CN107533218B - 自动聚焦的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定多孔板的至少一部分中的多个孔的聚焦位置的自动聚焦方法，所述方法包括：使用具有第一放大倍率的第一物镜在所述多个孔的选定子集的至少三个孔的每个孔中识别每个所述孔的相对于所述第一物镜的聚焦位置；基于至少三个所述聚焦位置来计算平面，所述至少三个孔沿所述计算平面相对于具有不大于所述第一放大倍率的第二放大倍率的至少一个物镜是聚焦的；以及使用所述至少一个物镜沿着所述平面来扫描所述板的一部分中的多个孔中的至少一些孔。

Description

自动聚焦的方法和装置

技术领域和背景技术

本发明通常涉及光学测量和/或检测技术的领域，并且更具体地涉及一种在观察非平面的表面时特别有用的自动聚焦的方法和装置。

自动聚焦是许多自动化检测领域的重要特征，比如计算机芯片产业、生物医学研究、光学信息载体中的数据读取/记录等。特别地，当在单板上分析包括多个孔的多孔板中的样本时，观察孔的内容的显微镜的自动聚焦能够使工作流程更高效，因为操作者不需要单独将物镜聚焦在板中的每个孔上。

过去，例如在专利号为7,109,459的美国专利中已经公开了用于检查多孔板的各种自动聚焦方法。然而，当使用例如用于使活细胞生长为球状体的具有非平面的底部的孔(例如具有U形底部的孔的多孔板)时，现有的自动聚焦方法可能需要进行耗时的图像分析。

因此，需要一种用于在多孔板上自动聚焦显微镜的方法，其适于具有非平面底面的孔的多孔板。

发明内容

本发明通常涉及光学测量和/或检测技术的领域，并且更具体地涉及一种在观察非平面的表面时特别有用的自动聚焦的方法和装置。

根据本发明的实施例提供了一种用于确定多孔板的至少一部分中的多个孔的聚焦位置的自动聚焦方法，所述方法包括：

使用具有第一放大倍率的第一物镜，在多个孔的选定子集的至少三个孔中的每个孔中识别每个所述孔的相对于所述第一物镜的聚焦位置；

基于至少三个所述聚焦位置来计算平面，至少三个孔沿所述平面相对于具有不大于第一放大倍率的第二放大倍率的至少一个物镜是聚焦的；以及

使用所述至少一个物镜沿所述平面来扫描所述板的一部分中的多个孔中的至少一些孔。

在一些实施例中，所述至少一个物镜为第一物镜，并且第一放大倍率等于第二放大倍率。在一些实施例中，所述计算平面包括计算至少三个孔沿其相对于第一物镜是聚焦的平面。

在一些实施例中，所述至少一个物镜为不同于第一物镜的第二物镜，其中第二放大倍率小于第一放大倍率。在一些实施例中，计算平面包括基于第二物镜的光学特性，将使用第一物镜识别的至少三个聚焦位置转化为相对于第二物镜的相应的第二聚焦位置；并且基于至少三个第二聚焦位置来计算平面。在一些实施例中，计算平面包括：基于至少三个所述聚焦位置来计算第一平面，沿该平面至少三个孔将相对于第一物镜是聚焦的；以及基于第二物镜的光学特性，将所述第一平面转化为相应的平面，沿所述相应的平面所述至少三个孔将相对于所述第二物镜是聚焦的，从而计算平面。

在一些实施例中，使用所述至少一个物镜进行扫描而不需进行附加的聚焦操作。

在一些实施例中，多个孔的子集包括多个孔中的多于三个的孔。

在一些实施例中，识别聚焦位置包括识别子集中每个孔的聚焦位置。

在一些实施例中，每个孔都包括大致呈圆柱形的侧壁，以及包含球面、抛物面和椭圆中的至少一个的一部分的底面。在一些实施例中，每个孔具有U形横截面。

在一些实施例中，每个孔都包括大致呈圆柱形的侧壁和平面的底面。在一些实施例中，平面的底面大致平行于多孔板的顶面，使得孔具有矩形的横截面。

在一些实施例中，每个孔都是截头圆锥形的。

在一些实施例中，每个孔都具有倾斜的侧壁、平面的底部和梯形的横截面。

在一些实施例中，所述方法还包括在使用第一物镜之前，对准第一物镜以使其轴向地位于其中一个孔的中心的上方。

在一些实施例中，板的一部分包含板的四分之一。在一些实施例中，板的一部分包含板的全部。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于确定板中孔的至少一部分的聚焦位置的自动聚焦方法，所述方法包括：使用具有第一放大倍数的第一物镜以在孔的至少一个位置处识别孔的至少一部分相对于第一物镜的第一聚焦位置；基于至少一个物镜的光学特性，对于所述第一聚焦位置识别相对于具有第二放大倍率的至少一个物镜的相应的聚焦位置；以及使用所述至少一个物镜在对应于相应的聚焦位置的高度处来扫描孔的至少一部分，其中所述第二放大倍率不大于所述第一放大倍率。

在一些实施例中，所述至少一个物镜为第一物镜，第一放大倍率等于第二放大倍率，并且所述相应的聚焦位置为第一聚焦位置。

在一些实施例中，所述至少一个物镜包含不同于第一物镜的第二物镜，其中第二放大倍率小于第一放大倍率。在一些这样的实施例中，所述识别包括基于第二物镜的光学特性将第一聚焦位置转化为相对于第二物镜的相应的聚焦位置。

在一些实施例中，使用至少一个物镜进行扫描而不需进行附加的聚焦操作。

在一些实施例中，孔包括大致呈圆柱形的侧壁，以及包含球面、抛物面和椭圆中的至少一个的一部分的底面。在一些实施例中，孔具有U形横截面。

在一些实施例中，孔包括大致呈圆柱形的侧壁和平面的底面。在一些实施例中，平面的底面大致平行于板的顶面，使得孔具有矩形的横截面。

在一些实施例中，孔是截头圆锥形的。在一些实施例中，孔具有倾斜的侧壁、平面的底部和梯形的横截面。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于自动确定位于含有孔的板的至少一部分中的多个孔的聚焦位置的自动聚焦装置，所述装置包括：被编程来计算平面的计算部件，沿所述平面，板的一部分中的至少三个孔将相对于物镜是聚焦的；在功能上与所述计算部件相关联的第一物镜，所述第一物镜具有第一放大倍率，来自所述第一物镜的图像被所述计算部件用于为多个孔的选定子集的至少三个孔中的每个孔识别聚焦位置；以及具有第二放大倍率的至少一个物镜，所述第二放大倍率不大于所述第一放大倍率，所述至少一个物镜用于沿着所述平面扫描板的一部分中的多个孔的至少一些孔，其中所述计算部件被配置为基于至少三个聚焦位置来计算平面，其中至少三个孔沿所述计算平面相对于所述至少一个物镜是聚焦的。

在一些实施例中，所述至少一个物镜被配置为沿着平面扫描多个孔，而不需进行附加的聚焦操作。

在一些实施例中，所述至少一个物镜为第一物镜，并且第二放大倍率等于第一放大倍率。

在一些实施例中，所述至少一个物镜为不同于第一物镜的第二物镜，并且第二放大倍率小于第一放大倍率。

在一些实施例中，计算部件被编程来计算聚焦平面，通过：基于第二物镜的光学特性，将使用第一物镜确定的至少三个聚焦位置转化为相对于第二物镜的相应的第二聚焦位置；并且基于至少三个第二聚焦位置来计算聚焦平面。

在一些实施例中，计算部件被编程为计算聚焦平面，通过：基于至少三个聚焦位置来计算第一平面，沿该第一平面至少三个孔将相对于第一物镜是聚焦的；以及基于第二物镜的光学特性将所述第一平面转化为相应的平面，沿所述相应的平面所述至少三个孔相对于所述第二物镜是聚焦的，从而计算平面。

在一些实施例中，计算部件被编程来为子集中的每个孔识别聚焦位置。

在一些实施例中，所述装置适用于一种板，其中每个孔都包括大致呈圆柱形的侧壁，以及包含球面的一部分、抛物面和椭圆的一部分中的至少一个的底面。在一些实施例中，所述装置适用于其中每个孔都具有U形横截面的板。

在一些实施例中，所述装置适用于其中每个孔都包括大致呈圆柱形的侧壁和平面的底面的板。在一些实施例中，平面的底面大致平行于板的顶面，使得每个孔都具有大致呈矩形的横截面。

在一些实施例中，所述装置适用于其中每个孔都是截头圆锥形的板。在一些实施例中，所述装置适用于其中每个孔都具有倾斜的侧壁、平面的底部和梯形的横截面的板。

在一些实施例中，板的一部分包含板的四分之一。在一些实施例中，板的一部分包含板的全部。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于自动确定孔的至少一部分的聚焦位置的自动聚焦装置，所述装置包括：被编程为计算孔的一部分的聚焦位置的计算部件；在功能上与所述计算部件相关联的第一物镜，所述第一物镜具有第一放大倍率，来自所述第一物镜的图像被所述计算部件用于在所述孔的至少一个位置中识别所述孔相对于第一物镜的聚焦位置；以及具有第二放大倍率的至少一个物镜，所述第二放大倍率不大于所述第一放大倍率，所述至少一个物镜用于在相对于至少一个物镜的孔的相应的聚焦位置的高度处来扫描孔的至少一部分，其中所述计算部件被编程为基于所述至少一个物镜的光学特性来识别相应的聚焦位置。

在一些实施例中，所述至少一个物镜被配置为扫描孔的一部分，而不需进行附加的聚焦操作。

在一些实施例中，所述至少一个物镜为第一物镜，第二放大倍率等于第一放大倍率，并且所述相应的聚焦位置与第一聚焦位置相同。

在一些实施例中，所述至少一个物镜为不同于第一物镜的第二物镜，并且其中第二放大倍率小于第一放大倍率。在一些实施例中，计算部件被编程为通过基于第二物镜的光学特性将第一聚焦位置转化为相对于第二物镜的相应的聚焦位置来识别相应的聚焦位置。

在一些实施例中，所述装置适用于一种孔，所述孔包括大致呈圆柱形的侧壁，以及包含球面的一部分、抛物面和椭圆的一部分中的至少一个的底面。在一些实施例中，所述装置适用于具有U形横截面的孔。

在一些实施例中，所述装置适用于包括大致呈圆柱形的侧壁和平面的底面的孔。在一些实施例中，平面的底面大致平行于板的顶面，使得孔具有大致呈矩形的横截面。

在一些实施例中，所述装置适用于截头圆锥形的孔。在一些实施例中，所述装置适用于具有倾斜的侧壁、平面的底部和梯形的横截面的孔。

除非另有限定，本文使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。在冲突的情况下，将优先考虑规范的术语(包括定义)。

如本文所使用的，术语“包括”，“包含”，“具有”及其语法变体将被视为指定所述特征、整数、步骤或部件，但不排除添加一个或多个附加特征、整数、步骤、组件或其组合。这些术语包括术语“由……组成”和“基本上由……组成”。

除非上下文另有明确的规定，如本文使用的，不定冠词“一种”和“一个”是指“至少一种”或“一个或多个”。

本发明的方法和/或装置的实施例可以涉及手动地、自动地或其组合的形式来执行或完成所选择的任务。使用包括硬件、软件、固件或其组合的部件来实现本发明的一些实施例。在一些实施例中，一些部件是通用型部件，例如通用型计算机或监视器。在一些实施例中，一些部件是专用或定制部件，比如电路、集成电路或软件。

例如，在一些实施例中，一些实施例被实现为由数据处理器执行的多个软件指令，例如所述数据处理器是通用或定制计算机的一部分。在一些实施例中，数据处理器或计算机包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储器，例如磁性硬盘和/或可移动介质。在一些实施例中，实施方式包括网络连接。在一些实施例中，实施方式包括通常包含一个或更多个输入设备(例如，允许输入命令和/或参数)和输出设备(例如，允许报告操作参数和结果)的用户界面。

附图说明

此处参照附图描述了本发明的一些实施例。该描述与附图一起使得本领域的普通技术人员对于如何实现本发明的一些实施例来说是显而易见的。附图是为了示例性的讨论，并没有试图比对基本理解本发明所必须的更详细地示出实施例的结构细节。为了清楚起见，附图中所示的一些对象是不按比例的。

在附图中：

图1A和1B分别为多孔板的俯视图和多孔板中的单个孔的剖视图，该孔具有非平面的底面，其中本发明教导的实施例对于所述孔可以是有用的；

图2为根据本发明教导的实施例的用于自动聚焦在多孔板中的样本的成像装置的实施例的框图；以及

图3为根据本发明教导的实施例的用于将成像装置自动聚焦在多孔板中的样本上的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

参考所附的描述和附图可以更好地理解本发明所教导的原理、用途和实施方式。通过细读本文所呈现的描述和附图，本领域的技术人员能够在不通过过多的努力或实验的情况下实现本发明。

在详细地说明本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于以下描述和/或附图中所示和/或示例中所阐述的部件和/方法的结构和布置的细节。本发明能够利用其他实施例来实现，并且能够以各种方式来实践或实施。还应当理解，本文中所使用的措辞和术语是为了描述性目的而不应被视为限制性的。

现在参照图1A和1B，其分别为多孔板的俯视图和多孔板中的单个孔的剖视图，该孔具有非平面的底面，其中本发明教导的实施例对于所述孔可以是有用的。

如图1A所示，多孔板10具有顶面11、侧面(未示出)以及在一些实施例中具有底面(未示出)。板10包括多个孔12，所述孔12布置在由列14和行16形成的网格中并且通过顶面11中的孔17是可进入的。通常，行和列被枚举或者以其它方式标记以使得使用者能够容易地引用特定的孔12。所示实施例中的多孔板10包含96个孔，尽管也可以与本发明的教导一起使用其他类型的板，其包括例如不同数量的孔(比如12、24或384个孔)，如以下进一步详细描述的。通常，孔12在彼此之间具有固定的距离，并且从而以规律的间隔分布在板10上。关于孔之间的距离的规格在本领域中是标准的，并且通常也由板的制造商来提供。通常，板中孔的数量具有3：2的纵横比。因此，孔可以被布置，例如，为3×2格、6×4格、12×8格或24×16格。

再参照图1B，可以看出，板10中的每个孔12的横截面可以是非矩形的，使得孔具有非线性的底面。在所示的实施例中，孔12包含空腔18并且具有U形横截面，使得孔的侧壁20通常形成圆柱体，并且孔的底部22形成球面的一部分、抛物面的一部分，或椭圆的一部分，从而限定了孔的弯曲的底面。因此，孔通常具有U形横截面或类似于抛物面的横截面。通常，侧壁20和底部22的厚度是相同的。通常形成板10的顶面11的一部分并与之齐平或相对于板10的顶面11凸起的边缘26通常围绕孔12。

包含具有非平面底面的孔的多孔板是本领域公知的，并且可以从许多制造商(比如马萨诸塞州的Corning Incorporated Life Sciences of Tewksbury)商购获得。这样的多孔板被用于许多类型的样本，包括用于培育球状体、培育诸如淋巴细胞和其他血细胞的非贴壁细胞、用于3维样本的分析以及用于化合物的处理。通常，对这些样本的分析需要在孔内对该样本进行成像。

应当理解，由于孔12的底部表面是弯曲的，观察孔的显微镜将被聚焦的区域通常非常小，并且在一些情况下包括单个点。因此，诸如专利号为7,109,459的美国专利中公开的现有的自动聚焦机构通常不能成功地聚焦布置在孔内的样本。如下所述，本发明教导的方法使得操作者能够将成像装置自动聚焦在具有非平面底部的孔上，比如图1B中的U形孔12，而不需要手动地将成像装置聚焦在每个单独的孔上。

应当理解，尽管示例性示意图示出了具有U形横截面的孔，但如下文所述的本发明教导的方法可以用于其他类型的孔，比如具有平面底面和矩形横截面的孔，或截头圆锥形的孔，即包括具有倾斜的侧壁和平面底部的截断的锥体，并且具有大致梯形的横截面。

现在参照图2，图2为根据本发明教导的实施例的用于在多孔板中的孔上自动聚焦的成像装置200的实施例的框图。

应当理解，本发明的公开内容讨论了包括仅作为示例的样本的孔的自动聚焦，并且相同的方法和装置也可以被用于在不包含样本的孔上自动聚焦，或者在其中一些孔包括样本而其他孔不包括样本的多孔板上聚焦。

如图2所示，成像装置100包括扫描显微镜202，其在功能上与可沿着X、Y和Z轴移动的样本平台相关联。样本平台被配置为在其上布置有样本板205，所述样本板205可以是例如类似图1A和1B的板10的板。

显微镜202还包括在功能上与物镜转换器208相关联的多个物镜206。在任何给定时间，单个物镜206与样本平台(未示出)对准并且是可操作的，使得可以通过物镜观察布置在样本平台上的样本板。物镜转换器208被配置为当需要更换物镜时更换用于观察样本的可操作的透镜。例如在WO2012/097191中描述了这种转换器的一个例子，其内容通过引用并入本文。

显微镜202在功能上与由控制单元(未示出)控制的至少一个照明源相关联。在一些实施例中，显微镜包括第一照明源，其包含诸如LED灯的透射光源210a，所述投射光源210a被配置为在布置在样本平台上的样本板205的成像期间照亮该样本平台。在一些实施例中，显微镜还包括第二照明源，其包含激发光源210b，所述激发光源210b被配置为提供照明以在载入到样本板205上或样本板205中的样本中产生响应，比如提供照明以激发样本的荧光或发光成分。在一些实施例中，来自光源210a和/或210b的光照在照射到布置在样本板205上的样本之前，先照射到一个或更多个光学元件212上，比如反射镜、二向色立方体、分光镜、过滤器和诸如此类。在一些实施例中，来自照明源210的光照在照射到样本之前先穿过光纤213。

在一些实施例中，通过显微镜202可见的图像由图像采集单元(未示出)采集，并被转移到处理单元214用于进一步的处理和分析。

现在参照图3，图3为根据本发明教导的实施例的用于使成像装置自动聚焦在多孔板中的样本上的方法的实施例的流程图。

以下所描述的方法可以用于诸如图2的成像装置200的成像装置中，以自动确定布置在诸如图1A的板10的样本板中的多个样本的聚焦位置，所述样本板包含多个孔。该方法可以在包含具有非平面底面的孔的板上进行，例如图1B的孔12，或者在其他类型的孔上进行，例如具有平面底面的孔或具有倾斜的侧壁和平面底部的截头圆锥孔等。

如步骤300所示，选择板中的孔的子集。在一些实施例中，子集包括至少三个各自含有液体或样本的孔，尽管这对于本文所公开的方法是不必要的。在步骤302，对于子集中的至少三个孔，并且在一些实施例中对于子集中的所有孔，对于具有第一放大倍率的第一物镜(例如图2的物镜206)，识别包含在孔中的样本的聚焦位置。

通常，第一物镜具有相当大的放大倍率，比如20x、10x等。

在一些实施例中，子集包含多于三个的孔，但是仅为该子集中的三个孔识别聚焦位置。在一些实施例中，该子集包含多于三个的孔，并且为该子集中的多于三个的孔识别聚焦位置，而不为子集中的所有孔识别聚焦位置。例如，子集可以包含至少五个孔，并且为子集中的的至少四个孔而不是为所有孔识别聚焦位置。在一些实施例中，为子集中的所有孔识别聚焦位置。

可以使用本领域已知的任何合适的方法来识别子集的孔中的样本的聚焦位置，包括手动和自动的方法。在一些实施例中，大体上如专利号为7,109,459的美国专利中所描述的来识别聚焦位置，其内容通过引用并入本文，如同在此完全阐述一样。

根据专利号为7,109,459的美国专利的教导，为了确定聚焦位置，第一物镜的焦平面与板的表面(比如板的底面)间隔一定距离，例如约一毫米。然后，物镜的焦平面朝向板移位，例如通过相对于彼此来移位物镜或板。例如，物镜可以布置在板的下方，使得物镜的焦平面处于板的表面的下方，并且焦平面朝向板的表面垂直地向上移位。

在物镜的焦平面移位期间，显微镜的控制硬件记录从板反射出的光的强度，直到检测到的光的强度达到最大值，在一些实施例中，该强度高于预设阈值。所检测到的光强度的该最大值对应于板的表面的聚焦位置。

在不希望受理论束缚的情况下，在上述示例中，其中物镜布置在板的下方并且焦平面初始设置在板的下方并朝向板移位，观察到最大光强度的位置被认为是对应于物镜的焦平面与孔底部的曲面相切的点。

随后，在一些实施例中，物镜的焦平面继续朝向板移位，直到检测到反射光强度中的另一峰值，该峰值被根据环境和正在被检测的样本由相应的阈值来限定。在不希望受理论束缚的情况下，在上述示例中，其中物镜布置在板的下方并且焦平面初始设置在板的下方并朝向板移位，认为当物镜的焦平面与孔内板底部相切时出现反射光强度中的第二峰值，并且该第二峰值通常表示与样本的聚焦位置的偏移。偏移的大小可以由使用者手动确定，或者可以使用本领域已知的方法来自动确定。

在一些实施例中，从检测到的光的强度中的第一峰值来计算偏移，而不继续搜索检测到的光的强度中的第二峰值。在这样的实施例中，偏移的大小可以由使用者手动确定，或者可以使用本领域已知的方法来自动确定。

应当理解，焦平面朝向板移位的方向以及识别检测到的光的强度中的峰值的顺序取决于成像装置的设置。例如，在一些实施例中，物镜被布置在样本板的下方，但是物镜的焦平面被设置在孔底部的上方，使得焦平面朝向孔底部向下移位。在不希望受理论束缚的情况下，在这些实施例中，认为当物镜的焦平面与孔内板底部相切时出现反射光强度中的第一峰值，并且该第一峰值通常表示与样本的聚焦位置的偏移，而检测到的反射光强度中的第二峰值的位置对应于物镜的焦平面与孔底部的曲面相切的点。相应的情况也会出现在其他实施例中，其中物镜被布置在样本板的上方，并且物镜的焦平面被设置在孔底部的上方，使得焦平面朝向孔底部向下移位。

作为另一示例，在一些实施例中，物镜被布置在样本板的上方，但是物镜的焦平面被布置在孔底部的下方，使得焦平面朝向孔底部向上移位。不希望受理论束缚的情况下，在这些实施例中，认为检测到的反射光强度中的第一峰值的位置对应于物镜的焦平面与孔底部的曲面相切的点，而当物镜的焦平面与孔内板底部相切时出现反射光强度中的第二峰值，并且该第二峰值通常表示与样本的聚焦位置的偏移。

在一些实施例中，基于由制造商提供的板的规格来确定聚焦位置所在的孔的中心。在一些实施例中，使用板的X-Y位移或物镜的X-Y位移来确定孔的中心，直到使用合适的光检测参数和特征来确定孔的中心或孔的边缘，如本领域已知的。

在步骤304，使用在步骤302中确定的至少三个聚焦位置来计算平面，沿该平面所述板中的多个孔中的至少一些孔，并且通常板中的所有孔，相对于第二物镜(诸如图2的物镜206)是聚焦的或者接近聚焦的。第二物镜具有不大于第一物镜的第一放大倍率的第二放大倍率。如下所述，基于定位计算平面使用第二物镜来扫描孔，通过在扫描期间保持第二物镜的位置使得对于任何给定的已扫描的孔，所计算的平面和第二物镜的焦平面是一致的或接近一致的。

在一些实施例中，通过以下步骤计算平面：基于第二物镜的光学特性，将使用第一物镜在步骤302中确定的聚焦位置中的至少三个(通常每个)聚焦位置转化为相对于第二物镜的相应的第二聚焦位置，以及计算包括至少三个第二聚焦位置的平面。

在一些实施例中，通过以下步骤计算平面：基于至少三个聚焦位置计算第一平面，其中沿所述第一平面，板中的多个孔中的至少一些孔，并且通常板中的所有孔，相对于第一物镜是聚焦的或接近聚焦的；然后，基于第二物镜的光学特性将第一平面转化为相应的平面，沿该相应的平面，至少一些孔，并且通常所有孔相对于第二物镜是聚焦的或接近聚焦的。

如上所述，第二物镜具有不大于第一物镜的第一放大倍率的放大倍率。因此，在一些实施例中，第二放大倍率小于第一放大倍率，并且可以例如为4x或2x。在一些实施例中，第二放大倍率等于第一放大倍率，但第二物镜的数值孔径值高于第一物镜的数值孔径值。

在一些实施例中，使用在步骤302中识别的所有聚焦位置来计算平面。在其他实施例中，使用少于在步骤302中识别的所有聚焦位置的聚焦位置来计算平面。

在一些实施例中，针对板的一部分(例如板的四分之一)，使用在板的那部分内用第一物镜识别的至少三个聚焦位置来计算平面。在这样的实施例中，对于板的每个部分或每个四分之一，使用针对每个这样的部分的不同的聚焦位置集来重复本文所描述的方法。

在步骤306，其可以在上述步骤304之前或之后发生，第一物镜例如通过合适的硬件机构(比如图2的物镜转换器208)更换为第二物镜。在一些实施例中，第一和第二物镜是相同的，从而省去了图3的步骤306。

最后，在步骤308，使用第二物镜沿着在步骤304中计算的平面扫描或成像多孔板的孔，而不需进行任何附加的聚焦操作。

可以使用本领域已知的任何合适的方法来执行步骤308的扫描，包括捕获图像堆叠，这在对诸如球状体之类的三维结构进行成像时是特别有用的。在一些实施例中，本文的教导可以在具有单个孔的板上或在多孔板内的单个孔上实施。在这些实施例中，使用第一物镜来找到板中的样本的聚焦点。基于第二物镜的光学特性，使用第一物镜找到的聚焦点被转化为第二物镜的聚焦点。然后，当第二物镜被放置在转化的聚焦点处或位于其高度时，第二物镜用于扫描板。

应当理解，本文的教导允许成像装置相对于板进行聚焦，而不管板内的“预期高度差”和“意外高度差”如何。“预期高度差”被定义为在板的规格中列出的板的曲率，并且是制造商希望存在于板中的曲率，例如由于结构而具有弯曲的底部。“意外高度差”被定义为缺少平面度，这在板的规格中是不希望存在的。所述“意外高度差”可以是例如由于孔的底部的相对高度的差异；或者可以是例如随着物镜的移动，由扫描部件跟踪的虚拟表面中的平面度的偏差；或者板放置在其上的表面与随着物镜的移动由扫描部件跟踪的虚拟表面不平行。

应当理解，为了清楚起见而在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以以组合的形式在单个实施例中提供。相反地，为了简洁起见而在单个实施例的上下文中下描述的本发明的各个特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式提供，或适用于本发明的任何其他描述的实施例。在各个实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是这些实施例的基本特征，除非该实施例在没有那些元件的情况下是不起作用的。

虽然已结合本发明的具体实施例描述了本发明，但显而易见的是，许多替代方案、修改和变体对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，旨在包含落在所附权利要求范围内的所有这些替代方案、修改和变体。

本申请中引用或标识的任何参考文献不应被解释为承认所述参考文献为本发明的可获得的现有技术。

本文使用的部分标题是为了简化对说明书的理解，不应被解释为必要的限制。

Claims (28)

1.一种自动聚焦方法，其用于确定多孔板的至少一部分中的多个孔的聚焦位置，所述方法包括：

使用具有第一放大倍率的第一物镜在所述多个孔的选定子集的至少三个孔的每个孔中识别每个所述孔的相对于所述第一物镜的聚焦位置；

基于至少三个所述聚焦位置来计算平面，所述至少三个孔沿所述平面相对于第二物镜是聚焦的，所述第二物镜具有小于所述第一放大倍率的第二放大倍率；以及

使用所述第二物镜沿着所述平面来扫描所述板的所述部分中的所述多个孔中的至少一些孔。

2.根据权利要求1所述的自动聚焦方法，其中，所述计算平面包括：

基于所述第二物镜的光学特性，将使用所述第一物镜识别的至少三个所述聚焦位置转化为相对于所述第二物镜的相应的第二聚焦位置；以及

基于至少三个所述第二聚焦位置来计算所述平面。

3.根据权利要求2所述的自动聚焦方法，其中，所述计算平面包括：

基于至少三个所述聚焦位置来计算第一平面，其中所述至少三个孔沿所述第一平面相对于所述第一物镜是聚焦的；以及

基于所述第二物镜的光学特性，将所述第一平面转化为相应的平面从而计算所述平面，其中所述至少三个孔沿所述相应的平面相对于所述第二物镜是聚焦的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，使用所述第二物镜进行所述扫描，而不需进行附加的聚焦操作。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，所述多个孔的所述子集包括所述多个孔中的多于三个的孔。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，所述识别聚焦位置包括为所述子集中的每个孔识别所述聚焦位置。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，每个所述孔都包括大致呈圆柱形的侧壁，以及包含球面、抛物面和椭圆中的至少一个的一部分的底面。

8.根据权利要求7所述的自动聚焦方法，其中，每个所述孔都具有U形横截面。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，每个所述孔都包括大致呈圆柱形的侧壁和平面的底面。

10.根据权利要求9所述的自动聚焦方法，其中，所述平面的底面大致平行于所述多孔板的顶面，使得所述孔具有矩形的横截面。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，每个所述孔是截头圆锥形的。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，每个所述孔都具有倾斜的侧壁、平面的底部和梯形的横截面。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，所述方法还包括在使用所述第一物镜之前，对准所述第一物镜以使其轴向地位于其中一个所述孔的中心的上方。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，所述板的所述部分包括所述板的四分之一。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的自动聚焦方法，其中，所述板的所述部分包括所述板的全部。

16.一种自动聚焦装置，其用于自动确定位于含有孔的板的至少一部分中的多个孔的聚焦位置，所述装置包括：

计算部件，其被编程来计算平面，所述板的所述部分中的至少三个孔沿所述平面相对于物镜是聚焦的；

第一物镜，其在功能上与所述计算部件相关联，所述第一物镜具有第一放大倍率，来自所述第一物镜的图像被所述计算部件用于为所述多个孔的选定子集的至少三个孔中的每个孔识别聚焦位置；以及

第二物镜，其具有第二放大倍率，所述第二放大倍率小于所述第一放大倍率，所述第二物镜用于沿着所述平面扫描所述板的所述部分中的所述多个孔的至少一些孔，

其中所述计算部件被配置为基于至少三个所述聚焦位置来计算所述平面，所述至少三个孔沿着所述平面相对于所述第二物镜聚焦。

17.根据权利要求16所述的自动聚焦装置，其中，所述第二物镜被配置为沿着所述平面扫描所述多个孔，而不需进行附加的聚焦操作。

18.根据权利要求16所述的自动聚焦装置，其中，所述计算部件被编程为通过以下方式计算所述聚焦平面：

基于所述第二物镜的光学特性，将使用所述第一物镜识别的至少三个所述聚焦位置转化为相对于所述第二物镜的相应的第二聚焦位置；以及

基于至少三个所述第二聚焦位置来计算所述聚焦平面。

19.根据权利要求16所述的自动聚焦装置，其中，所述计算部件被编程为通过以下方式计算所述聚焦平面：

基于至少三个所述聚焦位置来计算第一平面，其中所述至少三个孔沿所述第一平面相对于所述第一物镜是聚焦的；以及

基于所述第二物镜的光学特性，将所述第一平面转化为相应的平面从而计算所述平面，其中所述至少三个孔沿所述相应的平面相对于所述第二物镜是聚焦的。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述计算部件被编程为对所述子集中的每个孔识别所述聚焦位置。

21.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述装置适用于一种板，其中板中的每个所述孔都包括大致呈圆柱形的侧壁，以及包含球面的一部分、抛物面和椭圆的一部分中的至少一个的底面。

22.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述装置适用于其中每个所述孔都具有U形横截面的板。

23.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述装置适用于其中每个所述孔都包括大致呈圆柱形的侧壁和平面的底面的板。

24.根据权利要求23所述的自动聚焦装置，其中，所述平面的底面大致平行于所述板的顶面，使得每个所述孔都具有大致呈矩形的横截面。

25.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述装置适用于其中每个所述孔都是截头圆锥形的板。

26.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述装置适用于其中每个所述孔都具有倾斜的侧壁、平面的底部和梯形横截面的板。

27.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述板的所述部分包括所述板的四分之一。

28.根据权利要求16至19中任一项所述的自动聚焦装置，其中，所述板的所述部分包括所述板的全部。

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