns ambientes. Como visto nesse exemplo, um recipiente de amostra de três camadas inclui as superfícies S1, S2, S3 e S4. Para clareza, um único feixe de rastreamento de foco 465 é ilustrado. No entanto, em outras aplicações, múltiplos feixes de rastreamento de foco podem ser usados. Por exemplo, os exemplos abaixo descrevem um sistema no qual dois feixes de rastreamento de foco são descritos. Também como visto nesse exemplo, um feixe é refletido em cada uma das superfícies S1, S2, S3 e S4. Devido ao fato de que a amostra está entre as superfícies S2 e S3, essas são as superfícies nas quais o sistema é projetado para focar. Consequentemente, o feixe refletido 467 da superfície S1 e o feixe refletido 469 da superfície S4 não retornam quaisquer informações úteis e são reflexões indesejadas. As reflexões de interesse para rastreamento de foco são reflexões de superfícies S2 e S3. Consequentemente, se a luz das reflexões de superfícies S1 e S4 estiver para alcançar o detector, isso poderia introduzir ruído que poderia interferir na detecção de reflexões de feixe de rastreamento de foco.

[0103] A Figura 3C é um diagrama que ilustra um exemplo do efeito das reflexões indesejadas no sensor de imagem. Como visto nesse exemplo, além dos pontos 482 apresentados pelos feixes de rastreamento de foco, há uma quantidade significativa de ruído que aparece no sensor de imagem como 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 resultado da colocação de estruturas de bloqueio de acordo com os exemplos discutidos abaixo.

[0104] Esse problema é exacerbado em circunstâncias nas quais as reflexões das superfícies S1 e S4 são de maior intensidade do que as reflexões da amostra. Devido ao fato de ser importante que o recipiente de amostra seja opticamente transparente, os revestimentos antirrefletores não são fornecidos no recipiente de amostra. De modo similar, as reflexões de uma superfície de vidro tendem a ser mais fortes do que as reflexões de uma amostra biológica. Adicionalmente, em aplicações nas quais o recipiente de amostra contém uma nanocavidade ou outro padrão similar em superfícies S2 e S3, isso pode diminuir adicionalmente as reflexões dessas superfícies. Consequentemente, as reflexões indesejadas de superfícies S1 e S4 tendem a ser de intensidade maior do que as reflexões de superfícies S2 e S3. Por exemplo, em algumas aplicações, as reflexões de superfície S1 podem ser 100 vezes (ou mais) a intensidade das reflexões de superfícies S2 e S3. Para remediar esse problema e remover o impacto dessas reflexões indesejadas a partir das operações de rastreamento de foco, vários exemplos podem ser implementados para incluir estruturas de bloqueio nas localizações determinadas ao longo da trajetória óptica entre a amostra e o sensor de imagem para impedir que essa luz indesejada alcance o sensor de imagem.

[0105] A Figura 7 é um diagrama que ilustra um outro exemplo do sistema de varredura, sendo que esses dos sistemas e métodos descritos no presente documento podem ser implementados. Em referência agora à Figura7, esse exemplo inclui uma fonte de luz (não ilustrado), como uma fonte de luz de laser. Por exemplo, em uma aplicação, a fonte de luz pode ser configurada como um diodo de laser acoplado ao sistema com uso de um acoplador de fibra e uma estrutura de lente como o exemplo ilustrado na Figura 6. Como um outro exemplo, a fonte de luz pode ser configurada como um diodo de laser com um colimador para fornecer luz colimada para operações de rastreamento de foco.

[0106] Nesse exemplo, a luz 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 periscópico superior 526 e do espelho periscópico inferior 528. Os feixes de rastreamento de foco são entregues através da janela periscópica 530 e do divisor de feixe 532 (que também podem ser implementados como um filtro dicroico). Os feixes são, então, refletidos de espelho 536 e focados pela lente objetiva 538 sobre o recipiente de amostra 540. As reflexões a partir do recipiente de amostra são retornadas através da lente objetiva e seguem a mesma trajetória até que sejam refletidas de divisor de feixe 524. Devido ao fato de que os feixes podem ser divergentes um do outro levemente, um prisma de topo 546 pode ser incluído para redirecionar os feixes para uma orientação paralela ou ainda para uma configuração levemente convergente de modo que possam ambos ser direcionados para um sensor de imagem de área relativamente pequena. Nesse exemplo, o espelho de virada de câmera 548 direciona os feixes de rastreamento de foco para o sensor de imagem 550. Embora o exemplo de estruturas de bloqueio descrito no presente documento seja descrito em termos dessa configuração exemplificativa, um elemento de conhecimento comum na técnica após a leitura dessa descrição apreciará como as diferentes geometrias ou a colocação de estruturas de bloqueio podem ser usadas em sistemas diferentemente configurados para bloquear reflexões indesejadas de um recipiente de amostra de múltiplas superfícies.

[0107] O exemplo de sistema da Figura 7 foi modelado para determinar as trajetórias dos feixes refletidos das superfícies S1 a S4 no sistema para identificar pontos ao longo da trajetória de retorno na qual as reflexões indesejadas das superfícies S1 e S4 poderiam impedidas de alcançar o sensor de imagem. A relação espacial dos feixes em vários pontos ao longo da trajetória como resultado dessa modelagem é ilustrada nas Figuras 8, 9, 8, 9, 11, 12, 19, 22, 23 e 24. Como essas figuras ilustram, as relações espaciais dos feixes refletidos de superfícies S1 a S4 varia por toda a trajetória de retorno do sistema. As localizações de feixe estão alterando em relação uma à outra ao longo do comprimento de sua trajetória de retorno, e as localizações também se alteram dependendo da colocação do recipiente de amostra em relação à objetiva. Adiciona-se à complexidade o fato de que existem feixes de foco que se deslocam nas direções dianteira e de retorno e existem também feixes de imageamento que também se deslocam em ambas as direções. Portanto, não é uma tarefa trivial configurar no local estruturas de bloqueio dentro da trajetória óptica que impedem efetivamente que as reflexões indesejadas confiram ruído no sensor de imagem enquanto evitam a interferência com os feixes de rastreamento de foco e imageamento desejados.

[0108] As Figuras 8 e 9 são diagramas que ilustram a relação espacial de feixes refletidos de rastreamento de foco no divisor de feixe 532 na configuração exemplificativa da Figura 7 com uso de um recipiente de amostra de camada múltipla como aquele 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 da cavidade 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 da cavidade de 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 de foco direito das superfícies S1, S2 e S3 está em um segundo grupo que é fisicamente separado do primeiro grupo; e que os feixes de rastreamento de foco direito e esquerdo refletidos de superfície S4 estão na área entre esses dois grupos. Com essa relação espacial dentre os feixes, seria difícil usar uma configuração de abertura para bloquear de modo eficaz as reflexões esquerda e direita da superfície S1 enquanto permite que as reflexões desejadas das superfícies S2 e S3 passem não inibidas. No entanto, devido ao fato de que há boa separação espacial das reflexões da superfície S4 em relação às outras reflexões, as reflexões da superfície S4 podem ser bloqueadas nesse ponto ao longo da trajetória de retorno.

[0109] A Figura 10 é um diagrama que ilustra uma colocação exemplificativa de um bloqueador de feixe para bloquear reflexões dos feixes de rastreamento de foco direito e esquerdo da superfície S4 de acordo com uma implementação exemplificativa. Esse exemplo mostra as reflexões 424 da superfície S4 convergindo entre si no divisor de feixe 532 conforme foi visto nas Figuras 8 e 9. Esse exemplo também ilustra como uma superfície de bloqueio pode ser incluída para bloquear essas reflexões da superfície S4 sem interferir nas reflexões desejadas das superfícies S2 e S3. Isso pode ser implementado no exemplo ilustrado com uso de um obscurecimento de 4 mm de largura no lado de módulo de rastreamento de foco de divisor de feixe 532.

[0110] As Figuras 11 e 12 são diagramas que ilustram a relação espacial de feixes de rastreamento de foco refletidos no divisor de feixe 532 no exemplo de configuração da Figura 7 com o uso de um recipiente de amostra de múltiplas camadas como aquele 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 da cavidade 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 da cavidade de amostra na superfície S3. Devido ao fato de que as reflexões do feixe de rastreamento de foco da superfície S4 nesse exemplo são bloqueadas no divisor de feixe 532 antes de alcançar esse ponto na trajetória de retorno, não existem pontos a partir da superfície S4. Mais importantemente, isso mostra que os feixes refletidos a partir da superfície S1 têm boa separação espacial a partir das reflexões desejadas das superfícies S2 e S3.

[0111] Com essa colocação espacial dos feixes, uma abertura pode ser usada para bloquear as reflexões de S1 enquanto permite que os feixes refletidos das superfícies S2 e S3 atravessem e por fim alcancem o sensor de imagem. As Figuras 13 e 14 ilustram os feixes refletidos do espelho periscópico de topo 526 e do divisor de feixe 524. Como ilustrado, se os feixes não forem bloqueados no espelho de periscópio superior 526, os mesmos refletiriam do divisor de feixe 524 e colidiram nas bordas do prisma de topo 546. Conforme ilustrado por essa modelagem, os feixes refletidos a partir da superfície S1 podem ser bloqueados pela colocação de uma abertura de 20 mm x 20 mm no espelho periscópico superior 526. Alternativamente, o tamanho do espelho periscópico superior 526 pode ser reduzido para dimensões de 20 mm x 20 mm de modo que os feixes refletidos da superfície S1 não sejam retornados para o sensor de imagem. Em outras aplicações ou para outras localizações de colocação para a abertura, o tamanho da abertura implementada pode variar com base na posição dos feixes S1. Em uma outra implementação exemplificativa, a abertura tem 20,8 mm de largura. Essa largura foi escolhida para acomodar uma imagem de S2 em cerca de -20 μm a +30 μm (em torno do melhor foco para S2 em uma aplicação) e uma imagem de S3 em cerca de -25μm a +25 μm (em torno melhor foco para S3 em uma aplicação).

[0112] A Figura 15A fornece uma vista de cima para baixo que ilustra os feixes de rastreamento de foco refletidos 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, a mesma ilustra os feixes refletidos de rastreamento de foco sendo refletidos em direção ao divisor de feixe 532. Esse exemplo também ilustra os feixes refletidos de S4 sendo bloqueados por um bloqueador de feixe posicionado na face posterior 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.

[0113] A Figura 15B fornece uma vista em aproximação da Figura 15A, que ilustra um exemplo dos feixes de rastreamento de foco refletidos a partir da superfície S4 na face traseira de divisor de feixe 532. Conforme ilustrado por esse exemplo, os feixes de rastreamento de foco refletidos a partir da superfície S4 são bloqueados por um membro de bloqueio 562. Conforme também ilustrado por esse exemplo, a face frontal do membro de bloqueio 562 é orientada para ser substancialmente paralela à face posterior do divisor de feixe 532. Em uma implementação exemplificativa, o membro de bloqueio 562 é disposto no sistema para ser separado da face posterior do divisor de feixe 532 por 50 μm. Em outros exemplos, outros espaçamentos de separação podem ser fornecidos. Por exemplo, em algumas implementações, o espaçamento pode estar na faixa de 25 μm a 100 μm. Embora esse exemplo ilustre o membro de bloqueio 562 como tendo uma seção transversal retangular, o membro de bloqueio 562 pode ser implementado com uso de outros formatos ou geometrias, um exemplo disso é ilustrado abaixo em referência às Figuras 16A e 16B.

[0114] A Figura 15C é um diagrama que ilustra uma vista de cima para baixo de um exemplo de um membro de bloqueio e divisor posicionados dentro uma porção de um sistema de imageamento. Nesse exemplo, o membro de bloqueio 562 é posicionado na face traseira de divisor de feixe 532 para bloquear os feixes refletidos a partir da superfície S4. Os feixes refletidos que emergem da lente objetiva 538 são refletidos pelo espelho 536 em direção ao divisor de feixe 532. O membro de bloqueio 562 é posicionado para bloquear os feixes refletidos a partir da superfície S4 e é de uma largura suficientemente pequena com a finalidade de não interferir nos feixes refletidos a partir das superfícies S2 e S3.

[0115] No exemplo ilustrado, o membro de bloqueio 562 tem 4 mm de largura e 2mm de comprimento, e é levemente deslocamento do eixo geométrico óptico de lente objetiva 538. No entanto, é alinhado com o centro de espelho periscópico inferior 528, que é montado no alojamento 565. Mais particularmente, em uma implementação exemplificativa, o membro de bloqueio 562 é deslocado por 1,1 milímetros para a esquerda do eixo geométrico óptico da objetiva para assegurar que seja centralizado em relação aos feixes refletidos a partir da superfície S4.

[0116] A Figura 15D é um diagrama que ilustra uma representação de uma estrutura de bloqueio com 4 mm de largura na trajetória de feixe dos feixes de rastreamento de foco refletidos no divisor. Conforme ilustrado por esse exemplo, uma superfície de bloqueio de 4 mm de comprimento (representada pelo retângulo 631) é de largura suficiente para bloquear os feixes de rastreamento de foco refletidos a partir da superfície S4, que são mostrados no centro do diagrama. Conforme também ilustrado por esse exemplo, a largura do membro de bloqueio é escolhida para ser larga o suficiente para bloquear os feixes refletidos indesejados, mas ainda fornecer as maiores faixas de captura possíveis para imageamento de S2 e S3. Devido ao fato de que leves alterações na focalização podem ter uma alteração correspondente na posição dos feixes no divisor, a largura do membro de bloqueio pode ser escolhida como sendo um pouco mais larga do que seria necessário para bloquear os feixes em uma condição de foco perfeito. Em outras palavras, o membro de bloqueio pode ser largo o suficiente para acomodar um grau determinado de imprecisão no sistema de focalização.

[0117] As Figuras 16A e 16B são diagramas que ilustram um exemplo de um bloqueador de feixe que pode ser usado para bloquear as reflexões de S4 no divisor de feixe 532 de acordo com as implementações exemplificativas descritas em referência às Figuras 8-10. As Figuras 17 e 18 são diagramas que ilustram uma colocação exemplificativa 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) de bloqueador de feixe 620; e o lado direito ilustra uma vista em perspectiva de bloqueador de feixe 620. O bloqueador de feixe 620 inclui uma porção de quadro 622 que define uma abertura 624 através da qual os feixes refletidos podem passar. Um membro de bloqueio de feixe 626, que inclui uma face de bloqueio 630, é sustentado na posição por braços de extensão 628 para bloquear os feixes de reflexão indesejados de S4. No exemplo ilustrado, os braços de extensão 628 são membros estruturais alongados presos, fixados, unidos ou, de outro modo, conectados a lados opostos da porção de quadro 622, e o membro de bloqueio de feixe 626 se estende através das extremidades distais de braços de extensão 628.

[0118] A porção de quadro 622 e os braços de extensão 628 fornecem uma estrutura de montagem pela qual o feixe membro de bloqueio 626 pode ser montado na posição no divisor de feixe 532 sem interferir nas reflexões das superfícies S2 e S3. O bloqueador de feixe 620 pode ser fundido, moldado, usinado ou, de outro modo, fabricado como uma estrutura unitária. Em outros exemplos, os elementos que constituem o bloqueador de feixe 620 podem ser componentes separados que são fixados, unidos, presos ou, de outro modo, conectados para formar a montagem resultante. O bloqueador de feixe 620 pode ser implementado com uso de superfícies opacas absorventes de luz para evitar outras reflexões indesejadas dentro do sistema. Por exemplo, o bloqueador de feixe 620 pode ser feito com uso de alumínio anodizado preto ou outros materiais absorventes de luz ou revestidos com absorvente de luz. O bloqueador de feixe 620 pode ser dimensionado para uma aplicação particular. Em um exemplo de aplicação, 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 em comprimento; e uma superfície de bloqueio que tem 2,8 mm de largura e 21 mm de comprimento.

[0119] Em 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 lateral em seção transversal em A do bloqueador de feixe 620. A borda frontal de braços de extensão 628 é afunilada para se conformar ao ângulo do divisor de feixe 532 como adicionalmente ilustrado na Figura 17 (descrita abaixo). O membro de bloqueio de feixe tem uma seção transversal triangular e é orientado para apresentar uma face de bloqueio plana 630 para o feixe entrante. Embora o bloqueador de feixe 620 possa ser feito com o uso de materiais absorventes de luz, a apresentação de uma seção transversal triangular em relação aos feixes indesejados pode ter o efeito de refletir qualquer luz não absorvida fora da trajetória de retorno.

[0120] A Figura 17A apresenta uma vista em corte de bloqueador de feixe 620 instalado no divisor de feixe 532. Em referência agora à Figura 17A, em operação, as reflexões dos feixes de rastreamento de foco a partir das superfícies S1, S2, S3 e S4 percorrem a partir da lente objetiva, são refletidas a partir do espelho 536 e são direcionadas ao divisor de feixe 532. A face de bloqueio 630 (consulte as Figuras 16A e 16B) do membro de bloqueio 626 bloqueia a continuação das reflexões de S4 além do divisor de feixe 532. É mostrado nesse exemplo que o braço de extensão 628 é dimensionado com a finalidade de colocar o membro de bloqueio 626 em ou próximo à superfície de divisor de feixe 532. Essa figura também ilustra o ângulo frontal afunilado do braço de extensão 628 para permitir que a face de bloqueio 630 de membro de bloqueio 626 seja colocada adjacente a e substancialmente no mesmo ângulo que o divisor de feixe 532. Em alguns exemplos, o membro de bloqueio 626 é posicionado de modo que a face de bloqueio 630 esteja em relação de toque com o divisor de feixe 532. Em outros exemplos, o membro de bloqueio 626 é posicionado de modo que a face de bloqueio 630 seja separada da face de divisor de feixe 532 por uma pequena quantidade como, por exemplo, 50 μm a 500 μm.

[0121] Em exemplos alternativos, um elemento de bloqueio pode ser disposto no lado posterior 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 fixada na superfície traseira do divisor de feixe 532. Em outros casos, um revestimento opaco ou opticamente absorvente pode ser aplicado em uma tira estreita na traseira do divisor de feixe 532.

[0122] Para operações de varredura, os feixes de imageamento, que, por exemplo, podem ser feixes de imageamento vermelho e verde, entram no sistema a partir do lado direito como ilustrado pela seta 690. Esses feixes são refletidos a partir da face frontal do divisor de feixe 532 em direção ao espelho 536. O espelho 536 reflete os feixes de imageamento para baixo em direção à lente objetiva. Consequentemente, a posição de membro de bloqueio 626 é também selecionada com a finalidade de não interferir nos feixes de imageamento refletidos em direção à amostra (pela superfície frontal do divisor de feixe 532).

[0123] Esse exemplo também ilustra que o membro de bloqueio 626 apresenta uma seção transversal triangular, com as bordas traseiras do membro de bloqueio 626 se afunilando para se encontrarem em um ângulo agudo. Outras geometrias de seção transversal para o membro de bloqueio 626 podem ser usadas, desde que a face de bloqueio 630 seja apropriadamente dimensionada para bloquear ou bloquear substancialmente as reflexões da superfície S4. No entanto, uma geometria como aquela ilustrada, que reduz a seção transversal em direção à traseira do membro de bloqueio 626 pode minimizar a chance de que o membro de bloqueio 626 possa, de outro modo, fornece interferência indesejada com os feixes desejados.

[0124] A Figura 17B apresenta uma vista traseira do bloqueador de feixe 620 instalado no divisor de feixe 532. Isso ilustra a porção de quadro 622 montada no local com o uso de parafusos 732. Isso ilustra a janela fornecida pela abertura 624 que permite que a luz refletida a partir das superfícies S2 e S3 (e S1, que é bloqueada posteriormente na trajetória) passe, enquanto o membro de bloqueio 626 bloqueia a luz da superfície S4 antes que a mesma deixe o divisor de feixe 532.

[0125] A Figura 18A ilustra um exemplo de uma abertura que pode ser usada para bloquear os feixes refletidos da superfície S1. Em um exemplo, isso pode ser colocado na parede interior do módulo de rastreamento de foco na abertura de periscópio. Como observado acima, em um exemplo de implementação, a abertura tem 20,8 mm x 20,8 mm, mas em outros exemplos outros tamanhos de abertura podem ser fornecidos. Como com o membro de bloqueio, as dimensões da abertura podem ser escolhidas para bloquear as reflexões indesejadas enquanto fornecem a maior faixa de captura possível para os feixes refletidos de S2 e S3 em relação a considerações de “melhor foco”. A Figura 18B ilustra um exemplo de colocação da abertura 740 na frente do divisor de feixe 524 normal em relação ao eixo geométrico de feixe.

[0126] As Figuras 19 e 20 mostram os resultados do bloqueador de feixe de adição 620 para bloquear reflexões de S4 e uma abertura de 20,8 mm X 20,8 mm para bloquear as reflexões de S1. A Figura 19 mostra pontos dos feixes no espelho periscópico de topo 526 para focalização no topo da amostra (superfície S2), e a Figura 20 mostra pontos dos feixes no espelho periscópico de topo 526 para focalização no fundo da amostra (superfície S3).

[0127] Embora o supracitado tenha sido ilustrado com focalização objetiva nas superfícies S2 e S3, a focalização perfeita não é sempre alcançada e, portanto, os exemplos podem ser implementados para considerar uma faixa de captura acima e abaixo da amostra superior e inferior. Por exemplo, a modelagem acima também foi executada considerando um “melhor foco” que acomoda a focalização dentro de +/- 25 μm a partir das superfícies de amostra superior e inferior. 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.

[0128] As Figuras 21 a 24 são diagramas que ilustram a colocação de ponto no sensor de imagem no topo e fundo de um exemplo de faixa de captura de “melhor foco”. Nesse caso, a modelagem foi realizada com a faixa de captura de +/25 μm. Esses diagramas mostram uma área de sensor de imagem de 11,26 mm x 11,26 mm. A Figura 21 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos de S2, S3 para imageamento no topo da faixa de captura para focalização em S2 com a posição objetiva 1,064 mm a partir de S2. A Figura 22 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos de S2, S3 para imageamento no fundo da faixa de captura para focalização em S2 com a posição objetiva 1,014 mm a partir de S2. As Figuras 21 e 22 ilustram variação de +/- 25 μm a partir da posição de foco ideal. A Figura 23 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos de S2, S3 para imageamento no topo da faixa de captação ao focalizar em S3. A Figura 24 ilustra pontos na câmera para os feixes refletidos de S2, S3 para imageamento no fundo da faixa de captação ao focalizar em S3.

[0129] Como descrito acima, em operações de rastreamento de foco com o sistema de múltiplos feixes, a separação de ponto, ou a distância entre os pontos dos feixes de rastreamento de foco no sensor de imagem é medida para determinar a focalização. Consequentemente, a estabilidade da separação de ponto pode ser um fator importante no alcance de medições precisas. A estabilidade de separação de ponto pode ser impactada por fatores como o movimento do estágio de focalização (algumas vezes chamado de estágio Z), qualidade/formato de ponto como uma função de tempo e resolução do algoritmo centroide usado para resolver a separação de ponto. Um desafio com a estabilidade de separação de ponto é que os pontos inerentemente incluem franjas. Devido ao salto de modo do laser, os padrões de franja podem ser alterados, o que induz uma variação em perfil de ponto ao longo do tempo que afeta a estabilidade de separação de ponto do módulo de rastreamento de foco. Um exemplo disso é ilustrado na Figura 25A, que ilustra a variação de franja de ponto. Esse exemplo mostra a variação de franja de ponto para laser operado em uma potência de 12 mW com o tempo de exposição de 250 μs, com um filtro OD 1,0 ND no local.

[0130] A operação de um laser em um modo comumente chamado de Emissão Espontânea Amplificada (ASE) tende a fornecer um perfil de ponto mais limpo. Um exemplo disso é ilustrado na Figura 25B. Esse exemplo é para o mesmo diodo de laser operado a 500 μW, exposição de 250 μs (sem filtro ND). Nesse modo, a fonte emite temporariamente luz incoerente, que se comporta mais como um LED em vez de um laser e tem uma largura de banda óptica larga de 5 a 10 nm FWHM (largura completa em meia densidade máxima). No entanto, existem várias desvantagens de operar em modo de ASE, que é a razão de sistemas de imageamentos pré-existentes não serem operados em tal modo. Primeiramente, o modo ASE não é um modo de laser para o diodo de laser, portanto, a potência de saída é muito baixa. Em geral, o mesmo é definido como um modo abaixo do limite de laser no qual nenhuma geração de raio laser ocorre. Como tal, sua saída é temporariamente incoerente, e inclui componentes de frequência através de um espectro amplo.

[0131] A Figura 26 é um diagrama que ilustra um exemplo de um diodo de laser operado em um modo ASE. Nesse exemplo, o diodo de laser é operado a 0,17 mW e exibe um espectro relativamente plano (quando comparado com o diodo operando em um modo de laser) com componentes de frequência através de uma ampla faixa de comprimentos de onda. Não existe modo de operação único e a saída não é coerente. A incoerência na fonte de luz pode levar a efeitos indesejáveis como interferência destrutiva e aberrações cromáticas. Adicionalmente, pode ser simplesmente imprático operar em um modo ASE devido ao fato de que não há potência suficiente emitida para produzir um feixe de intensidade suficiente. Existem outras aplicações, no entanto, nas quais um laser pode ser operado em modo ASE. Nesse modo, o diodo de laser tende atuar mais como um LED e, como tal, pode ser útil para certas aplicações.

[0132] A Figura 27 é um diagrama que ilustra um exemplo do mesmo diodo de laser operado em um modo de laser. A metade superior do diagrama da Figura 27 ilustra o mesmo diodo de laser operado a 0,96 mW, e a metade inferior do diagrama da Figura 27 ilustra o mesmo diodo de laser operando a 1,22 mW. Em ambos os casos, a saída é altamente coerente com efetivamente um único pico dominante na frequência operacional e picos secundários quase desprezíveis. Isso está em contraste muito forte com o modo ASE que não teve um pico dominante.

[0133] A Figura 28 é um diagrama que ilustra um exemplo de um diodo de laser operado em um modo híbrido. A Figura 28 mostra o laser nesse exemplo operando a 0,43 mW. Nesse nível de potência, poucos picos dominantes estão começando a se formar, mas existem ainda picos secundários fortes. Como esse diagrama ilustra, o diodo de laser não está em um modo de laser forte, ainda também não está em um modo ASE completo. Os níveis de potência podem ainda ser definidos como acima do limite de geração de raio laser, mas a saída não é completamente coerente.

[0134] Devido ao fato de que o modo ASE pode produzir a saída sem potência suficiente, a operação no modo ASE não é operacionalmente prática. Como observado acima em referência à Figura 25A, no entanto, a operação do sistema de varredura em modo de laser cria temporariamente franjas variantes que fornecem capacidade de instalação em medição de ponto.

[0135] Um exemplo disso é ilustrado na Figura 29, que mostra a capacidade de instalação na morfologia de ponto quando o diodo de laser é alimentado para operar em um modo de laser de acordo com um exemplo dos sistemas e métodos descritos no presente documento. Como mostrado nessa figura, o desvio padrão do ponto de feixe esquerdo no sensor de imagem é 1,619 pixels e o desvio padrão do ponto de feixe direito no sensor de imagem é 0,518 pixels. No entanto, conforme ilustrado pelos gráficos para os pontos direito e esquerdo, o movimento do ponto para cada feixe pode ser dramático a partir de um quadro para o próximo, e de fato pode deslocar vários pixels. O perfil de 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 de colocação de ponto de feixe surge ao longo do tempo.

[0136] Devido ao fato de que a foco é determinado através da medição da distância entre os pontos direito e esquerdo no sensor de imagem, as variações em colocação de ponto podem levar a imprecisões em rastreamento de foco. O impacto do movimento dos feixes esquerdo e direito como mostrado nos dois gráficos superiores da Figura 29 é ilustrado no gráfico de fundo da figura. Esse gráfico mostra a alteração em distância, chamada aqui de Delta X, entre os pontos direito e esquerdo pelo menos número de quadros. Isso mostra um desvio padrão de 1,178 pixels, que leva a uma estabilidade de separação de ponto de +/- 139 nm com 95 % de intervalo de confidência (~2 * StDev para uma população gaussiana). Isso é calculado conforme 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/μm. Isso representa quantos pixels de separação de ponto são obtidos para cada 1 μm de deslocamento de distância de objetiva para amostra. O mesmo é usado para a conversão de um delta em separação de ponto (pixels) para um delta em espaço na direção z (nm).

[0137] Os inventores concluíram que os padrões de franja de interferência surgem devido à estrutura de múltiplos níveis do recipiente de amostra conforme mostrado na Figura 3A. Os inventores concluíram ainda que isso é um resultado da sobreposição de múltiplos feixes e/ou luz difundida dentro do recipiente de amostra de vidro de múltiplas camadas. As alterações na posição do recipiente de amostra (por exemplo, nas direções X e Y) sem outras alterações podem resultar no movimento das franjas.

[0138] As Figuras 30A e 30B ilustram exemplos adicionais de movimento de ponto com o diodo de laser operando em um modo híbrido. Particularmente, as Figuras 30A e 30B ilustram um cenário mais ideal com um laser estável que não está saltando de modo. Conforme ilustrado na Figura 30A, o desvio padrão do ponto esquerdo está abaixo de 0,069 pixels, e o ponto direito está abaixo de 0,064 pixels. Conforme indicado pelos dois gráficos superiores na figura, o movimento de ponto de quadro a quadro é em geral menor que um pixel. Devido ao fato de que o movimento pode ser aditivo, a diferença de Delta X entre os pontos direito e esquerdo pode ter um desvio padrão de 0,122 pixels. Isso reduz a estabilidade de separação de ponto para +/- 15,2 nm ((0,122* 1,96) / 16,36 nm = +/-15,2 nm). Aqui, 16,36 é o ganho de FTM em pixel/μm. Essa é a quantidade de Delta X em pixel que é obtida quando a objetiva se move 1 μm no eixo geométrico Z. Isso pode ser usado para conversão a partir de pixels em Delta X para μm no espaço Z e vice-versa. Adicionalmente, 1,96 é o fator de multiplicação para o desvio padrão para expressar 95 % de intervalo de confidência do erro da distribuição (considerando uma distribuição gaussiana).

[0139] No exemplo da Figura 30B, o desvio padrão do ponto esquerdo está abaixo de 0,069 pixels, e o ponto direito está abaixo de 0,069 pixels. Conforme indicado pelos dois gráficos superiores na figura, o movimento de ponto de quadro a quadro é em geral menor que um pixel. Devido ao fato de que o movimento pode ser aditivo, a diferença de Delta X entre os pontos direito e esquerdo pode ter um desvio padrão de 0,127 pixels. Isso reduz a estabilidade de separação de ponto para +/- 14,6 nm ((0,127* 1,96) / 16,36 nm = +/-14,6 nm).

[0140] Conforme observado acima, é imprático executar o laser em um modo ASE pré-existente. Como também logo descrito, a precisão sofre com o diodo de laser operando em um nível de potência acima do limite de geração de raio laser, e isso é especialmente verdadeiro se o salto de modo ocorrer (como, por exemplo, através de variações de potência). No entanto, os inventores concluíram que a operação do laser em um modo híbrido, entre o modo ASE e um modo de laser completo, fornece intensidade de feixe suficiente para medição no sensor de imagem e estabilidade de colocação de ponto aumentada para precisão de medição aumentada. Esse modo pode ser alcançado em alguns casos pela operação levemente acima do limite de geração de raio laser do diodo de laser. Por exemplo, isso pode ocorrer levemente além do joelho da curva de laser, mas ainda é baixo o suficiente de modo que uma porção significativa da potência esteja no estado ASE. Isso produz uma saída em que uma grande quantidade da luz ainda tem uma largura espectral mais ampla resultando em coerência significativamente reduzida.

[0141] A operação de um laser nesse modo híbrido pode ser vantajosa em comparação com outras fontes de luz que podem ser usadas para tentar alcançar o mesmo efeito. Os diodos de laser tendem a ser fontes de luz desejáveis devido ao fato de que exibem uma alta confiabilidade e baixo custo, devido ao alto volume de fabricação desse tipo de dispositivos por diferentes empresas no campo. A operação de diodo de laser nesse modo de potência inferior pode ainda aumentar as classificações MTBF altas típicas que podem ser alcançadas por diodos de laser. Portanto, é possível alcançar o resultado de um dispositivo com tempo de vida e classificação MTBF muito altos (combinação das características de diodo de laser e potência operacional muito baixa), baixo custo de fabricação e extensão de coerência curta o suficiente para eliminar as franjas de interferência provocadas pela estrutura de múltiplas camadas do recipiente de amostra.

[0142] A Tabela 1 é um diagrama que ilustra a estabilidade de separação de ponto com várias soluções alternativas implementadas. O primeiro grupo de medições considera uma potência de laser de 12 mW para operar em um modo de laser, a presença de um filtro ND para atenuar a luz e uma exposição de 250 μs. Aqui, o centro de massa ou a estabilidade de separação de ponto é 396,02 nm para Piso de Ruído 1 e 146,0 nm para Piso de Ruído 2. Conforme ilustrado pela tabela, a estabilidade é aprimorada se a filtragem gaussiana em 2D ou 1D for adicionada. Os filtros gaussianos podem ser adicionados para mitigar o efeito de franjas e fornecer um perfil de ponto mais uniforme. Conforme também ilustrado pela tabela, a redução da potência do diodo de laser para 0,5 mW reduz o erro de centro de massa, o que significa maior estabilidade. Particularmente, nesse exemplo, o erro de centro de massa é reduzido para 14,6 nm para Piso de Ruído 1 e 15,2 nm para Piso de Ruído 2. Tabela 1

[0143] A operação do diodo de laser a 0,5 mW em oposição a 12 mW nesse exemplo significa que o laser não está verdadeiramente em um modo de laser. Esse nível de potência, no entanto, é alto o suficiente de modo que o diodo de laser não esteja operando em um modo ASE. Em vez disso, nessa faixa de potência, o laser pode ser chamado de operacional em um modo híbrido ou um modo de quase laser. Isso não é usual para operações de laser. Normalmente, pretende-se operar o laser em um modo de laser claramente identificável, e os sistemas pré-existentes operam diodos de laser e níveis de potência confortavelmente acima do limite de geração de raio laser. A operação do laser nesse modo híbrido é contraintuitiva e atípica de operações de laser.

[0144] A Figura 31 é um diagrama que ilustra um exemplo da relação de 5 % de largura espectral completa (FW a 5%) para potência de laser de várias fontes de laser. Conforme visto nesse gráfico, a FW a 5 % aumenta conforme a potência definida diminui. Consequentemente, vários exemplos são configurados com a potência de laser definida para operar o laser nesse 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 de laser com a finalidade de não criar padrões de franja que introduzem capacidade de instalação indesejada na colocação de ponto. Devido ao fato de que a intensidade inferior requer um tempo de exposição mais longo para leitura suficiente no sensor de imagem, a diminuição da potência de laser pode impactar negativamente a latência do sistema de rastreamento de foco. Portanto, quando se determina se intensidade suficiente é fornecida, pode ser útil considerar a quantidade de tempo requerida para completar a medição de rastreamento de foco e se isso alcança suficientemente os objetivos de latência para o sistema. A quantidade de potência aplicada ao laser para alcançar o supracitado depende do diodo de laser especificado, da sensibilidade e da velocidade do sensor de imagem (para considerações de latência), de requisitos de latência do sistema e dos requisitos de precisão do sistema.

[0145] Outros exemplos podem ser implementados com a potência de laser definida para operar o laser de modo que o pico dominante na saída de diodo de laser em uma determinada frequência tenha uma intensidade normalizada entre 15 % e 100 % maior que quaisquer picos secundários na saída de diodo de laser. Ainda em outros exemplos, o nível de potência no qual a fonte de luz de diodo de laser é operada é selecionado de modo que o pico dominante na saída de diodo de laser em uma determinada frequência tenha uma intensidade normalizada de entre 15 % e 25 % maior que uma intensidade normalizada de um pico secundário na saída de diodo de laser. Ainda em outros exemplos, o nível de potência no qual a fonte de luz de diodo de laser é operada é selecionado de modo que o pico dominante na saída de diodo de laser em uma determinada frequência tenha uma intensidade normalizada de entre 15 % e 100 % maior que uma intensidade normalizada de um pico secundário na saída de diodo de laser. Em exemplos adicionais, o nível de potência no qual a fonte de luz de diodo de laser é operada é selecionado de modo que o pico dominante na saída de diodo de laser em uma determinada frequência tenha uma intensidade normalizada de entre 15 % e 200 % maior que uma intensidade normalizada de um pico secundário na saída de diodo de laser.

[0146] Uma outra métrica que pode ser usada para definir a potência na qual a fonte de luz é operada pode ser o tempo de exposição máximo que o sistema pode tolerar enquanto satisfaz os requisitos predeterminados de latência de rastreamento de foco. Em termos gerais, conforme a potência na qual o laser é operado é reduzida, a quantidade de franjamento de ponto é também reduzida, aprimorando a precisão de rastreamento de foco. No entanto, abaixo de uma certa quantidade de potência, é fornecida intensidade insuficiente no sensor de imagem para permitir a detecção dos pontos ou para permitir a detecção em um tempo de exposição suficiente curto para satisfazer os requisitos de latência. Portanto, a definição de potência pode ser reduzida para o ponto em que o tempo de exposição correspondente requerido está no ou próximo ao tempo de exposição máximo permitido para a latência de 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 250 μs.

[0147] Embora vários exemplos da tecnologia revelada tenham sido descritos acima, deve-se compreender que os mesmos foram apresentados apenas por meio de exemplo, e não de limitação. De modo semelhante, os vários diagramas podem apresentar um exemplo de arquitetura ou outra configuração para a tecnologia revelada, que é feito para auxiliar na compreensão dos recursos e da funcionalidade que pode ser incluída na tecnologia revelada. A tecnologia revelada não é restrita ao exemplo ilustrado de arquiteturas ou configurações, mas os recursos desejados podem ser implementados com o uso de uma variedade de arquiteturas e configurações alternativas. Na realidade, será evidente para um elemento versado na técnica como as configurações e partição física, lógica ou funcional alternativas podem ser implementadas para implementar os recursos desejados da tecnologia revelada no presente documento. Ademais, uma multitude de diferentes nomes de módulo constituintes além daqueles revelados no presente documento podem ser aplicados às várias partições. Adicionalmente, a respeito dos fluxogramas, das descrições operacionais e das reivindicações de método, a ordem na qual as etapas são apresentadas no presente documento não deve impor que a tecnologia revelada deva ser implementada para realizar a funcionalidade mencionada na mesma ordem salvo se o contexto estabelecer de outro modo.

[0148] Embora a tecnologia revelada seja descrita acima em termos de várias configurações e implementações exemplificativas, deve-se compreender que os vários recursos, aspectos e funcionalidade descritos em um ou mais dos exemplos individuais não são limitados em sua aplicabilidade ao exemplo particular com o qual são descritos, mas, em vez disso, possam ser aplicados, sozinhos ou em várias combinações, a um ou mais dos outros exemplos da tecnologia revelada, se ou não tais exemplos forem descritos e se ou não tais recursos forem apresentados como sendo uma parte de um exemplo descrito. Dessa forma, a amplitude e o escopo da tecnologia revelada no presente documento não devem ser limitados por qualquer um dos exemplos descritos acima.

[0149] Os termos e frases usados nesse documento, e variações dos mesmos, salvo se expressamente determinado de outro modo, devem ser interpretados como de interpretação livre em oposição a limitante. Como exemplos do supracitado: o termo “que inclui” deve ser lido como significando “que inclui, sem limitação” ou similares; o termo “exemplo” é usado para fornecer casos de exemplo do item em discussão, não uma lista abrangente ou limitante dos mesmos; o termo “um” ou “uma” deve ser lido como significando “pelo menos um”, “um ou mais” ou similares; e os adjetivos como “pré-existente”, “tradicional”, “normal”, “padrão”, “conhecido” e os termos de significado similar não devem ser interpretados como limitantes do item descrito a um determinado período de tempo ou a um item disponível de um determinado tempo, mas em vez disso devem ser lidos para abranger tecnologias pré-existentes, tradicionais, normais ou padrão que podem estar disponíveis ou conhecidas agora ou em qualquer momento no futuro. Pretende-se que o termo que compreende no presente documento seja de interpretação livre, incluindo não apenas os elementos citados, mas também quaisquer elementos adicionais. De modo semelhante, onde esse documento se referir a tecnologias que seriam evidentes ou conhecidas por um elemento de conhecimento comum na técnica, tais tecnologias abrangem as evidentes ou conhecidas pelo elemento versado no presente ou em qualquer momento no futuro.

[0150] O termo “acoplado” se refere à junção, conexão, preensão, contato ou ligação direta ou indireta, e pode se referir a várias formas de acoplamento como físico, óptico, elétrico, fluido, mecânico, químico, magnético, eletromagnético, óptico, comunicativo ou outro acoplamento, ou uma combinação do supracitado. Onde uma forma de acoplamento for especificada, isso não implica que outras formas de acoplamento são excluídas. Por exemplo, um componente fisicamente acoplado a um outro componente pode fazer referência à fixação física de ou o contato entre os dois componentes (direta ou indiretamente), mas não exclui outras formas de acoplamento entre os componentes como, por exemplo, um enlace de comunicações (por exemplo, um enlace de RF ou óptico) também acoplando comunicativamente os dois componentes. De modo semelhante, os próprios vários termos não pretendem ser mutuamente exclusivos. Por exemplo, um acoplamento fluido, um acoplamento magnético ou um acoplamento mecânico, dentre outros, pode ser uma forma de acoplamento físico.

[0151] A presença de palavras e frases de amplitude como “um ou mais,” “pelo menos,” “mas sem limitação a” ou outras frases similares em alguns casos não deve ser lida com significado de que o caso mais estreito é pretendido ou requerido em casos em que tais frases de amplitude possam estar ausentes. O uso do termo “componente” não implica que os elementos ou a funcionalidade descritos ou reivindicados como parte do componente sejam todos configurados em um pacote comum. Na realidade, qualquer um ou todos os vários elementos de um componente, incluindo elementos estruturais, podem ser combinados em um único pacote ou separadamente mantidos e podem ser adicionalmente distribuídos em múltiplos agrupamentos ou pacotes.

[0152] Deve ser apreciado que todas as combinações dos conceitos supracitados (desde que tais conceitos não sejam mutuamente inconsistentes) são contempladas como sendo parte da matéria inventiva revelada no presente documento. Em particular, todas as combinações da matéria reivindicada que aparecem no fim desta revelação são contempladas como sendo parte da matéria inventiva revelada no presente documento.

[0153] Os termos “substancialmente” e “cerca de” usados por toda esta revelação, incluindo as reivindicações, são usados para descrever e considerar pequenas oscilações, como devido a variações em processamento. Por exemplo, os mesmos podem se referir a menos que ou igual a ± 5 %, como menos que ou igual a ± 2 %, como menos que ou igual a ± 1 %, como menos que ou igual a ± 0,5 %, como menos que ou igual a ± 0,2 %, como menos que ou igual a ± 0,1 %, como menos que ou igual a ± 0,05 %. Adicionalmente, os vários exemplos apresentados no presente documento são descritos em termos de exemplo de diagramas e outras ilustrações. Conforme será evidente para um elemento de conhecimento comum na técnica após a leitura deste documento, os exemplos ilustrados e suas várias alternativas podem ser implementados sem restrição aos exemplos ilustrados. Por exemplo, diagramas de blocos e sua descrição anexa não devem ser interpretados como implicando em uma arquitetura ou configuração particular.

Claims

1. Sistema de imageamento, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma fonte de luz (160, 270); um divisor de feixe (272, 382, 524) para criar primeiro e segundo feixes (333, 335, 394, 465) a partir da fonte de luz; uma lente de focalização (142, 332, 390) posicionada para receber os primeiro e segundo feixes emitidos pelo divisor de feixe, para focar os primeiro e segundo feixes recebidos em um ponto de tamanho dimensionado para se enquadrar em um recipiente de amostra (110, 330) a ser imageado e para receber primeiro e segundo feixes refletidos a partir do recipiente de amostra; um sensor de imagem (284, 362, 398) posicionado para receber os feixes de luz refletidos a partir do recipiente de amostra; e um prisma de topo (282, 396, 546) posicionado na trajetória óptica entre a lente de focalização e o sensor de imagem, o prisma de topo dimensionado para fazer os primeiro e segundo feixes (34, 36, 394, 395) refletidos a partir do recipiente de amostra convergirem para o sensor de imagem.

2. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma lente (276, 400, 440) posicionada para formar uma cintura de feixe ao longo da trajetória óptica.

3. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de luz (160, 270) compreende um laser e uma fibra óptica (432) tendo primeira e segunda extremidades, a primeira extremidade da fibra óptica para receber a saída do laser e em que a segunda extremidade é acoplada a um elemento de inserção (436) que é deslizável.

4. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que mover o elemento de inserção (436) entre uma primeira posição e uma segunda posição move uma cintura de feixe ao longo da trajetória óptica.

5. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um mecanismo de travamento (442) para fixar uma posição do elemento de inserção (436).

6. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o divisor de feixe é um prisma (272, 382, 524).

7. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda fonte de luz, em que o divisor de feixe (272, 382, 524) cria terceiro e quarto feixes a partir da segunda fonte de luz e em que a lente de focalização está posicionada (i) para receber os terceiro e quarto feixes emitidos pelo divisor de feixe, (ii) para focar os terceiro e quarto feixes recebidos em um segundo ponto no recipiente de amostra, e (iii) para receber os terceiro e quarto feixes refletidos a partir do recipiente de amostra.

8. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um prisma do tipo dove (276) para fazer com que os terceiro e quarto feixes refletidos a partir do recipiente de amostra convirjam com os primeiro e segundo feixes refletidos a partir do recipiente de amostra para o sensor de imagem.

9. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que os terceiro e quarto feixes são um conjunto de feixes de rastreamento de foco dianteiro ou traseiro.

10. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a lente de focalização (142, 332, 390) é um prisma.

11. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o recipiente de amostra (110, 330) compreende uma pluralidade de camadas (334, 336, 338).

12. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que uma camada superior (334) da pluralidade de camadas é transparente.

13. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que os primeiro e segundo feixes são refletidos a partir de uma superfície da pluralidade de camadas (334, 336, 338) do recipiente de amostra (110, 330).

14. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma estrutura de bloqueio (562, 620, 631) posicionada para bloquear reflexos dos primeiro e segundo feixes a partir de pelo menos uma superfície da pluralidade de camadas (334, 336, 338).

15. Sistema de imageamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a lente de focalização (142, 332, 390) é móvel a partir de uma primeira posição para uma segunda posição, em que a lente de focali- zação é para focar os primeiro e segundo feixes recebidos em uma primeira superfície dentro do recipiente de amostra quando na primeira posição, e em que a lente de focalização é para focar os primeiro e segundo feixes recebidos em uma segunda superfície dentro do recipiente de amostra quando na segunda posição.