CN111073960A - 一种测序仪激光扩束器的调试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种测序仪激光扩束器的调试方法及装置，调试方法，检测激光扩束器发射激光的同一个焦面上若干位置的激光光强值；根据若干个位置的激光光强值计算出扩束器的偏离系数，并计算出调节角度值；根据计算出的调节角度值调节激光扩束器上的调节旋钮，进行对焦调试。由于检测发射激光在同一焦面上的不同位置的光强大小，再通过进行计算分析得到激光光强的均一性，并且计算出调节的角度值，调试人员可根据计算出的调节角度值对测序仪激光扩束器进行对焦调节，实现测序仪激光扩束器的均一性调试，本调试方法及装置借助设备完成，调试的精度高和效率高。

Description

一种测序仪激光扩束器的调试方法及装置

技术领域

本发明涉及基因测序的光学设备，具体涉及一种测序仪激光扩束器的调试方法及装置。

背景技术

基因测序过程中通过激光器发生测序光，激光器为点光源发出发散式的光，而基因测序芯片需要扫描的空间为一条线段，故需要将点光源转换为线光源。

目前采用可调节的测序仪激光扩束器作为测序仪的光源，激光扩束器内包括激光器(点光源)和扩束器，扩束器包括位于激光器发射光的光路上的固定镜片和移动镜片，激光扩束器的外部设有一个调节旋钮，调节旋钮与移动镜片连接，用于调节移动镜片与固定镜片之间的间距，以实现扩束器的对焦调节，使得穿过扩束器的光束均匀稳定。

但现有技术中，只能通过肉眼查看激光的均匀性，再进行调节，此方法调节的精度低、需多次反复调节才能到达一个一般的效果，并且长时间肉眼查看激光对实力伤害较大。

发明内容

本申请提供一种调试精度和效率都很高的测序仪激光扩束器的调试方法及装置。

一种实施例中提供一种测序仪激光扩束器的调试方法，包括如下步骤：

检测激光扩束器发射激光的同一个焦面上若干位置的激光光强值；

根据若干个位置的激光光强值计算出扩束器的偏离系数，并计算出调节角度值；

根据计算出的调节角度值调节激光扩束器上的调节旋钮，进行对焦调试。

进一步地，激光扩束器发射若干个次激光进行检测，检测出若干个组激光光强值，在相同的位置检测出一组底光光强值，根据一组底光光强值和若干组激光光强值计算调节角度值。

进一步地，将每个位置点的激光光强值求平均值后减去底光光强值，再导入如下回归方程式计算调节角度值：

y＝a ln(x)+b，θ＝a/2π

其中，y为平均光强值、x为检测的光强值，a为偏离系数，b为常数；θ为调节角度值。

在其他实施例中，调节激光扩束器上的调节旋钮对焦后，再重复若干次调试步骤进行校对。

一种实施例中提供一种实现上述的测序仪激光扩束器的调试方法的调试装置，包括：

若干个并排设置的激光功率传感器，激光功率传感器用于置于激光扩束器的光路上，并且若干个并排的激光功率传感器与光轴垂直设置，激光功率传感器用于获取激光照射并生成激光光强信号；

处理器，处理器与若干个激光功率传感器信号连接，用于收集激光功率传感器生成的激光光强信号，并计算出调节角度值；

显示器，显示器与处理器信号连接，用于显示调节角度值。

进一步地，调试装置还包括安装座，安装座上设有若干个等间距并排的安装槽，激光功率传感器安装在安装座的安装槽内。

进一步地，激光功率传感器具有8个，并且与测序仪激光扩束器的发射端之间的间距均为10cm。

进一步地，调试装置还包括驱动装置，驱动装置的输出端与激光扩束器上的调节旋钮连接，或者驱动装置的输出端与扩束器的移动镜片连接；驱动装置还与处理器连接，驱动装置用于驱动移动镜片移动。

一种实施例中提供了一种实现上述测序仪激光扩束器的调试方法的调试装置，包括光强值检测装置，光强值检测装置包括检测模块、处理模块和显示模块；

检测模块用于获取激光扩束器发射激光的同一个焦面上若干位置的激光光强信号；

处理模块用于根据激光光强信号计算出激光光强值；

显示模块用于显示激光光强值。

进一步地，检测模块具有若干个，若干个检测模块用于置于并排设置激光扩束器的光路上，并且若干个并排的检测模块与光轴垂直设置。

依据上述实施例的测序仪激光扩束器的调试方法及装置，由于在激光扩束器的光路上的设有若干个激光功率传感器，并且若干个并排的激光功率传感器与光轴垂直设置，从而若干个激光功率传感器可检测发射激光在同一焦面上的不同位置的光强大小，再通过处理器进行计算分析得到激光光强的均一性，并且计算出调节的角度值，调试人员可根据计算出的调节角度值对测序仪激光扩束器进行对焦调节，实现测序仪激光扩束器的均一性调试，本调试方法及装置借助设备完成，调试的精度高和效率高。

附图说明

图1为一种实施例中调试装置的结构框图；

图2为一种实施例中调试装置的结构示意图；

图3为一种实施例中测序仪激光扩束器的结构示意图；

图4为一种实施例中扩束器和调节装置的结构示意图；

图5为一种实施例中调试装置的结构框图；

图6为一种实施例中调试方法的流程图；

图7为一种实施例中第一次检测的回归线示意图；

图8为一种实施例中初始状态下固定镜片和移动镜片的位置关系图；

图9为一种实施例中第二次检测的回归线示意图；

图10为一种实施例中第一次调试后固定镜片和移动镜片的位置关系图；

图11为一种实施例中第二次调试后固定镜片和移动镜片的位置关系图；

图12为一种实施例中调试前激光均一性的图像；

图13为一种实施例中调试后激光均一性的图像。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例提供了一种测序仪激光扩束器的调试装置，本调试装置用于代替肉眼测量激光的均一性，并计算出需调节的角度值，实现精确、高效的调节。

如图1和图2所示，本实施例的调试装置主要包括激光功率传感器1、处理器2和显示器3。

激光功率传感器1具有若干个，本实施例中以8个为例进行说明。8个激光功率传感器1设置在测序仪激光扩束器4发射激光的光路上，8个激光功率传感器1等间距的排列在一条直线上，8个激光功率传感器1所在的直线与激光的光轴垂直，从而8个激光功率传感器1可同时检测激光同一个焦面上不同位置的光强大小。

本实施例中，8个激光功率传感器1与测序仪激光扩束器4的发射端之间的轴向间距为10cm，即8个激光功率传感器1所在直线与发射端之间的垂直距离为10cm。在其他实施例中，8个激光功率传感器1与测序仪激光扩束器4的发射端之间轴向间距可根据实际测量需求调整设置。

8个激光功率传感器1分别通过数据线与处理器2连接，8个激光功率传感器1接收到激光照射后将生成相应的8个激光光强信号，并将激光光强信号传送给处理器2。处理器2可根据该激光光强信号计算处理得到激光功率传感器1所在位置处激光焦面的光强均一性，并计算出调节角度值。

显示器3与处理器2信号连接，用于显示处理器2计算出的调节角度值，并呈现出激光焦面的光强均一性的图像，供调试者参考。在其他实施例中，显示器3和处理器2为一体式结构。

在其他实施例中，显示器3和处理器2为光度仪的一部分，将8个激光功率传感器1与现有技术中的光度仪连接，光度仪计算出各激光功率传感器1所检测的光强值并显示。

如图3所示，本实施例的测序仪激光扩束器4包括箱体41、激光器42和扩束器43和调节装置44，扩束器43包括固定镜片431个移动镜片432。

如图4所示，调节装置44包括导轨441、调节螺杆442、固定块443和移动块444。导轨441具有两个，平行设置。固定块443具有两个，分别固定安装在两个导轨441的两端，移动块444可移动的安装在两个导轨441的中间。调节螺杆442可旋转的安装在两个固定块443上，并穿设在移动块444上，移动块444上设有螺纹孔与调节螺杆442连接，从而调节螺杆442旋转可带动移动块444相对沿着导轨441移动，调节螺杆442的一端穿出固定块443，穿出的一端安装有旋钮442a，可通过旋钮442a驱动移动块444的移动。固定镜片431安装在一个固定块443上，移动镜片432安装在移动块44上，并且固定镜片431和移动镜片432的中心线对齐在一条直线上，从而旋钮442a可实现对焦调节。激光器42、扩束器43和部分调节装置44安装在箱体41内，箱体41设有发射端，激光器42发射的激光经过扩束器43扩束后从发射端射出，调节装置44的旋钮442a位于箱体41外侧，其他部分位于箱体41内，并且在箱体41外侧设有表盘，旋钮442a位于表盘上，旋钮442a上设有基准线，旋钮442a通过表盘上的刻度来实现旋转读数，以实现精确调试。当然，也可将刻度值设置在旋钮442上，在箱体41外侧设置基准线，同样可实现旋转角度值的读数。

调试者根据调试装置测量出的调试角度值旋转测序仪激光扩束器4上的旋钮442a，以实现对激光均一性的调试。

在本实施例中，为了更好的安装8个激光功率传感器1，本实施例的调试装置还包括安装座5，安装座5为条状结构，安装座5上设有并排等间距的8个安装槽，8个激光功率传感器1分别安装在安装座5上的8个安装槽内，并且8个安装槽的高度一致。

如图5所示，在其他实施例中，调试装置还包括驱动装置6，驱动装置6具有输出端，驱动装置6的输出端与测序仪激光扩束器4上的旋钮442a连接，例如驱动装置6为驱动电机，驱动装置6与处理器2信号连接，处理器2计算出了调节角度值后，控制驱动装置6驱动测序仪激光扩束器4上的旋钮442a旋转，实现全自动调试，调试精度和效率更高。驱动装置6具有输出端也可直接与移动镜432连接，直接驱动移动镜432的移动。

实施例二：

本实施例提供了一种测序仪激光扩束器的调试装置，本调试装置主要包括光强值检测装置，光强值检测装置为现有技术中的检测设备，例如光强值检测装置为光度仪。

光强值检测装置包括检测模块、处理模块和显示模块，处理模块分别与检测模块和显示模块信号连接。

检测模块为光学传感器，用于移动至激光扩束器发射激光的同一个焦面上若干位置，以获取激光同一焦面上不同位置的光照，生成相应的激光光强信号，并将激光光强信号传送给处理模块。

处理模块可根据检测模块生成的激光光强信号计算出激光光强值，并通过显示模块显示。

从而，调试人员可通过光强值检测装置检测出激光的同一个焦面上若干位置的激光光强值，再通过Excel、Matlab等软件的回归方程计算出扩束器的偏离系数，再计算出调节角度值。

在其他实施例中，光强值检测装置的检测模块具有若干个，例如具有8个检测模块，8个检测模块可一次性检测出同一个焦面上8个位置的激光光强信号，从而处理模块根据8个的激光光强信号计算出8个的激光光强值，提高了检测效率。

在其他实施例中，将回归方式的计算方法写入处理模块中，处理模块可根据8个的激光光强值计算出扩束器的偏离系数和调节角度值，并通过显示模块显示。

实施例三：

本实施例提供了一种测序仪激光扩束器的调试方法，本调试方法基于上述实施例一的调试装置实现。

如图6所示，本实施例的调试方法包括如下步骤：

S01：检测激光光强值；

测序仪激光扩束器4发射出扩束后的激光，激光分别照射在与光轴垂直排列的8个激光功率传感器1上。

8个激光功率传感器1分别获取激光的照射，生成相应的激光光强信号，并将光强信号传送给处理器2。

为了更精确的计算调节角度值，测序仪激光扩束器4照射多次，激光功率传感器1将生成多个激光光强信号，每一次照射将生成8个激光光强信号，多次照射将生成多组激光光强信号，每组激光光强信号包括8个激光光强信号。

进一步地，为了减小误差，在测序仪激光扩束器4照射多次之前，8个激光功率传感器1先进行底光照射并生成一组底光光强信号，底光照射为在无激光照射的情况下的自然光照射。当然，底光光强信号的生成也可在测序仪激光扩束器4照射完成后进行。

处理器2根据根据激光光强信号和底光光强信号，计算出激光光强值和底光光强值。

S02：计算调节角度值；

处理器2根据若干个激光光强信号计算出到扩束器的偏离系数，并且根据偏离系数计算出调节角度值。

处理器2根据如下回归方程式计算调节角度值：

y＝a ln(x)+b，θ＝a/2π

其中，y为平均光强值、x为检测的光强值，a为偏离系数，b为常数；θ为调节角度值。

具体的，将检测的激光光强信号转化为具体的光强值，将每个测量点的激光光强值求平均数，在检测了底光光强值的情况下，则每个测量点的激光光强值求平均数减去底光光强值，将每个测量点的平均光强值x取对数后得到回归方程y＝alnx+b，再通过如下方程式可计算出a和b。

本方法具有如下优点：缩小数据的绝对数值，方便计算；取对数后，可将乘法计算转换为加法计算；所得到的数据易消除异方差问题。

其中，当a为正值时，测序仪激光扩束器4上的旋钮442a按照顺时针进行旋转调节；当a为负值时，测序仪激光扩束器4上的旋钮442a按照逆时针进行旋转调节。

S03：对焦调节。

计算出调节角度值后，通过显示器显示，调试人员对测序仪激光扩束器4上的旋钮442a进行调试校正，完成对测序仪激光扩束器4中扩束器的校正。

在其他实施例中，将上述调试方法重复进行多次，可有效提高调试的精度，例如进行2次调试。

在其他实施例中，上述调试方法的最后调试角度，通过驱动装置6完成，自动化调试角度，精度更高，效率更高。

本实施例提供的测序仪激光扩束器的调试方法，通过设备检测测序仪激光扩束器的光强均一性，得出具体的调试角度值，代替人眼识别调试，精度和效率得到极大的改善，方便快捷，也避免了激光照射人眼的危害。

实施例四：

本实施例提供了一种测序仪激光扩束器的调试方法，本调试方法基于上述实施例二的调试装置实现。

如图6所示，本实施例的调试方法包括如下步骤：

S01：检测激光光强值；

光强值检测装置的检测模块置于至激光扩束器发射激光的同一个焦面上8个位置，该8个位置与上述实施例的位置相同，检测模块接收8个位置的光照，并生成8个激光光强信号，激光功率传感器照射三次，则生成三组激光光强信号，光强值检测装置的处理模块将计算出三组激光光强值并通过显示器显示。

同样的，光强值检测装置也可底光的光强值进行检测，将检测的一组底光光强值通过显示模块显示。

S02：计算调节角度值；

调试人员，将光强值检测装置检测的三组激光光强值和一组底光光强值导入到Excel或Matlab等软件中通过回归方程计算出偏离系数和调节角度值。具体计算方法和原理与上述实施例三中的相同。

S03：对焦调节。

计算出调节角度值后，调试人员对测序仪激光扩束器4上的旋钮442a进行调试校正，完成对测序仪激光扩束器4中扩束器的校正。

在其他实施例中，将上述调试方法重复进行多次，可有效提高调试的精度，例如进行2次调试。

实施例五：

本实施例通过上述调试装置和调试方法进行调试实验。

通过8个激光功率传感器1或光度仪的检测模块进行光照检测，先进行一次底光照射，再进行三次激光照射，激光功率传感器1或光度仪的检测模块将生成一组底光光强信号和三组激光光强信号，处理器2或光度仪的处理模块将一组底光光强信号和三组激光光强信号处理得到一组底光光强值和三组激光光强值，如下表所示：

表一：调整前光强值矩阵表

将上述8个测量点的多个数据分布求平均值后减去底光光强值，再取对数后，导入到y＝a ln(x)+b中，计算得出a和b。

如图7所示，处理器2计算得到校准方程式：y＝0.2606ln(x)+21.619，调节角度值θ＝0.2606/2π＝14.9°，该校准方程式为回归直线，如图7中虚线所示。

如图8所示，此时待调节的固定镜片431的焦点A和移动镜片432的焦点B之间存在一定正距离。

调试人员可检测的角度值手动顺时针调节测序仪激光扩束器4上的旋钮442a，完成第一次调试。

完成第一调试后，进行第二次调试，以减小调试误差。

同样的，通过8个激光功率传感器1或光度仪的检测模块进行光照检测，先进行一次底光照射，再进行三次激光照射，激光功率传感器1或光度仪的检测模块将生成一组底光光强信号和三组激光光强信号，处理器2或光度仪的处理模块将一组底光光强信号和三组激光光强信号处理得到一组底光光强值和三组激光光强值，如下表所示：

表二：调整前光强值矩阵表

将上述8个测量点的多个数据分布求平均值后减去底光光强值，再导入到y＝a ln(x)+b中，计算得出a和b。

如图9所示，处理器2计算得到校准方程式：y＝-0.013ln(x)+22.191，调节角度值θ＝-0.013/2π＝-0.745°，该校准方程式为回归直线，如图7中虚线所示。

如图10所示，第一调整后的固定镜片431的焦点A和移动镜片432的焦点B’之间存在一定负距离。

调试人员可检测的角度值手动逆时针调节测序仪激光扩束器4上的旋钮442a，完成第二次调试。

如图11所示，第二调整后的固定镜片431的焦点A和移动镜片432的焦点B”重合，完成了对扩束器的调试。

如图12所示，右侧的九宫格为左侧图中九个小方格的放大图，调试前，由左至右光强依次在降低，这样会导致右边的部分点太暗无法分辨出，而左边部分太亮也无法分辨出，导致测序精确度低。

如图13所示，右侧的九宫格为左侧图中九个小方格的放大图，调试后，由左至右光强很均一，各部分点图强弱均一，都能平稳的获得光强信号，使得测序精确度高。

本实施例中，经过上述两次调试后，已达到校准要求，无需继续进行校准。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种测序仪激光扩束器的调试方法，其特征在于，包括如下步骤：

检测激光扩束器发射激光的同一个焦面上若干位置的激光光强值；

根据若干个位置的激光光强值计算出扩束器的偏离系数，并计算出调节角度值；

根据计算出的调节角度值调节激光扩束器上的调节旋钮，进行对焦调试。

2.如权利要求1所述的测序仪激光扩束器的调试方法，其特征在于，所述激光扩束器发射若干个次激光进行检测，检测出若干个组激光光强值，在相同的位置检测出一组底光光强值，根据一组底光光强值和若干组激光光强值计算调节角度值。

3.如权利要求2所述的测序仪激光扩束器的调试方法，其特征在于，将每个位置点的激光光强值求平均值后减去底光光强值，再导入如下回归方程式计算调节角度值：

y＝a ln(x)+b，θ＝a/2π

其中，y为平均光强值、x为检测的光强值，a为偏离系数，b为常数；θ为调节角度值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的测序仪激光扩束器的调试方法，其特征在于，调节激光扩束器上的调节旋钮对焦后，再重复若干次调试步骤进行校对。

5.一种实现权利要求1至3中任一项所述的测序仪激光扩束器的调试方法的调试装置，其特征在于，包括：

若干个并排设置的激光功率传感器，所述激光功率传感器用于置于激光扩束器的光路上，并且若干个并排的激光功率传感器与光轴垂直设置，所述激光功率传感器用于获取激光照射并生成激光光强信号；

处理器，所述处理器与若干个所述激光功率传感器信号连接，用于收集所述激光功率传感器生成的激光光强信号，并计算出调节角度值；

显示器，所述显示器与所述处理器信号连接，用于显示调节角度值。

6.如权利要求5所述的测序仪激光扩束器的调试装置，其特征在于，还包括安装座，所述安装座上设有若干个等间距并排的安装槽，所述激光功率传感器安装在所述安装座的安装槽内。

7.如权利要求5所述的测序仪激光扩束器的调试装置，其特征在于，所述激光功率传感器具有8个，并且与测序仪激光扩束器的发射端之间的间距均为10cm。

8.如权利要求5所述的测序仪激光扩束器的调试装置，其特征在于，还包括驱动装置，所述驱动装置的输出端与激光扩束器上的调节旋钮连接，或者所述驱动装置的输出端与扩束器的移动镜片连接；所述驱动装置还与所述处理器连接，所述驱动装置用于驱动移动镜片移动。

9.一种实现权利要求1至3中任一项所述的测序仪激光扩束器的调试方法的调试装置，其特征在于，包括光强值检测装置，所述光强值检测装置包括检测模块、处理模块和显示模块；

所述检测模块用于获取激光扩束器发射激光的同一个焦面上若干位置的激光光强信号；

所述处理模块用于根据激光光强信号计算出激光光强值；

所述显示模块用于显示激光光强值。

10.如权利要求9所述的测序仪激光扩束器的调试装置，其特征在于，所述检测模块具有若干个，若干个所述检测模块用于置于并排设置激光扩束器的光路上，并且若干个并排的检测模块与光轴垂直设置。

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