CN112798566A - 一种高通量自动对焦分析装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显微分析装置领域，公开了一种高通量自动对焦分析装置、系统及方法，载物机构用于承载样品载板，样品载板上设有至少两个用于承载样品的承载位，载物机构带动样品载板沿至少一个方向平移，使得样品载板上的承载位依次位于观测位；显微成像机构依次获取位于观测位的承载位中的样品的显微成像；自动对焦机构与显微成像机构驱动连接，以在获取显微成像前基于三角激光测距法调整显微成像机构的物镜与观测位的样品的物距C，使物象清晰；光源机构向观测位的样品提供光源。本发明的高通量自动对焦分析装置能基于三角激光测距法实现自动对焦，且通过光源机构为观测位的样品提供光源，以时刻保持物象清晰，操作方便，工作效率高。

Description

一种高通量自动对焦分析装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及显微分析装置技术领域，尤其涉及一种高通量自动对焦分析装置、系统及方法。

背景技术

荧光显微分析装置在生物细胞分析领域有着普遍应用。现有的荧光显微分析装置不断向智能化、自动化、集成化、高效化的方向发展。

荧光显微分析装置的基本原理为：由荧光光源发出的各种谱线的光线；经激发滤光片后只让某一种波长的紫外光线通过；经反光镜后，激发样品产生荧光。通常，激发产生的荧光波长比激发样品的光的波长大得多，是可见光。这样产生的荧光和透过样品的一部分目标荧光激发光，经物镜成像后，人眼或者相机即可用目镜观察荧光图像。但是现在的荧光显微分析装置依然存在较多问题，主要体现在：1、需要工作人员手动对焦；2、需要工作人员手动调整荧光光源，进而获取特定波长的目标荧光激发光激发待测的样品发光；3、当对多个待测的样品进行观察分析时，需要工作人员自行手动更换放置待测的样品于观测位；4、每观测一个样品都需要工作人员重新手动完成对焦；5、当样品差异较大时，需要工作人员重新调整放大倍数、重新对焦，重新调整荧光光源，操作十分复杂，每个步骤都需要工作人员重复操作。因此，工作效率低下，使用灵活性差，自动化水平低，操作费时费力。

因此，亟需提供一种高通量自动对焦分析装置、系统及方法，该装置及系统能够实现高效自动对焦，具有自动化水平高、操作简单方便及工作效率高的优点，基于该装置的方法能够实现高效自动对焦显微分析。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种高通量自动对焦分析装置，其能够实现高效自动对焦，具有自动化水平高、操作简单方便及工作效率高的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高通量自动对焦分析装置，包括：

载物机构，用于承载样品载板，所述样品载板上设置有至少两个承载位，所述承载位用于承载样品，所述载物机构还用于带动所述样品载板沿至少一个方向平移，使得所述样品载板上的承载位依次位于观测位；

显微成像机构，被配置为依次获取位于观测位的所述承载位中的样品的显微成像；

自动对焦机构，与所述显微成像机构驱动连接，所述自动对焦机构被配置为在获取所述显微成像前基于三角激光测距法调整所述显微成像机构的物镜与观测位的样品的物距C，以使物象清晰；

光源机构，被配置为向所述观测位的样品提供光源。

可选地，所述自动对焦机构包括：

激光反射镜，其固定于所述物镜与观测位的样品之间；

三角激光测距仪，被配置为向所述激光反射镜的反射表面发射入射角为δ的入射光线α，且所述入射光线α经反射产生第一反射光线β，所述第一反射光线β照射于所述样品的表面后产生返回光线γ，所述返回光线γ通过所述反射表面反射产生第二反射光线θ，且还被配置为接收第二反射光线θ，并生成激光图像，以及基于所述激光图像根据几何三角定理计算获得测量距离A；

对焦位移组件，所述物镜设置于所述对焦位移组件的输出端，所述对焦位移组件被配置为调整所述物距C，使所述物距C等于目标物距C₀；

其中，以所述入射光线α的发射点和所述第二反射光线θ的接收点的连线L为底边，以所述入射光线α与所述第二反射光线θ延长线的相交角为顶角所构成的三角形的所述底边的高与所述测量距离A相等。

可选地，所述对焦位移组件还被配置为将参考承载位上的样品的物距C调整为所述物距C₀后，基于参考承载位对应的测量距离A和其余承载位对应的测量距离A调整其余承载位上样品的物距C为目标物距C₀。

可选地，所述激光反射镜为半透半反镜，所述第一反射光线β和所述返回光线γ相对于样品的法线与所述物镜的轴线同轴。

可选地，所述光源机构包括：

荧光组件，包括荧光光源和至少两个滤光立方体，所述荧光光源能够可选择地通过任一所述滤光立方体向观测位的样品提供目标荧光激发光。

可选地，所述对焦位移组件还被配置为基于所述目标荧光激发光和/或所述滤光立方体对所述物距C进行偏差修正。

可选地，所述光源机构还包括：

滤光自动切换组件，与所述至少两个滤光立方体驱动连接，所述滤光自动切换组件被配置为使得所述至少两个滤光立方体中的一个配合所述荧光光源向观测位的样品提供目标荧光激发光。

可选地，所述滤光自动切换组件包括：

滤光载板，其上设置有至少两个滤光立方体固定位，各所述滤光立方体一对一的固定于各所述滤光立方体固定位上；

载板位移组件，所述滤光载板设置于所述载板位移组件的输出端，所述载板位移组件被配置为驱动所述滤光载板移动，以使所述至少两个滤光立方体中的一个移动至对接位，并配合所述荧光光源向观测位的样品提供目标荧光激发光。

可选地，所述光源机构包括：

明场光源，设置于所述载物机构的上方，所述明场光源被配置为向观测位的样品提供明场光。

可选地，所述载物机构包括：

样品载台，用于承载所述样品载板；

平移组件，被配置为承载所述样品载台，且所述平移组件能自动平移所述样品载台，以使所述至少两个承载位上的样品择一输送至所述观测位。

可选地，所述平移组件包括：

架体；

第一位移驱动部件，设置于所述架体上；

第二位移驱动部件，设置于所述第一位移驱动部件的输出端，所述第一位移驱动部件被配置为驱动所述第二位移驱动部件沿第一方向移动，所述样品载台固定于所述第二位移驱动部件的输出端，所述第二位移驱动部件被配置为驱动所述样品载台沿第二方向移动，所述第一方向垂直于所述第二方向。

可选地，所述物镜的数量为至少两个，所述显微成像机构还包括：

物镜切换组件，各所述物镜分别固定于所述物镜切换组件的输出端，所述物镜切换组件被配置为可选择地驱动至少两个所述物镜中的一个所述物镜正对观测位的样品。

可选地，所述显微成像机构还包括：

管镜，同轴设置于所述物镜远离所述观测位的一侧；

相机，设置于所述管镜的远离所述物镜的一侧，以用于获取显微成像。

本发明的另一个目的在于提出一种自动对焦分析系统，其能够实现高效自动对焦，具有自动化水平高、操作简单方便及工作效率高的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高通量自动对焦分析系统，包括如上所述的高通量自动对焦分析装置，还包括总控机构，所述总控机构包括：

存储模块，被配置为存储用于分析样品的显微分析执行策略；

执行模块，被配置为能够根据所述显微分析执行策略，控制平移组件，以使多个承载位上的样品按照预设顺序依次输送至观测位；且

控制滤光自动切换组件，以使至少两个滤光立方体中的一个配合荧光光源向观测位的样品提供目标荧光激发光；且

控制自动对焦机构，以调整物距C为目标物距C₀，使显微成像机构获取显微成像。

本发明的再一个目的在于提出一种自动对焦分析方法，其能够实现高效自动对焦，工作效率高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高通量自动对焦分析方法，基于如上所述的高通量自动对焦分析装置，包括以下步骤：

确定载物机构上的待分析的承载位，并将待分析的承载位上承载的样品输送至观测位；

通过光源机构向观测位的样品提供光源；

基于三角激光测距调整物镜与观测位的样品的物距C，以使物象清晰；

通过显微成像机构摄取观测位的样品的显微成像。

可选地，基于三角激光测距法调整物镜与观测位的样品的物距C时，通过三角激光测距仪向激光反射镜发射入射光线α，入射光线α经激光反射镜反射后照射在观测位的样品上，并获得测量距离A。

可选地，光源机构提供的光源为荧光光源，通过光源机构向观测位的样品提供光源包括以下步骤：

从至少两个滤光立方体中确定一个滤光立方体，荧光光源通过滤光立方体过滤后向观测位的样品提供目标荧光激发光。

可选地，根据所述滤光立方体和/或所述目标荧光激发光对所述物距C进行偏差修正。

本发明的有益效果：

相比现有的显微分析装置，本发明的高通量自动对焦分析装置的载物机构使得样品载板上的承载位依次位于观测位，自动对焦机构与显微成像机构驱动连接，自动对焦机构能基于三角激光测距法检测并调整显微成像机构的物镜与观测位的样品的物距，保证物象清晰，且其能通过光源机构为观测位的样品提供光源，以辅助至少两个样品的分析，其优点在于能实现自动对焦分析，时刻保持物象清晰，具有操作方便，工作效率高的优点。

附图说明

图1是本发明提供的高通量自动对焦分析装置的结构立体示意图；

图2是本发明提供的高通量自动对焦分析装置的侧视示意图之一；

图3是本发明提供的高通量自动对焦分析装置的侧视示意图之二；

图4是本发明提供的高通量自动对焦分析装置的自动对焦机构对样品测距时的示意图；

图5是本发明提供的自动对焦机构的三角激光测距示意图之一；

图6是本发明提供的自动对焦机构的三角激光测距示意图之二；

图7是本发明提供的总控机构与其它机构的电路关系示意图；

图8是本发明提供的高通量自动对焦分析装置透过透明载片照射到待测物的表面上时物距的关系示意图；

图9是本发明提供的其它实施例中高通量自动对焦分析装置直接照射到待测物的表面上时物距的关系示意图。

图中：

M、第一方向；N、第二方向；O、法线；

100、样品载板；

1、载物机构；11、样品载台；12、平移组件；121、架体；1211、顶部平板；122、第一位移驱动部件；123、第二位移驱动部件；124、中部承载板；125、明场光源载板；

2、显微成像机构；21、物镜；22、物镜切换组件；23、管镜；24、相机；

3、自动对焦机构；31、激光反射镜；32、三角激光测距仪；321、激光发射部件；322、激光接收部件；3221、激光成像面；3222、接收透镜；33、对焦位移组件；

4、荧光组件；41、荧光光源；42、滤光立方体；

5、滤光自动切换组件；51、滤光载板；52、载板位移组件；

6、明场光源；

7、总控机构；71、存储模块；72、执行模块。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-4所示，本实施例提供了一种高通量自动对焦分析装置，同时还提出了包括该高通量自动对焦分析装置的自动对焦分析系统以及基于该高通量自动对焦分析装置的自动对焦分析方法，其具有自动化水平高、灵活性高、操作简单方便及工作效率高的优点，能够实现高效自动对焦，图中M表示第一方向，N表示第二方向。

如图1-4所示，高通量自动对焦分析装置包括载物机构1、显微成像机构2、自动对焦机构3和光源机构。其中，载物机构1用于承载样品载板100，样品载板100上设置有至少两个承载位，承载位用于承载样品(图中未标示)；具体而言，承载位可以为用于定位放置样品(图中未示出)的定位容纳凹槽(图中未标示)，样品载板100能够保持水平地固定放置在载物机构1中。载物机构1还用于带动样品载板100沿至少一个方向平移，使得样品载板100上的承载位依次位于观测位。显微成像机构2被配置为依次获取位于观测位的承载位中的样品的显微成像；自动对焦机构3与显微成像机构2驱动连接，自动对焦机构3被配置为在获取上述显微成像前基于三角激光测距法调整显微成像机构2的物镜21与观测位的样品的物距C，并调整物距C，以使物象清晰；光源机构被配置为向观测位的样品提供光源。具体而言，光源机构包括荧光组件4和滤光自动切换组件5，荧光组件4包括荧光光源41和至少两个滤光立方体42，荧光光源41能够可选择地通过任一滤光立方体42向观测位的样品提供目标荧光激发光，以使观测位的样品荧光；滤光自动切换组件5与至少两个滤光立方体42驱动连接，滤光自动切换组件5被配置为使得至少两个滤光立方体42中的一个配合荧光光源41向观测位的样品提供目标荧光激发光。

相比现有的显微分析装置，本实施例的高通量自动对焦分析装置的自动对焦机构3与显微成像机构2驱动连接，自动对焦机构3能基于三角激光测距法调整显微成像机构2的物镜21与观测位的样品的物距C，以使物象清晰，检测精度高，耗时短；且其能通过光源机构为观测位的样品提供光源，以辅助样品分析；具体而言，滤光自动切换组件5与至少两个滤光立方体42驱动连接，滤光自动切换组件5能使得至少两个滤光立方体42中的一个配合荧光组件4的荧光光源41向观测位的样品提供目标荧光激发光，进而激发带有荧光物的样品荧光，可以进行灵活的荧光显微分析。其优点在于能实现自动对焦分析，时刻保持物象清晰，具有操作方便，工作效率高的优点，而且能实现滤光切换的自动化，可以根据样品需求自动调整滤光立方体42，提供需要的目标荧光激发光，灵活性高、操作方便。

由于实际分析时需要对大量的样品进行分析，为了进一步地提高工作效率，提升自动化水平。如图1-3所示，本实施例中，载物机构1包括样品载台11和平移组件12。样品载台11用于承载样品载板100，样品载板100上开设有多个承载位，进而可以在样品载台11上放置多个样品；平移组件12被配置为承载样品载台11，且平移组件12能自动平移样品载台11，以使多个样品择一输送至观测位，进而通过平移组件12实现将多个样品分别自动输送到观测位，以辅助完成多个样品的显微分析，无需人工调整，大大提高了工作效率。

具体而言，如图1-4所示，本实施例中，平移组件12包括架体121、第一位移驱动部件122和第二位移驱动部件123。第一位移驱动部件122设置于架体121上；第二位移驱动部件123设置于第一位移驱动部件122的输出端，第一位移驱动部件122被配置为驱动第二位移驱动部件123沿第一方向水平移动，样品载台11固定于第二位移驱动部件123的输出端上，第二位移驱动部件123被配置为驱动样品载台11沿第二方向水平移动，第一方向垂直于第二方向，图中M表示第一方向，N表示第二方向。更具体而言，本实施例中，架体121包括顶部平板1211和固定于顶部平板1211两侧的支柱(图中未标示)。顶部平板1211中部镂空，进而避免影响显微分析；第一位移驱动部件122包括滚珠丝杠螺母传动机构(图中未示出)和第一水平底板(图中未示出)，第一水平底板通过滑轨滑块导向组件(图中未示出)与顶部平板1211连接的设置在顶部平板1211上，第一水平底板能沿第一方向往复滑动，滚珠丝杠螺母传动机构设置在顶部平板1211上，且与第一水平底板驱动连接，以驱动第一水平底板沿第一方向往复滑动；同理，第二位移驱动部件123包括第二水平底板(图中未标示)，同时也有一组对应的滚珠丝杠螺母传动机构，第二水平底板通过另一组滑轨滑块导向组件设置于第一水平底板上，对应的滚珠丝杠螺母传动机构用于驱动第二水平底板沿第二方向往复滑动，滚珠丝杠螺母传动机构工作精度高，能够实现位移的精确控制，进而能够保证样品能够准确的停靠在观测位。需要说明的是，第二位移驱动部件123和第一位移驱动部件122的位移行程分别通过现有的光栅尺进行检测，进而能够达到位移的精确检测和控制。

进一步地，如图1-3所示，为了实现滤光立方体42的自动切换，具体而言，滤光自动切换组件5包括滤光载板51和载板位移组件52。滤光载板51上设置有至少两个滤光立方体固定位，各滤光立方体42一对一的固定于各滤光立方体固定位上；滤光载板51设置于载板位移组件52的输出端，载板位移组件52被配置为驱动滤光载板51移动，以使至少两个滤光立方体42中的一个移动至对接位，并配合荧光光源41向观测位的样品提供目标荧光激发光。具体而言，如图1-3所示，在架体121的两个支柱之间的中间部位，固定设置有中部承载板124，载板位移组件52固定在中部承载板124上，滤光载板51通过滑轨滑块连接在中部承载板124上，载板位移组件52包括载板位移伺服电机(图中未示出)，载板位移伺服电机的输出端与滤光载板51传动连接，进而驱动滤光载板51移动，实现对滤光立方体42的自动切换。更具体地，滤光载板51上可以开设四个滤光立方体固定位，每个滤光立方体固定位上分别设置一个滤光立方体42，四个滤光立方体42可以分别提供绿光、蓝光、紫光和红光，进而满足不同的荧光使用需求，大大提高其通用性，且结构简单成本低。需要说明的是，由于滤光立方体42的结构为现有技术，故不再对其进行赘述。

进一步地，如图1-3所示，本实施例中，光源机构除了包括荧光光源41之外，还包括明场光源6。明场光源6设置于载物机构1的上方，明场光源6被配置为向观测位的样品提供明场光。本实施例中，显微成像机构2、自动对焦机构3、荧光组件4以及滤光自动切换组件5均位于载物机构1的下方，样品载台11的承载位上穿设有通光观察孔，显微成像机构2能够通过通光观察孔显微观察观测位的样品。具体而言，如图1-4所示，在载物机构1的上方间隔悬空有明场光源载板125，明场光源载板125的四个边角位置分别通过连接柱连接到中部承载板124上，进而保证了明场光源载板125的悬空，明场光源载板125和中部承载板124形成了容纳避让空间，载物机构1能够在容纳避让空间自由移动，以实现样品的切换，整个高通量自动对焦分析装置的结构紧凑，设计合理。此外，需要说明的是，第二位移驱动部件123的第二水平底板和第一位移驱动部件122的第一水平底板均进行了镂空设置，进而能够保证显微成像机构2能够穿过停靠于观测位的样品载台11上开设的通光观察孔，来显微观察对应的样品。

由于荧光显微分析对于对焦的精度要求高，且在大批量的样品分析中也需要压缩对焦时间来提高工作效率，因此低精度的激光测距方式无法适用于实际的对焦工作。如图4-6所示，本实施例中，自动对焦机构3采用三角激光测距原理实现辅助测距对焦，自动对焦机构3包括激光反射镜31、三角激光测距仪32、对焦位移组件33和控制模块(图中未示出)。激光反射镜31固定设置于物镜21与观测位的样品之间。具体而言，激光反射镜31通过固定支架(图中未示出)固定在顶部平板1211的下表面上，三角激光测距仪32也固定在顶部平板1211的下表面上，激光反射镜31和三角激光测距仪32的位置都不会移动。三角激光测距仪32被配置为向激光反射镜31发射激光，以检测并计算获得测量距离A。具体的，本实施例中，三角激光测距仪32被配置为向激光反射镜31的反射表面发射入射角为δ的入射光线α，入射光线α的波长为655nm，入射光线α经反射产生第一反射光线β，第一反射光线β照射于样品的表面后产生返回光线γ；返回光线γ通过激光反射镜31的反射表面反射产生第二反射光线θ。三角激光测距仪32还被配置为接收第二反射光线θ，并生成激光图像、以及基于激光图像根据几何三角定理计算获得测量距离A，以用于根据测量距离A和距离换算公式，获得激光反射镜31沿物镜21的轴向到样品的第一间距C₁。

其中，以入射光线α的发射点和第二反射光线θ的接收点的连线L为底边，以入射光线α与第二反射光线θ延长线的相交角为顶角所构成的三角形的底边的高与测量距离A相等。

具体而言，如图4-6所示，本实施例中，第一反射光线β和返回光线γ相对于样品的法线与物镜21的轴线同轴，即激光反射镜31正对位于物镜21与观测位之间。而为了尽量减少对物镜21的观测的影响，激光反射镜31为半透半反镜，激光反射镜31的厚度为650nm。此外，激光反射镜31与水平面呈45度倾斜设置，入射光线α位于水平面内向激光反射镜31发射入射光线α。物镜21沿自身轴向与激光反射镜31的第二间距C₂为已知(物镜21位于一已知位置时，第二间距C₂便为已知常数。在另一些实施例中，还包括一位置测量装置用于测量第二间距C₂)，C₂用于计算获得物距C(具体的物距C的计算公式、方法将在下文详述)。而在完成物距C测量的基础上，便可以驱动物镜21移动。如图4-6所示，自动对焦机构3还包括对焦位移组件33。物镜21设置于对焦位移组件33的输出端，对焦位移组件33被配置为调整物镜21沿轴线方向与观测位的样品的物距C，使物距C等于目标物距C₀。而控制模块则与三角激光测距仪32及对焦位移组件33电连接，控制模块被配置为能够获得目标物距C₀、第一间距C₁和第二间距C₂，并计算获得样品与物镜21的物距C，以控制对焦位移组件33移动，使物距C等于目标物距C₀，实现自动检测物距C、自动进行对焦。在一些实施例中，对于不同承载位上的样品，都可以采取上述方式确定样品与物镜21的物距C并控制对焦位移组件33移动，使物距C等于目标物距C₀。在另一些实施例中，为了降低计算量，可以先确定一参考承载位，测量得到其对应的测量距离(记为A_ref)，确定参考承载位上的样品与物镜21的物距C并控制对焦位移组件33移动，使物距C等于目标物距C₀。随后，在对其余承载位上的样品进行对焦时，只需测量得到测量距离(记为A₁)，A₁减去A_ref得到的差值则为物距的变化量。差值大于零则控制模块控制对焦位移组件33驱动物镜21靠近样品并移动相应的变化量，即可实现对焦，而当差值小于零则控制模块控制对焦位移组件33驱动物镜21远离样品并移动相应的变化量，即可实现对焦。

具体而言，如图4-6所示，对于测量距离A的具体计算原理，三角激光测距仪32包括激光发射部件321和激光接收部件322，激光发射部件321的发射点、激光接收部件322的接收点以及样品在激光反射镜31中的镜面对称成像点连接构成三角形；激光发射部件321的发射点与激光接收部件322的接收点的间距为B，B为已知常数，激光发射部件321的发射点与激光接收部件322的接收点的连线L与入射光线α的夹角为ε，ε为已知常数，连线L与第二反射光线θ的夹角为ζ。

更具体地，如图4-6所示，本实施例中，激光接收部件322包括激光成像面3221和接收透镜3222，接收透镜3222用于接收第二反射光线θ并将第二反射光线θ投射于激光成像面3221，激光成像面3221与连线L平行，进而根据三角形相似原理，可知ζ与第二反射光线θ投射于激光成像面3221形成的夹角角度相等，因此便可得到ζ的计算公式，ζ＝arcsin(X/(X²+Y²)^1/2)；

X表示接收点与激光成像面3221的间距；

Y表示过接收点且垂直于激光成像面3221的垂线与第二反射光线θ在激光成像面3221上生成的成激光图像之间的间距。

由此可知，由于激光发射部件321的发射点与激光接收部件322的接收点的连线L与入射光线α的夹角ε为已知固定常数，B也为常数，同时在计算得到ζ的情况下，进而最终根据几何三角的边角关系(已知两角一边)便可得出测量距离A。

具体而言，当以入射光线α的发射点和第二反射光线θ的接收点的连线L为底边，以入射光线α与第二反射光线θ延长线的相交角为顶角所构成的三角形为等腰三角形时，测量距离A的公式为：

A＝B/2*X/Y；

另外，根据几何三角定理，如前文所述，在计算获得第二反射光线θ与激光成像面3221的夹角ζ，且已知入射光线α的发射点与第二反射光线θ的接收点的连线L与入射光线α的夹角ε，以及连线L的长度B的情况下，即已知一边两角时，根据几何三角定理也可以求出测量距离A，进而并不一定必须使用本实施例的A＝B/2*X/Y进行计算，由于该计算过程为常规计算，故不再进行赘述。至此，便获得了测量距离A。

需要说明的是，本发明的样品载板100优选为透明载片，透明载片包含上表面和下表面，待测的样品置于透明载片的上表面上。三角激光测距仪32可以得到对应于上表面的测量距离A_u和对应于下表面的测量距离A_l。可使用A_u或A_l作为前文所述测量距离A。结合图4-6可知，距离换算公式为：

A＝D+C₁；

其中，D表示以入射光线α的发射点、第二反射光线θ的接收点的连线L为底边，以入射光线α与第二反射光线θ延长线的相交角为顶角，所构成的三角形的底边的高与激光反射镜31相交的交点到前述的底边的距离，D为已知常数。

因此，在获得A且已知D的前提下，便可以计算得到C₁。

进一步地，如图4-6和图8所示，本实施例中，优选地，对应于下表面的测量距离A_l作为前文所述测量距离A，为了对焦更精确，使用透明载片的厚度C₃对物距进行修正(在另一些实施例中，可以不用透明载片的厚度C₃对物距进行修正)。因此，本实施例中，物距C＝C₁+C₂+C₃；其中，C₃为透明载片的已知厚度，第二距离C₂已知(物镜21位于一已知位置时。在另一些实施例中，第二间距C₂可测量得到，例如根据光栅尺标定物镜21与激光反射镜31的初始距离，然后根据光栅尺测得的物镜21的移动量来实时得出第二间距C₂)，因此便可以得到物距C。

而当C₃未知时，由于激光反射镜31并没有改变三角激光测距仪32的几何三角测距定理，因此依然可以通过三角激光测距仪32测量并计算获得C₃，故不再对其进行赘述。

此外，可以想到的，而在其它实施例中，对应于上表面的测量距离A_u作为前文所述测量距离A，如图9所示，可以不用考虑透明载片的厚度问题，进而物距C＝C₁+C₂。

最终，便可以根据几何三角关系辅助计算得到物距C。

综上所述，在物镜21、激光反射镜31、激光发射部件321和激光接收部件322的位置、透明载片的厚度C₃不做变动的情况下，物距C的变化即为C₁和C₂的变化。因此，通过获取C₁、C₂和C₃，可以便捷的获得物距C的变化量，进而辅助实现物距C调整，以用于对焦。其优点在于，本实施例通过增设激光反射镜31，使得入射光线α经激光反射镜31反射照射到样品的表面，并使得返回光线γ经激光反射镜31反射而被激光接收部件322捕捉，其实现了对激光光路的弯折改变，使得激光发射部件321和激光接收部件322的位置布置更加灵活。根据镜面成像原理可知，其虽然使得激光光路弯折改变，但是不影响测量距离测量，依然可以通过几何三角定理进行测距，其测试精度高，测试精度可以达到微米级别，耗时短，能够适用于在狭小空间中的测距，其具有广泛的应用前景，进而有利于高精度自动对焦在大批量的样品荧光显微分析中的应用。

而对于对焦位移组件33的具体结构。具体而言，如图1-4所示，对焦位移组件33包括对焦电机、竖直滑轨滑块、滑轨滑块支撑板、转接板(图中均未示出)，滑轨滑块支撑板竖直的固定在中部承载板124上，转接板通过竖直滑轨滑块与滑轨滑块支撑板滑动连接，进而能够沿竖直方向移动，对焦电机固定在滑轨滑块支撑板上，且对焦电机的输出端与转接板连接，物镜21则设置在转接板上，进而通过对焦电机驱动转接板带动物镜21沿竖直方向做对焦直线移动。可以想到的是，在其它实施例中，对焦位移组件33也可以是其它的直线位移装置。

同时，为了精确获得对焦直线移动的距离，以获得第二间距C₂。本实施例中，自位置测量装置为对焦移动光栅尺(图中未示出)，对焦移动光栅尺为现有的光栅尺，进而可以计算出物镜21沿竖直方向的位移量。具体的，可以想到的是，在设定物镜21和激光反射镜31的初始值的基础上，便可以根据物镜21相较于设定初始值的物镜21的初始位置的位移差，进而计算获得第二间距C₂，具体不再赘述。

更进一步地，由于实际分析时会用到不同倍数的物镜21，手工更换效率低，难度大，使用十分不便。如图2所示，本实施例中，物镜21的数量为至少两个。具体的，共有三个，分别为四倍、十倍、二十倍物镜。除了物镜21之外，显微成像机构2还包括物镜切换组件22，同时还包括管镜23和相机24。各物镜21分别固定于物镜切换组件22的输出端，物镜切换组件22被配置为可选择地驱动至少两个物镜21中的一个物镜21正对观测位的样品；管镜23同轴设置于物镜21远离观测位的样品的一侧；相机24设置于管镜23远离物镜21的一侧，以用于获取显微成像。显微成像机构2通过物镜切换组件22实现对物镜21的电动调整切换，操作方便简单，省时省力。具体而言，物镜切换组件22固定连接在对焦位移组件33的输出端上，物镜切换组件22包括物镜切换电机、连接底板、物镜载板、物镜切换滑轨滑块(图中均未示出)，对焦位移组件33的输出端通过物镜切换滑轨滑块与连接底板连接，物镜切换电机固定于连接底板上且物镜切换电机的输出端与物镜载板连接，物镜载板上开设有三个物镜固定孔位(图中均未示出)，三个物镜21分别对应固定安装在各物镜固定孔位上，进而在物镜切换电机的驱动下，物镜载板做水平运动，实现不同物镜21的切换。

进一步地，物镜切换组件22还包括物镜切换光栅尺，物镜切换光栅尺为现有的光栅尺，可以用于对物镜载板的移动距离和实际位置实现精确测量和监控，具体不再赘述。

进一步地，在大量的样品分析中，一般会形成特定的显微分析执行策略来集中处理同一批类型的样品。当多种类型的样品需要采用不同的显微分析执行策略来进行分析时，则需要一步一步另行调整高通量自动对焦分析装置的物镜21、载物机构1、显微成像机构2、自动对焦机构3以及滤光自动切换组件5的相关设置或者参数，操作繁琐不便。因此，为了能够进一步解决该问题。

如图7所示，本实施例中还提供了包括本实施例的高通量自动对焦分析装置的自动对焦分析系统，自动对焦分析系统还包括总控机构7，总控机构7主要包括存储模块71和执行模块72。总控机构7与载物机构1、显微成像机构2、自动对焦机构3、荧光组件4、滤光自动切换组件5及明场光源6电连接。存储模块71被配置为存储显微分析执行策略。执行模块72被配置为能够根据显微分析执行策略，控制平移组件12使各承载位上的样品按照预设顺序依次输送至观测位；同时，控制滤光自动切换组件5，使至少两个滤光立方体42中的一个配合荧光光源41向观测位的样品提供目标荧光激发光；同时，当会用到不同倍数的物镜21时，控制物镜切换组件22运动，以使多个物镜21中的一个物镜21正对观测位；同时，接收自动对焦机构3检测的物距信号，控制自动对焦机构3调整物距C为目标物距C₀，以使显微成像机构2获取显微成像。

由于总控机构7具有用于存储显微分析执行策略的存储模块71，进而工作人员能够通过执行模块72，调用存储模块71内存储的各种显微分析执行策略，并根据显微分析执行策略快速自动调整物镜21、载物机构1、显微成像机构2、自动对焦机构3以及滤光自动切换组件5的相关设置或者参数。具体而言，显微分析执行策略可以为一个、两个或者多个，工作人员可以通过执行模块72可选择地调取使用其中一个显微分析执行策略，来实现快速调整，无需工作人员一步一步的反复重复控制设置，故大大提高了高通量自动对焦分析装置的工作效率，通过总控机构7实现了对高通量自动对焦分析装置的各个机构部件的高效、灵活协同控制，具有广泛的应用前景。

可以想到的是，执行模块72除了执行存储模块71的显微分析执行策略，也可以退出执行显微分析执行策略，而使得工作人员能够进行单独电动控制各个机构的工作状态，具体不再赘述。

此外，基于本实施例的高通量自动对焦分析装置，本实施例的高通量自动对焦分析方法包括以下步骤：

确定载物机构1上的待分析的承载位，并将待分析的承载位上承载的样品输送至观测位；

通过光源机构向观测位的样品提供光源；

基于三角激光测距调整物镜21与观测位的样品的物距C，并通过自动对焦机构3调整物距C，以使物象清晰；

通过显微成像机构2摄取观测位的样品的显微成像。

进一步地，基于三角激光测距法调整物镜21与观测位的样品的物距C时，本实施例的自动对焦分析方法通过三角激光测距仪32向激光反射镜31发射入射光线α，入射光线α经激光反射镜31反射后照射在观测位的样品上，并获得测量距离A，具体计算过程如前文所述，故不再进行赘述，其基于三角激光测试原理，最终计算获得物距C，测量精度高，耗时短。

进一步地，如前文所述，光源机构提供的光源为荧光光源41，在通过光源机构向观测位的样品提供光源的步骤中具体包括以下步骤：

从至少两个滤光立方体42中确定一个滤光立方体42，荧光光源41通过滤光立方体42过滤后向观测位的样品提供目标荧光激发光，以便进行荧光分析。

此外，由于荧光光源41发出的荧光光线可能会对三角激光测距仪32发出的激光光线产生干扰(不同荧光波长产生的干扰不同)，滤光立方体42本身的特性(如不同滤光立方体42镜片的材质、厚度等)也可能会影响获得的测量距离A。

进一步地，当获得第一间距C₁时，根据滤光立方体42和/或目标荧光激发光对物距C进行偏差修正。具体的，修正试验方法为通过打开和关闭荧光光源41的方式，多次试验获得两种情况下测得的测量距离A，进而通过对比得出偏差值，以进一步对所述物距C进行偏差修正。具体试验步骤不再进行赘述。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (18)

1.一种高通量自动对焦分析装置，其特征在于，包括：

载物机构(1)，用于承载样品载板(100)，所述样品载板(100)上设置有至少两个承载位，所述承载位用于承载样品，所述载物机构(1)还用于带动所述样品载板(100)沿至少一个方向平移，使得所述样品载板(100)上的承载位依次位于观测位；

显微成像机构(2)，被配置为依次获取位于观测位的所述承载位中的样品的显微成像；

自动对焦机构(3)，与所述显微成像机构(2)驱动连接，所述自动对焦机构(3)被配置为在获取所述显微成像前基于三角激光测距法调整所述显微成像机构(2)的物镜(21)与观测位的样品的物距C，以使物象清晰；

光源机构，被配置为向所述观测位的样品提供光源。

2.如权利要求1所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述自动对焦机构(3)包括：

激光反射镜(31)，其固定于所述物镜(21)与观测位的样品之间；

三角激光测距仪(32)，被配置为向所述激光反射镜(31)的反射表面发射入射角为δ的入射光线α，且所述入射光线α经反射产生第一反射光线β，所述第一反射光线β照射于所述样品的表面后产生返回光线γ，所述返回光线γ通过所述反射表面反射产生第二反射光线θ，且还被配置为接收第二反射光线θ，并生成激光图像，以及基于所述激光图像根据几何三角定理计算获得测量距离A；

对焦位移组件(33)，所述物镜(21)设置于所述对焦位移组件(33)的输出端，所述对焦位移组件(33)被配置为调整所述物距C，使所述物距C等于目标物距C₀；

其中，以所述入射光线α的发射点和所述第二反射光线θ的接收点的连线L为底边，以所述入射光线α与所述第二反射光线θ延长线的相交角为顶角所构成的三角形的所述底边的高与所述测量距离A相等。

3.如权利要求2所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述对焦位移组件(33)还被配置为将参考承载位上的样品的物距C调整为所述物距C₀后，基于参考承载位对应的测量距离A和其余承载位对应的测量距离A调整其余承载位上样品的物距C为目标物距C₀。

4.如权利要求2所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述激光反射镜(31)为半透半反镜，所述第一反射光线β和所述返回光线γ相对于样品的法线与所述物镜(21)的轴线同轴。

5.如权利要求2所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述光源机构包括：

荧光组件(4)，包括荧光光源(41)和至少两个滤光立方体(42)，所述荧光光源(41)能够可选择地通过任一所述滤光立方体(42)向观测位的样品提供目标荧光激发光。

6.如权利要求5所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述对焦位移组件(33)还被配置为基于所述目标荧光激发光和/或所述滤光立方体(42)对所述物距C进行偏差修正。

7.如权利要求5所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述光源机构还包括：

滤光自动切换组件(5)，与所述至少两个滤光立方体(42)驱动连接，所述滤光自动切换组件(5)被配置为使得所述至少两个滤光立方体(42)中的一个配合所述荧光光源(41)向观测位的样品提供目标荧光激发光。

8.如权利要求7所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述滤光自动切换组件(5)包括：

滤光载板(51)，其上设置有至少两个滤光立方体固定位，各所述滤光立方体(42)一对一的固定于各所述滤光立方体固定位上；

载板位移组件(52)，所述滤光载板(51)设置于所述载板位移组件(52)的输出端，所述载板位移组件(52)被配置为驱动所述滤光载板(51)移动，以使所述至少两个滤光立方体(42)中的一个移动至对接位，并配合所述荧光光源(41)向观测位的样品提供目标荧光激发光。

9.如权利要求1所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述光源机构包括：

明场光源(6)，设置于所述载物机构(1)的上方，所述明场光源(6)被配置为向观测位的样品提供明场光。

10.如权利要求1所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述载物机构(1)包括：

样品载台(11)，用于承载所述样品载板(100)；

平移组件(12)，被配置为承载所述样品载台(11)，且所述平移组件(12)能自动平移所述样品载台(11)，以使所述至少两个承载位上的样品择一输送至所述观测位。

11.如权利要求10所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述平移组件(12)包括：

架体(121)；

第一位移驱动部件(122)，设置于所述架体(121)上；

第二位移驱动部件(123)，设置于所述第一位移驱动部件(122)的输出端，所述第一位移驱动部件(122)被配置为驱动所述第二位移驱动部件(123)沿第一方向移动，所述样品载台(11)固定于所述第二位移驱动部件(123)的输出端，所述第二位移驱动部件(123)被配置为驱动所述样品载台(11)沿第二方向移动，所述第一方向垂直于所述第二方向。

12.如权利要求1所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述物镜(21)的数量为至少两个，所述显微成像机构(2)还包括：

物镜切换组件(22)，各所述物镜(21)分别固定于所述物镜切换组件(22)的输出端，所述物镜切换组件(22)被配置为可选择地驱动至少两个所述物镜(21)中的一个所述物镜(21)正对观测位的样品。

13.如权利要求1所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，所述显微成像机构(2)还包括：

管镜(23)，同轴设置于所述物镜(21)远离所述观测位的一侧；

相机(24)，设置于所述管镜(23)的远离所述物镜(21)的一侧，以用于获取显微成像。

14.一种高通量自动对焦分析系统，包括如权利要求1-13中任一项所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，还包括总控机构(7)，所述总控机构(7)包括：

存储模块(71)，被配置为存储用于分析样品的显微分析执行策略；

执行模块(72)，被配置为能够根据所述显微分析执行策略，控制平移组件(12)，以使多个承载位上的样品按照预设顺序依次输送至观测位；且

控制滤光自动切换组件(5)，以使至少两个滤光立方体(42)中的一个配合荧光光源(41)向观测位的样品提供目标荧光激发光；且

控制自动对焦机构(3)，以调整物距C为目标物距C₀，使显微成像机构(2)获取显微成像。

15.一种高通量自动对焦分析方法，基于如权利要求1-14中任一项所述的高通量自动对焦分析装置，其特征在于，包括以下步骤：

确定载物机构(1)上的待分析的承载位，并将待分析的承载位上承载的样品输送至观测位；

通过光源机构向观测位的样品提供光源；

基于三角激光测距调整物镜(21)与观测位的样品的物距C，以使物象清晰；

通过显微成像机构(2)摄取观测位的样品的显微成像。

16.如权利要求15所述的自动对焦分析方法，其特征在于，基于三角激光测距法调整物镜(21)与观测位的样品的物距C时，通过三角激光测距仪(32)向激光反射镜(31)发射入射光线α，入射光线α经激光反射镜(31)反射后照射在观测位的样品上，并获得测量距离A。

17.如权利要求16所述的自动对焦分析方法，其特征在于，光源机构提供的光源为荧光光源(41)，通过光源机构向观测位的样品提供光源包括以下步骤：

从至少两个滤光立方体(42)中确定一个滤光立方体(42)，荧光光源(41)通过滤光立方体(42)过滤后向观测位的样品提供目标荧光激发光。

18.如权利要求17所述的自动对焦分析方法，其特征在于，根据所述滤光立方体(42)和/或所述目标荧光激发光对所述物距C进行偏差修正。

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