CN115452784A - 自动对焦系统、基因测序系统及自动对焦方法 - Google Patents

自动对焦系统、基因测序系统及自动对焦方法 Download PDF

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CN115452784A CN202211004633.0A CN202211004633A CN115452784A CN 115452784 A CN115452784 A CN 115452784A CN 202211004633 A CN202211004633 A CN 202211004633A CN 115452784 A CN115452784 A CN 115452784A
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Abstract

本发明公开了一种自动对焦系统、基因测序系统及自动对焦方法，包括：光源模块，用于生成第一光源信号、第二光源信号；物镜，用于将第一光源信号、第二光源信号会聚在生物芯片；其中，待测表面用于对第一光源信号、第二光源信号进行反射，以形成第一反射光信号和第二反射光信号；探测模块，用于接收第一反射光信号、第二反射光信号，并根据第一反射光信号、第二反射光信号生成第一目标电信号和第二目标电信号；控制模块，用于根据第一目标电信号、第二目标电信号得到目标距离；调节模块，用于根据目标距离调节物镜与待测表面的原始距离，以使物镜将第一光源信号、第二光源信号会聚在待测表面上。本发明的自动对焦装置能够实现自动对焦。

Description

自动对焦系统、基因测序系统及自动对焦方法
技术领域
本发明涉及光学聚焦技术领域，尤其涉及一种自动对焦系统、基因测序系统及自动对焦方法。
背景技术
目前，物镜能够对生物芯片的待测表面发射的光信号进行收集，并传输给相机进行成像，根据成像结果对生物芯片中待测样本进行检测。然而，由于在显微成像的技术领域中，物镜具有分辨率高、景深小的特点，因此，当物镜与生物芯片的相对距离发生微米级的变化时，即有可能发生离焦，从而导致相机的成像模糊。
例如，在实际应用中，为了对生物芯片的不同区域进行成像，需要控制生物芯片进行移动，以使物镜收集不同区域发射的光信号。然而，由于生物芯片待测表面的不同区域具有微米级的高度差，当物镜的高度保持不变时，随着生物芯片的移动，物镜与生物芯片的相对距离发生变化，从而导致发生离焦，使得相机在扫描过程中的成像效果不佳。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种自动对焦系统、基因测序系统及自动对焦方法，能够实现物镜的自动对焦，并使成像结果保持最佳状态。
第一方面，本申请提供了一种自动对焦装置，包括：光源模块，所述光源模块用于生成第一光源信号、第二光源信号；物镜，所述物镜用于将所述第一光源信号、所述第二光源信号会聚在生物芯片上；其中，所述生物芯片的待测表面用于对经过会聚的所述第一光源信号进行反射，以形成第一反射光信号，所述待测表面还用于对经过会聚的所述第二光源信号进行反射，以形成第二反射光信号；所述物镜还用于收集所述第一反射光信号、所述第二反射光信号；探测模块，所述探测模块用于接收所述第一反射光信号、所述第二反射光信号，并根据所述第一反射光信号生成第一目标电信号，根据所述第二反射光信号生成第二目标电信号；控制模块，所述控制模块与所述探测模块连接，所述控制模块用于根据所述第一目标电信号、所述第二目标电信号得到目标距离；调节模块，所述调节模块分别与所述控制模块、所述物镜连接，所述调节模块用于根据所述目标距离调节所述物镜与所述待测表面的原始距离，以使所述物镜将所述第一光源信号、所述第二光源信号会聚在所述待测表面上。
在一些实施例中，所述光源模块包括：第一光源，所述第一光源用于发射准直的所述第一光源信号；第二光源，所述第二光源用于发射准直的所述第二光源信号；其中，所述第一光源信号和所述第二光源信号的频率不同。
在一些实施例中，所述光源模块还包括：第一二向色镜，所述第一二向色镜用于对所述第一光源信号、所述第二光源信号进行合束，以生成合束信号；扩束器，所述扩束器沿所述合束信号的光轴设置于所述第一二向色镜的后方，所述扩束器用于对所述合束信号进行扩束操作；所述生物芯片的待测表面还用于对经过扩束的合束信号进行反射，以生成反射合束信号。
在一些实施例中，所述探测模块包括：第二二向色镜，所述第二二向色镜用于对经过所述物镜收集的所述反射合束信号进行分束操作，以获得所述第一反射光信号、所述第二反射光信号；第一汇聚镜，所述第一汇聚镜沿所述第一反射光信号的光轴放置于所述第二二向色镜的后方，所述第一汇聚镜用于根据所述第一反射光信号生成第一聚焦信号；第一针孔，所述第一针孔沿所述第一反射光信号的光轴设置于所述第一汇聚镜的后方，用于对所述第一聚焦信号进行空间滤波；第一探测器，所述第一探测器用于接收经过空间滤波的所述第一聚焦信号，并生成第一目标电信号；第二汇聚镜，所述第二汇聚镜沿所述第二反射光信号的光轴放置于所述第二二向色镜的后方，所述第二汇聚镜用于根据所述第二反射光信号生成第二聚焦信号；第二针孔，所述第二针孔沿所述第二反射光信号的光轴设置于所述第二透镜的后方，所述第二孔针用于对所述第二聚焦信号进行空间滤波；第二探测器，所述第二探测器用于接收经过空间滤波的所述第二聚焦信号，并生成第二目标电信号。
在一些实施例中，所述自动对焦装置还包括：分光镜，所述分光镜沿所述合束信号的光轴设置于所述扩束器的后方；第三二向色镜，所述第三二向色镜沿合束信号的光轴设置于所述分光镜的后方。
第二方面，本申请还提供了一种基因测序系统，包括：如上述任一项实施例所述的自动对焦装置；照明模块，所述照明模块用于生成激光信号；其中，所述物镜沿所述激光信号的光轴设置于所述照明模块的后方；生物芯片，所述生物芯片的待测表面用于承载生物样本；其中，所述生物样本用于根据所述激光信号产生荧光信号，所述生物芯片可以包括多个待测表面；成像模块，所述成像模块用于根据所述荧光信号生成图像信号；位移台，所述位移台用于控制所述生物芯片移动。
第三方面，本申请还提供了一种自动对焦方法，应用于上述任一项实施例所述的自动对焦装置，所述方法包括：获取所述第一反射光信号的第一目标电信号，以及所述第二反射光信号的第二目标电信号；根据所述第一目标电信号和所述第二目标电信号得到目标强度比值信号；根据所述强度比值信号得到目标距离；根据所述目标距离调节所述物镜与所述待测表面的原始距离。
在一些实施例中，在所述获取所述第一反射光信号的第一目标电信号之前，所述方法还包括：根据N个预设距离调节所述物镜与所述生物芯片的原始距离；其中，N为正整数；获取每一个预设距离对应的第一标准电信号、第二标准电信号，根据所述第一标准电信号、所述第二标准电信号得到标准强度比值信号；根据N个所述标准强度比值信号构建强度比值曲线；对所述强度比值曲线进行拟合处理，得到拟合方程。
在一些实施例中，所述根据所述强度比值信号得到目标距离，包括：根据所述目标强度比值信号、所述拟合方程得到所述目标距离。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例自动对焦装置的一结构示意图；
图2为本发明实施例生物芯片的一结构示意图；
图3为本发明实施例自动对焦装置的一光强变化曲线图；
图4为本发明实施例自动对焦装置的一比值曲线图；
图5为本发明实施例自动对焦装置的一强度比值曲线图；
图6为本发明实施例自动对焦装置的另一强度比值曲线图；
图7为本发明实施例自动对焦装置的又一强度比值曲线图；
图8为本发明实施例光源模块的一结构示意图；
图9为本发明实施例探测模块的一结构示意图；
图10为本发明实施例照明模块的一结构示意图；
图11为本发明实施例成像模块的一结构示意图；
图12为本发明实施例自动对焦方法的一流程示意图；
图13为本发明实施例自动对焦方法的另一流程示意图。
附图标记：自动对焦装置100、光源模块110、物镜120、探测模块130、控制模块140、调节模块150、第一光源111、第二光源112、第一二向色镜113、扩束器114、第二二向色镜131、第一针孔132、第一探测器133、第二针孔134、第二探测器135、第一汇聚镜136、第二汇聚镜137、分光镜160、第三二向色镜170、基因测序系统200、照明模块210、生物芯片220、成像模块230、第四二向色镜240、位移台300。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
需要说明的是，为了使得基因测序系统能够对生物芯片的不同位置进行成像检测，可以通过位移台移动生物芯片的位置，在生物芯片移动的过程中，基因测序系统的相机(成像模块)对生物芯片的不同位置进行成像，从而实现对整个生物芯片的扫描与成像。在实际应用中，生物芯片待测表面的不同位置具有微米级的高度差，因此，当位移台移动生物芯片的位置时，基因测序系统的物镜与待测表面的相对距离会发生微米级的变化。由于显微成像系统具有分辨率高、景深小的特点，因此，在上述生物芯片的移动过程中，物镜的位置保持不变，待测表面与物镜的相对距离发生微米级的变化，即有可能发生离焦，从而导致基因测序系统的成像模糊。
在一些应用场景中，通过自动对焦技术可以调节物镜与待测表面的相对距离，使得待测表面保持在物镜的焦面上，从而使得扫描过程中的成像结果保持最佳状态，最佳状态表征此时基因测序系统获得的成像结果最清晰。具体的，相关技术中，生物芯片的待测表面与物镜的相对距离发生变化，即发生离焦时，待测表面反射光斑的最强点在CCD或CMOS上成像的像素位置也会发生变化，因此，通过探测待测表面反射光斑的位置信号能够判断出此时物镜与待测表面的离焦距离。申请人在实践中发现，在基因测序的过程中，基因测序系统的相机需要拍摄数万至十万张图像，同时需要对焦数万至数十万次。然而，上述相关技术中，CCD或者CMOS作为多点探测器，当采集多个像素的位置信息时需要进行较大的运算量，响应时间较长，因此容易导致追焦(对焦)过程中，物镜调节的延迟较高，从而降低了追焦响应的速度。
此外，在一些应用场景中，生物芯片为具有流道的多表面芯片(例如，具有盖玻片的生物芯片)。由于生物芯片不同表面对于光的反射率存在差异，盖玻片上表面的反射率比流道中待测表面的反射率强十倍以上，因此，当显微成像系统需要对流道的待测表面进行检测时，相机探测到待测表面的反射光斑会淹没在盖玻片上表面的反射光斑中，无法实现对待测表面的追焦以及成像检测。
为此，本申请提供了一种自动对焦装置，能够实时检测、调节物镜与待测表面的相对距离，使得待测表面保持在物镜的焦面处，从而实现物镜的自动对焦，并使成像结果保持最佳状态。
请参阅图1，第一方面，本申请提供了一种自动对焦装置100，包括：光源模块110，光源模块110用于生成第一光源信号、第二光源信号；物镜120，物镜120用于将第一光源信号、第二光源信号会聚在生物芯片220上；其中，生物芯片220的待测表面用于对经过会聚的第一光源信号进行反射，以形成第一反射光信号，待测表面还用于对经过会聚的第二光源信号进行反射，以形成第二反射光信号；物镜120还用于收集第一反射光信号、第二反射光信号；探测模块130，探测模块130用于接收第一反射光信号、第二反射光信号，并根据第一反射光信号生成第一目标电信号，根据第二反射光信号生成第二目标电信号；控制模块140，控制模块140与探测模块130连接，控制模块140用于根据第一目标电信号、第二目标电信号得到目标距离；调节模块150，调节模块150分别与控制模块140、物镜120连接，调节模块150用于根据目标距离调节物镜120与待测表面的原始距离，以使物镜120将第一光源信号、第二光源信号会聚在待测表面上。
可以理解的是，本发明实施例中自动对焦装置100包括光源模块110、探测模块130、物镜120、调节模块150和控制模块140。其中，光源模块110用于发射第一光源信号和第二光源信号，沿第一光源信号或第二光源信号的出射方向依次排布有物镜120、生物芯片220。生物芯片220的待测表面对第一光源信号进行反射，以生成第一反射光信号，并对第二光源信号进行反射，以生成第二反射光信号。第一反射光信号和第二反射光信号被物镜120收集后传输给探测模块130。探测模块130与控制模块140连接，调节模块150分别与控制模块140、物镜120连接。
可以理解的是，根据色散原理，不同波长的光信号通过物镜120后光焦点的位置不相同，因此，通过探测不同波长的光信号的光焦点位置，能够判断出此时物镜120的焦面位置，从而调节物镜120与待测表面的原始距离，使得待测表面位于物镜120的焦面处。为此，本发明实施例自动对焦装置100设置了光源模块110，由上述内容可知，光源模块110用于生成第一光源信号和第二光源信号，其中，第一光源信号和第二光源信号的频率(波长)不同。第一光源信号和第二光源信号经过分光镜160反射，以及第三二向色镜170反射后传输至物镜120，物镜120收集第一光源信号、第二光源信号并会聚到生物芯片220上。此时，生物芯片220的待测表面对入射的第一光源信号进行反射，以形成第一反射光信号，并对第二光源信号进行反射，以形成第二反射光信号。其中，第一反射光信号的频率与第一光源信号相同，第二反射光信号的频率与第二光源信号相同。第一反射光信号和第二反射光信号经过物镜120收集，并且经过第三二向色镜170反射，以及分光镜160透射后传输给探测模块130。探测模块130接收第一反射光信号和第二反射光信号，生成第一目标电信号和第二目标电信号。其中，第一目标电信号表征第一反射光信号的光强，第二目标电信号表征第二反射光信号的光强。由上述内容可知，不同频率的光信号经过物镜120聚焦后光焦点的位置不同，即第一反射光信号和第二反射光信号经过物镜120收集后光焦点的位置不同。因此，探测模块130接收到第一反射光信号的光强和第二反射光信号的光强随物镜120与生物芯片220之间的距离的不同而产生变化，自动对焦装置100通过第一反射光信号的光强和第二反射光信号光强能够判断出此时离焦的距离。
本发明实施例以具有多个待测表面的生物芯片220为例进行说明，具体的，如图2所示，生物芯片220的盖玻片厚度为170um，流道的厚度为80um。其中，多个待测表面分别为盖玻片上表面、流道上表面和流道下表面。当检测试剂注入至生物芯片220的流道中时，生物样本能够依附在流道上表面和流道下表面。可以理解的是，基因测序系统200能够对流道上表面的生物样本进行成像检测，当流道上表面位于物镜120的焦平面上时，经过物镜120收集的光信号成像效果最佳，当流道上表面离焦时，成像结果模糊。为此，本发明实施例的自动对焦装置100能够通过探测流道上表面反射的第一反射光信号、第二反射光信号的光强，以判断此时物镜120的离焦距离，从而调节物镜120与流道上表面之间的原始距离，以使流道上表面处于物镜120的焦平面上。其次，还可以对流道下表面的生物样本进行成像，具体成像方法与对流道上表面的生物样本进行成像的方法类同，本申请实施例不再赘述。
具体的，第一光源信号和第二光源信号经过物镜120收集照射在流道上表面上，并反射形成第一反射光信号和第二反射光信号。探测模块130接收第一反射光信号和第二反射光信号，并根据第一反射光信号的光强生成第一目标电信号，根据第二反射光信号的光强生成第二目标电信号。探测模块130将第一目标电信号和第二目标电信号传输给控制模块140，控制模块140根据第一目标电信号和第二目标电信号建立如图3所示的光强变化曲线图。具体的，如图3所示，横坐标为物镜120与生物芯片220待测表面(流道上表面)的离焦距离(目标距离)，纵坐标为第一反射光信号和第二反射光信号的光强，即第一探测电信和第二目标电信号的数值。其中，图3的实线为第一反射光信号的光强变化曲线，图3的虚线为第二反射光信号的光强变化曲线。此外，图3中分别有三组近似高斯分布的光强变化曲线区间，其中横坐标表征生物芯片220三个待测表面的位置，即盖玻片上表面、流道上表面以及流道下表面。高斯分布的光强变化曲线表征在上述三个待测表面附近的光强变化。其中，第一反射光信号光强变化曲线的峰值和第二反射光信号光强变化曲线的峰值分别分布于三个待测表面的焦平面两侧，且峰值之间的距离大于8um。可以理解的是，一个焦平面对应的两个峰值之间的范围即为自动对焦装置100的实际工作区间。此外，控制模块140还用于根据上述图3的光强变化曲线图生成如图4所示的比值曲线图。具体的，控制模块140将图3相同离焦距离下两条光强变化曲线图对应的数值相除得到多个强度比值信号，即可获得图4所示的比值曲线图。进一步的，控制模块140还用于将图4的比值曲线的特定区间进行取值，从而得到如图5、图6、图7所示单调变化的强度比值曲线图。其中，图5表征将流道下表面作为检测的待测表面时，物镜120离焦距离与强度比值信号的变化关系。图6表征将流道上表面作为检测的待测表面时，物镜120离焦距离与强度比值信号的变化关系。图7表征将盖玻片上表面作为检测的待测表面时，物镜120离焦距离与强度比值信号的变化关系。
具体的，控制模块140通过对图5中的经过取值获得的数据点进行拟合，能够得到图5中的拟合曲线，其曲线方程为y＝-57.934-1.407*ln(x+0.174)，其中，x为强度比值，根据该曲线方程能够求解出此时流道下表面与物镜120的离焦距离y。此外，可以通过使用
Figure BDA0003808579810000081
来评价该曲线方程的拟合优度。具体的，图5中拟合曲线的R2＝0.9994，说明该曲线的拟合程度较高。
具体的，控制模块140通过对图6中经过取值获得的数据点进行拟合，能够得到图6中的拟合曲线，其曲线方程为y＝3.279-1.71*ln(x+0.547)，其中，x为强度比值，根据该曲线方程能够求解出此时流道下表面与物镜120的离焦距离y。此外，可以通过使用
Figure BDA0003808579810000082
Figure BDA0003808579810000083
来评价该曲线方程的拟合优度。具体的，图6中拟合曲线的R2＝0.9996，说明该曲线的拟合程度较高。
具体的，控制模块140通过对图7中经过取值获得的数据点进行拟合，能够得到图7中的拟合曲线，其曲线方程为y＝112.382-1.624*ln(x+0.266)，其中，x为强度比值，根据该曲线方程能够求解出此时流道下表面与物镜120的离焦距离y。此外，可以通过使用
Figure BDA0003808579810000084
Figure BDA0003808579810000085
来评价该曲线方程的拟合优度。具体的，图7中拟合曲线的R2＝0.9986，说明该曲线的拟合程度较高。
可以理解的是，由上述内容可知，控制模块140通过构建上述曲线方程，从而能够建立强度比值信号与离焦距离的关系。在实际应用中，探测模块130根据第一反射光信号和第二反射光信号生成相应的第一目标电信号和第二目标电信号，并传输给控制模块140，控制模块140根据第一目标电信号和第二目标电信号生成相应的强度比值信号，并根据该强度比值信号和曲线方程确定相应的目标距离。控制模块140还用于将目标距离发送给调节模块150，调节模块150根据目标距离调节物镜120与待测表面的原始距离，以使待测表面位于物镜120的焦平面处，此时，第一光源信号、第二光源信号能够会聚在待测表面上。
本实施例中自动对焦装置100通过光源模块110生成第一光源信号和第二光源信号，第一光源信号和第二光源信号经过物镜120收集后照射在待测表面上，待测表面进行反射以生成第一反射光信号和第二反射光信号。探测模块130根据第一反射光信号和第二反射光信号生成相应的第一目标电信号和第二目标电信号并传输给控制模块140，控制模块140能够根据第一目标电信号和第二目标电信号生成相应的目标距离。调节模块150根据目标距离调节物镜120与待测表面的原始距离，以使待测表面位于物镜120的焦平面处，即第一光源信号和第二光源信号能够会聚在待测表面上。本实施例自动对焦装置100能够实时检测、调节物镜120与待测表面的原始距离，使得待测表面保持在物镜120的焦面处，从而实现物镜120的自动对焦，并使成像结果保持最佳状态。
请参阅图8，在一些实施例中，光源模块110包括：第一光源111，第一光源111用于发射准直的第一光源信号；第二光源112，第二光源112用于发射准直的第二光源信号；其中，第一光源信号和第二光源信号的频率不同。
可以理解的是，由上述内容可知，第一光源信号和第二光源信号的频率不同，因此本发明实施例中自动对焦装置100设置了相应的第一光源111和第二光源112，从而产生不同频率的两种光源信号。在实际应用中，基因测序系统200使用一定波段的激光信号对生物样本进行激发，以产生相应的荧光信号，为了避免对荧光信号产生影响，自动对焦装置100中第一光源111和第二光源112可以设置为与激光信号、荧光信号的波段不同的光信号。具体的，在本发明实施例中，第一光源111发射第一光源信号的波长可以为405nm，第二光源112发射第二光源信号的波长可以为980nm。此外，第一光源111和第二光源112中还设置了相应的准直器，准直器用于对第一光源信号或第二光源信号进行准直，以使得第一光源信号、第二光源信号出射时为准直光束。
请再次参阅图8，在一些实施例中，光源模块110还包括：第一二向色镜113，第一二向色镜113用于对第一光源信号、第二光源信号进行合束，以生成合束信号；扩束器114，扩束器114沿合束信号的光轴设置于第一二向色镜113的后方，扩束器114用于对合束信号进行扩束操作；生物芯片220的待测表面还用于对经过扩束的合束信号进行反射，以生成反射合束信号。
可以理解的是，在一些应用场景中，光源模块110能够将第一光源信号和第二光源信号整合为指向性相同的光束并出射。为此，本发明实施例中光源模块110设置了相应的第一二向色镜113，第一二向色镜113用于透射或反射第一光源信号，并用于反射或透射第二光源信号，以使第一光源信号、第二光源信号整合为合束信号。
可以理解的是，为了使得合束信号能够充满物镜120，本发明实施例中自动对焦装置100设置了相应的扩束器114，扩束器114能够对合束信号进行扩束，以使得物镜120的景深更小，自动对焦装置100的灵敏度更高。扩束后的合束信号照射在生物芯片220的待测表面上，经过待测表面反射生成相应的反射合束信号。探测模块130能够接收反射合束信号并根据上述技术内容生成相应的目标距离，调节模块150根据目标距离调节物镜120与待测表面的原始距离。
请参阅图9，在一些实施例中，探测模块130包括：第二二向色镜131，第二二向色镜131用于对经过物镜120收集的反射合束信号进行分束操作，以获得第一反射光信号、第二反射光信号；第一汇聚镜136，第一汇聚镜136沿第一反射光信号的光轴放置于第二二向色镜131的后方，第一汇聚镜136用于根据第一反射光信号生成第一聚焦信号；第一针孔132，第一针孔132沿第一反射光信号的光轴设置于第一汇聚镜136的后方，用于对第一聚焦信号进行空间滤波；第一探测器133，第一探测器133用于接收经过空间滤波的第一聚焦信号，并生成第一目标电信号；第二汇聚镜137，第二汇聚镜137沿第二反射光信号的光轴放置于第二二向色镜131的后方，第二汇聚镜137用于根据第二反射光信号生成第二聚焦信号；第二针孔134，第二针孔134沿第二反射光信号的光轴设置于第二透镜的后方，第二孔针用于对第二聚焦信号进行空间滤波；第二探测器135，第二探测器135用于接收经过空间滤波的第二聚焦信号，并生成第二目标电信号。
可以理解的是，反射合束信号被第三二向色镜170反射后，透过分光镜160入射至探测模块130。本发明实施例中探测模块130设置了相应的第二二向色镜131，第二二向色镜131能够对反射合束信号进行分束，以获得第一反射光信号和第二反射光信号。具体的，第一反射光信号经过第一汇聚镜136得到第一聚焦信号，该第一聚焦信号经过第一针孔132并进行空间滤波后被第一探测器133接收，第一探测器133根据第一聚焦信号的光强生成第一目标电信号。第二反射光信号经过第二汇聚镜137得到第二聚焦信号，该第二聚焦信号经过第二针孔134并进行空间滤波后被第二探测器135接收，第二探测器135根据第二聚焦信号的光强生成第二目标电信号。控制模块140根据第一目标电信号和第二目标电信号生成相应的目标距离，调节模块150根据目标距离调节物镜120与待测表面的原始距离。
请再次参阅图1，在一些实施例中，自动对焦装置100还包括：分光镜160，分光镜160沿合束信号的光轴设置于扩束器的后方；第三二向色镜170，第三二向色镜170沿合束信号的光轴设置于分光镜160的后方。
可以理解的是，第三二向色镜170用于反射第一光源信号、第二光源信号以及合束信号，以使其发射至物镜120进行会聚。第三二向色镜170还用于反射第一反射光信号、第二反射光信号和反射合束信号至分光镜160。其中，分光镜160为半反半透镜，当第一反射光信号、第二反射光信号以及反射合束信号入射时，分光镜160的反射与透射强度为1:1，透射的光信号被传输给探测模块130进行收集。
请参阅图9至图11，第二方面，本申请还提供了一种基因测序系统200，包括：如上述任一项实施例的自动对焦装置100；照明模块210，照明模块210用于生成激光信号；其中，物镜120沿激光信号的光轴设置于照明模块210的后方；生物芯片220，生物芯片220的待测表面用于承载生物样本，生物样本用于根据激光信号产生荧光信号；其中，生物芯片220可以包括多个待测表面；成像模块230，成像模块230用于根据荧光信号生成图像信号；位移台300，位移台300用于控制生物芯片220移动。
可以理解的是，基因测序系统200用于对生物样本中的DNA进行测序。具体的，照明模块210用于生成激光信号，其中，激光信号的波长可以为单波长、双波长或者波段。激光信号用于经过第四二向色镜240透射、并被物镜120会聚后照射至待测表面，以激发待测表面的生物样本产生相应的荧光信号。为了获得较好的激发效果，本发明实施例中照明模块210可以设置相应的光束整形单元、匀化单元、滤波单元等。
可以理解的是，为了对生物样本中的DNA进行测序，基因测序系统200还设置了相应的成像模块230。具体的，荧光信号被物镜120收集，并透过第三二向色镜170后，被第四二向色镜240反射至成像模块230，成像模块230中可以设置相应的滤色镜、聚焦透镜及相机，从而提取出所需波段的荧光信号进行成像，并生成相应的图像信号。
可见，上述自动对焦装置实施例中的内容均适用于本基因测序系统的实施例中，本基因测序系统实施例所具体实现的功能与上述自动对焦装置实施例相同，并且达到的有益效果与上述自动对焦装置所达到的有益效果也相同。
请参阅图12，第三方面，本申请还提供了一种自动对焦方法，应用于上述任一项实施例的自动对焦装置，方法包括：
步骤S101、获取第一聚焦信号的第一目标电信号，以及第二聚焦信号的第二目标电信号；
步骤S102、根据第一目标电信号和第二目标电信号得到目标强度比值信号；
步骤S103、根据强度比值信号得到目标距离；
步骤S104、根据目标距离调节物镜与待测表面的原始距离。
可以理解的是，由上述内容可知，通过获取第一目标电信号和第二目标电信号的目标强度比值信号，并且根据拟合的曲线方程，能够判断出此时物镜与待测表面的离焦距离，从而确定目标距离，根据目标距离调节物镜与待测表面的原始距离，从而使得待测表面始终处于物镜的焦平面上。
请参阅图13，在一些实施例中，在步骤S101之前，自动对焦方法还包括：
步骤S201、根据N个预设距离调节物镜与生物芯片的距离；
步骤S202、获取每一个预设距离对应的第一标准电信号、第二标准电信号，根据第一标准电信号、第二标准电信号得到标准强度比值信号；
步骤S203、根据N个标准强度比值信号构建强度比值曲线；
步骤S204、对强度比值曲线进行拟合处理，得到拟合方程。
请参阅图13，在一些实施例中，步骤S103包括子步骤：
根据目标强度比值信号、拟合方程得到目标距离。
可以理解的是，由上述内容可知，自动对焦装置能够先根据多个预设距离，构建出相应的强度比值曲线，并通过对强度比值曲线进行拟合处理得到拟合方程。在实际应用中，当物镜与待测表面存在离焦距离时，自动对焦装置根据第一目标电信号和第二目标电信号获取强度比值信号，并根据拟合方程计算出此时的目标距离，即离焦距离，从而能够使得调节模块根据目标距离调节物镜与待测表面的原始距离，最终实现自动对焦。
由此可见，上述自动对焦装置实施例中的内容均适用于本自动对焦方法的实施例中，本自动对焦方法实施例所具体实现的功能与上述自动对焦装置实施例相同，并且达到的有益效果与上述自动对焦装置所达到的有益效果也相同。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (9)

1.自动对焦装置，其特征在于，包括：
光源模块，所述光源模块用于生成第一光源信号、第二光源信号；
物镜，所述物镜用于将所述第一光源信号、所述第二光源信号会聚在生物芯片上；其中，所述生物芯片的待测表面用于对经过会聚的所述第一光源信号进行反射，以形成第一反射光信号，所述待测表面还用于对经过会聚的所述第二光源信号进行反射，以形成第二反射光信号；所述物镜还用于收集所述第一反射光信号、所述第二反射光信号；
探测模块，所述探测模块用于接收所述第一反射光信号、所述第二反射光信号，并根据所述第一反射光信号生成第一目标电信号，根据所述第二反射光信号生成第二目标电信号；
控制模块，所述控制模块与所述探测模块连接，所述控制模块用于根据所述第一目标电信号、所述第二目标电信号得到目标距离；
调节模块，所述调节模块分别与所述控制模块、所述物镜连接，所述调节模块用于根据所述目标距离调节所述物镜与所述待测表面的原始距离，以使所述物镜将所述第一光源信号、所述第二光源信号会聚在所述待测表面上。
2.根据权利要求1所述的自动对焦装置，其特征在于，所述光源模块包括：
第一光源，所述第一光源用于发射准直的所述第一光源信号；
第二光源，所述第二光源用于发射准直的所述第二光源信号；其中，所述第一光源信号和所述第二光源信号的频率不同。
3.根据权利要求2所述的自动对焦装置，其特征在于，所述光源模块还包括：
第一二向色镜，所述第一二向色镜用于对所述第一光源信号、所述第二光源信号进行合束，以生成合束信号；
扩束器，所述扩束器沿所述合束信号的光轴设置于所述第一二向色镜的后方，所述扩束器用于对所述合束信号进行扩束操作；所述生物芯片的待测表面还用于对经过扩束的合束信号进行反射，以生成反射合束信号。
4.根据权利要求3所述的自动对焦装置，其特征在于，所述探测模块包括：
第二二向色镜，所述第二二向色镜用于对经过所述物镜收集的所述反射合束信号进行分束操作，以获得所述第一反射光信号、所述第二反射光信号；
第一汇聚镜，所述第一汇聚镜沿所述第一反射光信号的光轴放置于所述第二二向色镜的后方，所述第一汇聚镜用于根据所述第一反射光信号生成第一聚焦信号；
第一针孔，所述第一针孔沿所述第一反射光信号的光轴设置于所述第一汇聚镜的后方，用于对所述第一聚焦信号进行空间滤波；
第一探测器，所述第一探测器用于接收经过空间滤波的所述第一聚焦信号，并生成第一目标电信号；
第二汇聚镜，所述第二汇聚镜沿所述第二反射光信号的光轴放置于所述第二二向色镜的后方，所述第二汇聚镜用于根据所述第二反射光信号生成第二聚焦信号；
第二针孔，所述第二针孔沿所述第二反射光信号的光轴设置于所述第二透镜的后方，所述第二孔针用于对所述第二聚焦信号进行空间滤波；
第二探测器，所述第二探测器用于接收经过空间滤波的所述第二聚焦信号，并生成第二目标电信号。
5.根据权利要求3至4任一项所述的自动对焦装置，其特征在于，还包括：
分光镜，所述分光镜沿所述合束信号的光轴设置于所述扩束器的后方；
第三二向色镜，所述第三二向色镜沿合束信号的光轴设置于所述分光镜的后方。
6.基因测序系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至5任一项所述的自动对焦装置；
照明模块，所述照明模块用于生成激光信号；其中，所述物镜沿所述激光信号的光轴设置于所述照明模块的后方；
生物芯片，所述生物芯片的待测表面用于承载生物样本；其中，所述生物样本用于根据所述激光信号产生荧光信号，所述生物芯片可以包括多个待测表面；
成像模块，所述成像模块用于根据所述荧光信号生成图像信号；
位移台，所述位移台用于控制所述生物芯片移动。
7.自动对焦方法，应用于如权利要求1至5任一项所述的自动对焦装置，其特征在于，所述方法包括：
获取所述第一聚焦信号的第一目标电信号，以及所述第二聚焦信号的第二目标电信号；
根据所述第一目标电信号和所述第二目标电信号得到目标强度比值信号；
根据所述强度比值信号得到目标距离；
根据所述目标距离调节所述物镜与所述待测表面的原始距离。
8.根据权利要求7所述的自动对焦方法，其特征在于，在所述获取所述第一聚焦信号的第一目标电信号之前，所述方法还包括：
根据N个预设距离调节所述物镜与所述生物芯片的原始距离；其中，N为正整数；
获取每一个预设距离对应的第一标准电信号、第二标准电信号，根据所述第一标准电信号、所述第二标准电信号得到标准强度比值信号；
根据N个所述标准强度比值信号构建强度比值曲线；
对所述强度比值曲线进行拟合处理，得到拟合方程。
9.根据权利要求8所述的自动对焦方法，其特征在于，所述根据所述强度比值信号得到目标距离，包括：
根据所述目标强度比值信号、所述拟合方程得到所述目标距离。
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