TWI707161B - 用於使用混合模式光源之改進的聚焦追蹤的系統和方法 - Google Patents

Abstract

本文中所揭示之系統及方法包括一種成像系統，其可包括：一雷射二極體源；一物鏡，其經定位以將來自該光源之一聚焦追蹤光束引導至一樣品容器中的一位置上且接收自樣品反射的該聚焦追蹤光束；及一影像感測器，其可包括複數個像素位置，該複數個像素位置用以接收反射離開該樣品容器中的該位置之聚焦追蹤光束，其中該反射的聚焦追蹤光束可在該影像感測器上產生一光點。一些實例可進一步包括一雷射二極體光源，該雷射二極體光源以一功率位準操作，該功率位準高於用於在一放大自發性發射(「ASE」)模式下操作之一功率位準，但低於用於單模操作之一功率位準。

Description

用於使用混合模式光源之改進的聚焦追蹤的系統和方法

本發明是有關於用於使用混合模式光源之改進的聚焦追蹤的系統和方法。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張於2017年3月7日申請之美國臨時申請案第62/468,360號之權益，該美國臨時申請案係以全文引用的方式併入本文中。本申請案亦主張於2017年5月5日申請之荷蘭專利申請案第N2018853號之優先權，該荷蘭專利申請案特此以全文引用的方式併入本文中。

生物學領域中之眾多進步已受益於改進的成像系統及技術，諸如，光學顯微鏡及掃描儀中所使用之彼等成像系統及技術。在使用此等成像系統的成像期間獲得準確焦點對於成功的成像操作而言可為重要的。另外，減小與將系統聚焦在樣品上相關聯之延遲使系統可操作所用之速度增加。

許多預先存在的掃描系統使用多光束聚焦追蹤系統來判定給定樣品之聚焦距離。多光束系統使用物鏡將兩個光束聚焦至樣品上。聚焦光束自樣品之表面反射，且反射光束指向影像感測器。反射光束在影像感測器上形成光點，且光點之間的距離可用以判定聚焦距離。

預先存在的系統之設計者正在不斷地努力以改進聚焦準確度及系統可判定焦點設定所用之速度。改進準確度可為重要的，此係因為改進準確度可允許系統獲得更好結果。減小延遲可為一重要考慮因素，此係因為減小延遲可允許系統更快地達成焦點判定，因此允許系統更快地完成掃描操作。

本文中所揭示之技術的各種實例提供用於改進光學系統中之聚焦追蹤之準確度的系統及方法。其他實例提供用於減小與光學掃描儀中之聚焦追蹤相關聯之延遲的系統及方法。在一些實例中，成像系統包括一雷射二極體源、一物鏡，該物鏡經定位以將來自光源之一聚焦追蹤光束引導至一樣品容器中的一位置上且接收自樣品反射的該聚焦追蹤光束。另外，影像感測器可進一步包括複數個像素位置，該複數個像素位置用以接收反射離開該樣品容器中的該位置之一聚焦追蹤光束，其中該反射的聚焦追蹤光束在該影像感測器上產生一光點。該雷射二極體光源可以一功率位準操作，該功率位準高於用於在一放大自發性發射(「amplified spontaneous emission；ASE」)模式下操作之一功率位準，但低於用於單模操作之一功率位準。

在其他實例中，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準可在介於高於雷射二極體之雷射臨限電流約2%至1-%之間的一輸入電流下。此外，僅藉助於實例，雷射工作電流可設定成介於高於臨限電流約0.6mA與3.0mA之間。在另一實例中，雷射工作電流可設定成介於高於臨限電流約0.6mA與3.0mA之間。

在一些實例中，雷射功率可經設定以使得約5%處的雷射光譜全寬大於2nm。在其他例子中，僅藉助於實例，雷射功率可經設定以使得約5%處的雷射光譜全寬大於3nm。另外，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準可 經選擇，以使得一給定頻率下的雷射二極體輸出中之主峰具有介於大於該雷射二極體輸出中之任何副峰約15%至100%之間的一正規化強度。在其他例子中，僅藉助於實例，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準可經選擇，以使得一給定頻率下的該雷射二極體輸出中之該主峰具有介於大於該雷射二極體輸出中之一副峰的一正規化強度約15%至25%之間的一正規化強度。僅藉助於另一實例，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準可經選擇，以使得一給定頻率下的該雷射二極體輸出中之該主峰具有介於大於該雷射二極體輸出中之一副峰的一正規化強度約15%至100%之間的一正規化強度。僅藉助於其他實例，一給定頻率下的該雷射二極體輸出中之該主峰具有介於大於該雷射二極體輸出中之一副峰的一正規化強度約15%至200%之間的一正規化強度。

在額外實例中，成像系統可進一步包括一光束分光器，該光束分光器用以將來自該光源之該聚焦追蹤光束分裂成將反射離開該樣品容器中的該位置之至少兩個聚焦追蹤光束且在該影像感測器上提供至少兩個光點，以使得該雷射二極體光源操作所用的該功率位準經選擇，以使得該影像感測器上之至少兩個光點的一光點穩定性間隔小於約+/-25nm。在另一實例中，僅藉助於實例，該影像感測器上之該至少兩個光點的該光點穩定性間隔小於約+/-18nm。

另外，藉助於實例，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準可經選擇，以使得該影像感測器上之該光點上的邊緣效應之量小於整個分佈中的約10%峰間值。在其他實例中，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準經選擇，以使得該影像感測器之光點上的邊緣效應之量影響大於一預定量之光點間隔穩定性。

在一些實例中，成像系統可進一步包括一窗式sinc濾波器或布萊克曼窗濾波器，該濾波器以通信方式耦接至該影像感測器以接收來自該影像 感測器的輸出信號以減小該影像感測器上的該光點之一位置隨時間推移之一標準差。

僅藉助於其他實例，該雷射二極體光源操作所用的功率位準可選擇為該影像感測器感測該光束之一曝光時間不比符合聚焦追蹤之一預定延遲要求的一時間極限長時的最小功率。另外，僅藉助於實例，該影像感測器所需之該曝光時間可小於約250μs。

在其他實例中，成像系統可包括：一雷射二極體光源；一光束分光器，其在一位置處安置於該成像系統中以接收來自該光源之一聚焦追蹤光束且將該聚焦追蹤光束分裂成至少兩個聚焦追蹤光束；一物鏡，其經定位以將來自該光源之該至少兩個聚焦追蹤光束引導至一樣品容器中的一位置上且接收自樣品反射的該等聚焦追蹤光束之反射；一影像感測器，其包含複數個像素位置，該複數個像素位置用以接收反射離開該樣品容器中的該位置之該等聚焦追蹤光束，使得該至少兩個反射的聚焦追蹤光束在該影像感測器上產生至少兩個光點；其中該雷射二極體光源操作所用的功率位準經選擇，以使得該影像感測器上之該至少兩個光點的光點穩定性間隔小於約20nm。另外，僅藉助於其他實例，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準經選擇，以使得該影像感測器上之至少兩個光點的光點穩定性間隔介於約15nm與17nm之間。

在其他實例中，成像系統可進一步包括一窗式sinc濾波器電路或一布萊克曼窗濾波器電路，該濾波器電路以通信方式耦接至該影像感測器以接收來自該影像感測器的輸出信號且減小該影像感測器上的至少兩個光點之一位置隨時間推移之一標準差。此外，僅藉助於實例，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準可為該影像感測器上之該光點上的邊緣效應之量小於整個分佈中的約10%峰間值。在其他例子中，操作該雷射二極體光源，以使得該影像感測器上之光點上的邊緣效應之量影響大於一預定量之光點間隔穩定性。

僅藉助於實例，該雷射二極體光源操作所用的功率位準可經選擇，以使得該影像感測器上的該至少兩個光點中之每一者之一標準差小於該影像感測器之像素大小的10%。在其他例子中，該影像感測器上之至少兩個光點的光點穩定性間隔小於該影像感測器之該像素大小的約5%。在其他例子中，該雷射二極體光源操作所用的功率位準可選擇為該影像感測器感測該光束所需之一曝光時間不比符合聚焦追蹤之一預定延遲要求的一時間極限長時的最小功率。另外，在一些例子中，該影像感測器所需之該曝光時間小於約250μs。

在一些實例中，雷射二極體可以低功率位準操作以減小該影像感測器上的聚焦追蹤光束光點之邊緣效應。在其他例子中，雷射功率設定成低於對應於條紋開始時的雷射功率。另外，雷射工作電流可設定成介於高於臨限電流約0.6mA與3.0mA之間。另外，雷射功率可經設定以使得約5%處的雷射光譜全寬大於2nm。在其他例子中，雷射功率經設定以使得約5%處的雷射光譜全寬大於3nm。

結合藉助於實例說明根據本文中所描述之系統及方法的實例之特徵的附圖，所揭示技術之其他特徵及態樣將自以下實施方式變得顯而易見。概述不意欲限制本發明之範圍，本發明之範圍僅由在此附加之申請專利範圍來界定。

34:光束光點

36:光束光點

100:流體遞送模組或裝置

110:樣品容器

120:廢料閥

130:溫度站致動器

135:加熱器/冷卻器

140:光偵測器

142:物鏡

145:濾光片切換組合件

150:聚焦雷射

160:光源

161:光纖界面

165:低瓦燈

170:樣品台

175:聚焦(z軸)組件

185:逆向二向色件

270:雷射

272:光束分光器稜鏡

274:繞射光柵

276:平頂或達夫(dove)稜鏡

277:光束分光器

279:鏡

280:接收稜鏡

282:接收稜鏡

284:影像感測器

330:樣品容器

332:物鏡

333:光束

334:層

335:光束

336:層

338:層

360:情境

361:情境

362:影像感測器

370:透鏡

382:光束分光器稜鏡

384:光束分光器

386:鏡

390:物鏡

392:樣品容器

394:反射的聚焦追蹤光束

395:反射的聚焦追蹤光束

396:屋脊稜鏡

398:影像感測器

400:準直透鏡

424:來自表面S4之反射

432:光纖纜線

434:套管

435:安裝塊

436:插入件

438:本體部分

440:透鏡

442:固定螺釘

465:單一聚焦追蹤光束

467:反射光束

469:反射光束

482:光點

522:橫向位移稜鏡

524:光束分光器

526:上部潛望鏡鏡面/頂部潛望鏡鏡面

528:下部潛望鏡鏡面

530:潛望鏡窗口

532:光束分光器

536:鏡

538:物鏡

540:樣品容器

546:屋脊稜鏡

548:攝影機轉向鏡

550:影像感測器

562:阻擋部件

565:殼體

620:光束阻擋器

622:框架部分

624:光圈

626:光束阻擋部件

628:延伸臂

630:阻擋面

631:阻擋結構

682:圖式

683:圖式

690:箭頭

732:螺栓

740:光圈

S1:表面

S2:表面

S3:表面

S4:表面

參看以下圖式詳細地描述根據一或多個實例實施的本文中所揭示之技術。提供此等圖式以有助於閱讀者對所揭示技術之理解，且此等圖式並不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示的精確形式。實際上，諸圖中之圖式係僅出於說明目的而提供，且僅描繪所揭示技術之實例實施。此外，應注意，出於說明清楚及簡單起見，諸圖中之元件未必已按比例繪製。

本文中所包括之諸圖中的一些自不同視角說明所揭示技術之各種實例。儘管隨附描述性文字可將此等視圖稱為「俯視」、「仰視」或「側視」視圖，但此等參考僅係描述性的且不暗示或要求所揭示技術應以特定空間定向實施或使用，除非另有明確規定。

圖1說明影像掃描系統之一個實例的簡化方塊圖，本文中所揭示之系統及方法可藉由該影像掃描系統實施。

圖2A及圖2B說明用於聚焦追蹤之一實例光學系統。特別地，圖2A說明根據本文中所描述之系統及方法之一個實例的用於聚焦追蹤之一實例光學設計。圖2B係說明圖2A中所展示之光學系統之一部分的替代視圖之圖。

圖3A說明經配置以容納待成像之一或多個樣品的包含多個層之樣品容器之一實例。

圖3B係說明一些環境中的離開多層樣品容器之多個表面的所要及非所需反射之形成之一實例的圖式。

圖3C係說明非所需反射在影像感測器上之效應之一實例的圖式。

圖3D係說明作為根據本文中所揭示之技術之實例應用的阻擋結構之置放之結果的影像感測器處之雜訊減少的圖式。

圖4A根據本文中所描述之系統及方法之一個實例實施說明包含複數個像素(為說明清楚起見而未圖示)的影像感測器之一部分，聚焦追蹤光束被引導至該複數個像素上。

圖4B係說明在準直透鏡經調整以沿著聚焦追蹤光束之光學路徑定位光束腰的情況下，在不同焦點設定下自S2及S3表面反射至影像感測器上的左邊及右邊聚焦光束之強度的圖式。

圖4C係說明在準直透鏡經調整以沿著聚焦追蹤光束之光學路徑更佳地定位在光束腰處的情況下，在不同焦點設定下自S2及S3表面反射至影像感測器上的 左邊及右邊聚焦光束之強度的圖式。

圖5A係說明經實施以使聚焦追蹤光束會聚在樣品平面上且聚焦至影像感測器上的透鏡之一實例的圖式。

圖5B係說明經實施以使聚焦追蹤光束會聚至影像感測器上的屋脊透鏡之一實例的圖式。

圖6係說明包括經定位以使聚焦追蹤光束之光束腰置放於選定位置處的透鏡之一實例配置的圖式。

圖7係說明可用來實施本文中所描述之系統及方法的聚焦追蹤系統之一實例的圖式。

圖8及圖9係說明一個實例中之反射的聚焦追蹤光束之空間關係的圖式。

圖10係說明用以阻擋左邊及右邊聚焦追蹤光束自S4表面之反射的光束阻擋器之一實例置放的圖式。

圖11及圖12係說明在光束阻擋器如圖10中所示地置放之情況下，圖7之實例配置中之光束分光器處的反射的聚焦追蹤光束之空間關係的圖式。

圖13及圖14說明一個實例中的反射離開頂部潛望鏡鏡面及光束分光器之光束。

圖15A係說明自物鏡傳回及指向分裂器的反射離開表面S2及S4之聚焦追蹤光束之一實例的自上而下視圖。

圖15B係圖15A之近視圖，其說明S4反射的光束可如何藉由阻擋部件阻擋在分裂器的後部部分處。

圖15C係說明定位於分裂器之背面處的阻擋部件之一實例之自上而下視圖的圖式。

圖15D係說明分裂器處之反射的聚焦追蹤光束之光束路徑中的4mm寬阻擋結構之一表示的圖式。

圖16A及圖16B係說明根據參看圖8至圖10所描述之實例實施的可用以阻擋濾光片/分裂器處之S4反射的光束阻擋器之一實例的圖式。

圖17A呈現一個實例中的安設在光束分光器處之光束阻擋器的剖視圖。

圖17B呈現安設在光束分光器處之光束阻擋器的後視圖。

圖18A說明可用以阻擋反射離開S1表面之光束的光圈之一實例。

圖18B說明光圈在正交於光束軸線之光束分光器前面之一實例置放。

圖19展示用於聚焦在樣品頂部處之頂部潛望鏡鏡面處的來自光束之光點。

圖20展示用於聚焦在樣品底部處之頂部潛望鏡鏡面處的來自光束之光點。

圖21說明當聚焦在S2上時用於在捕捉範圍之頂部成像的S2、S3反射光束在攝影機處之光點。

圖22說明當聚焦在S2上時用於在捕捉範圍之底部成像的S2、S3反射光束在攝影機處之光點。

圖23說明當聚焦在S3上時在捕捉範圍之頂部的用於成像之S2、S3反射光束在攝影機處之光點。

圖24說明當聚焦在S3上時在捕捉範圍之底部的用於成像之S2、S3反射光束在攝影機處之光點。

圖25A說明一個實例中的雷射二極體在雷射模式下操作時的影像感測器上之光束光點中之光點條紋變化。

圖25B說明一個實例中的雷射二極體在低功率模式下操作時的影像感測器上之光束光點中之光點輪廓。

圖26係說明在ASE模式下操作之雷射二極體之一實例的圖式。

圖27係明在雷射模式下操作之雷射二極體之一實例的圖式。

圖28係說明在混合模式下操作之雷射二極體之一實例的圖式。

圖29說明當對雷射二極體供電以在雷射模式下操作時的光點大小之不穩定 度。

圖30A說明雷射二極體在混合模式下操作時的光點移動之一實例。

圖30B說明雷射二極體在混合模式下操作時的光點移動之一實例。

圖31係說明經測試以判定5%處之光譜寬度與設定功率之間的關係之各種雷射源的光譜寬度之一實例的圖式。

應理解，所揭示技術可在有修改及更改之情況下實踐，且所揭示技術僅由申請專利範圍及其等效物來限制。

本文中所揭示之技術的各種實例實施提供用於改進或減小光學掃描儀中與聚焦追蹤相關聯之延遲的系統及方法。各種額外實例提供用於改進光學掃描儀中之聚焦追蹤系統之準確度的系統及方法。另外其他實例組合兩種態樣。舉例而言，在一些實例中，提供系統及方法以阻擋由來自樣品容器之不必要反射導致的雜散光到達影像感測器及妨礙對聚焦追蹤光束之偵測。在一些應用中，用於掃描系統之樣品容器可包括夾在兩個或更多個其他層之間的樣品層。在此等應用中，由多層樣品容器提供之表面可各自提供返回至物鏡且進入掃描系統之返回路徑中的反射光束。在一些情況下可比來自樣品層之反射強許多的非所需反射可使影像感測器處之信號雜訊比減小，從而使得難以偵測所有其他光學雜訊中的實際聚焦追蹤光束。非所需反射或散射光束亦可與影像感測器處之聚焦追蹤光點重疊且相干地干擾影像感測器處之聚焦追蹤光點，且導致條紋出現，由此使聚焦追蹤之準確度降級。本文中所揭示之系統及方法之實例可在沿著返回信號路徑的一或多個點處置放光圈、阻擋條或其他阻擋部件以提供光學不透明結構，從而阻擋反射離開其他表面之非所需光束到達影像感測器。

作為另一實例，其他配置可包括光學結構，諸如光學路徑中的透鏡或其他彎曲或部分彎曲之光學元件，以對聚焦追蹤雷射光束整形。在各種實例中，此可藉由在物鏡之前的光學路徑中插入光學元件以將光束腰定位在系統內來實施。更特定言之，在一些實施中，光學元件離開光纖之輸出端一經判定距離而定位於光學路徑中，以便將一或多個聚焦追蹤光束之光束腰置放在沿著光學路徑之所需位置處。可選取光束腰沿著光學路徑之位置，以使得來自反射離開樣品容器之多個感興趣表面之聚焦追蹤光束的所得光點在影像感測器平面處在大小上彼此相同或實質上相同，從而改進聚焦追蹤準確度及延遲。在其他實施中，可提供至一調整機構以調整光學元件之位置以實現光束腰沿著光學路徑之最佳置放。

作為又一實例，其他實施包括聚焦追蹤光束之光學源的配置及調整。更特定言之，一些實例可經配置以調整及設定雷射二極體源操作所用的功率位準，以減小影像感測器上之聚焦追蹤光束光點之邊緣效應且提供更穩定且一致的光點置放。雷射之功率位準可經設定以使得雷射二極體在準雷射模式或混合模式下操作，從而組合ASE操作模式及雷射操作模式兩者之態樣。功率位準可設定在一範圍內，該範圍的高端低於雷射二極體發射通常可被視為高度相干光之光(具有單一光譜主峰及可忽略的副峰)所用的功率；且該範圍的低端高於雷射充分發射時間非相干光(亦被稱作放大自發性發射(ASE))所用的功率。

在描述本文中所揭示之系統及方法的其他實例之前，描述可用來實施該等系統及方法的實例環境很有用。一個此種實例環境為影像掃描系統(諸如圖1中所說明之影像掃描系統)之環境。實例成像掃描系統可包括用於獲得或產生區域之影像的裝置。圖1中所概述之實例展示背光設計實施之實例成像配置。

如在圖1之實例中可見，受試樣品位於樣品容器110上，該樣品容器定位於樣品台170上處於物鏡142下方。光源160及相關聯光學件將諸如雷射光之光束引導至樣品容器110上的所選樣品位置。樣品發螢光且所得光係由物鏡142收集且被引導至光偵測器140以偵測螢光。樣品台170相對於物鏡142移動以將樣品容器110上之下一個樣品位置定位在物鏡142之焦點處。樣品台110相對於物鏡142之移動可藉由移動樣品台本身、物鏡、整個光學台或前述各者之任何組合來達成。其他實例亦可包括使整個成像系統在靜止樣品上方移動。

流體遞送模組或裝置100將試劑(例如，螢光核苷酸、緩衝液、酶類、分裂劑等)流引導至(及經過)樣品容器110及廢料閥(waist valve)120。在特定實例中，樣品容器110可實施為流量槽，其包括在樣品容器110上之複數個樣品位置處的核酸序列簇。待定序之樣品可附接至流量槽之基板以及其他可選組件。

該系統亦包含溫度站致動器130及加熱器/冷卻器135，該兩者可視情況調節樣品容器110內之流體的溫度條件。可包括攝影機系統140以監測及追蹤樣品容器110之定序。攝影機系統140可實施為例如CCD攝影機，其可與濾光片切換組合件145內之各種濾光片、物鏡142及聚焦雷射/聚焦雷射組合件150相互作用。攝影機系統140不限於CCD攝影機，且可使用其他攝影機及影像感測器技術。

可包括光源160(例如，視情況包含多個雷射之組合件內的激發雷射)或其他光源，以經由穿過光纖界面161(其可視情況包含一或多個重新成像透鏡、光纖座架等)的照明來照明樣品內之螢光定序反應物。所示之實例中亦存在低瓦燈165、聚焦雷射150及逆向二向色件185。在一些實施中，聚焦雷射150可在成像期間關閉。在其他實施中，替代的聚焦配置可包括第二聚焦攝影機(圖中未示)，其可為象限偵測器、位置靈敏偵測器(Position Sensitive Detector；PSD)或類似偵測器，以量測自表面反射的散射光束的位置，同時進行資料收集。

儘管說明為背光裝置，但其他實例可包括來自雷射或其他光源之光，該光經引導穿過物鏡142而到達樣品容器110上之樣品上。樣品容器110可最終安裝於樣品台170上，以提供樣品容器110相對於物鏡142之移動及對準。樣品台可具有一或多個致動器以允許樣品台在三個維度中之任一者中移動。舉例而言，就笛卡爾座標系而言，可提供致動器以允許載台相對於物鏡在X、Y及Z方向上移動。此可允許樣品容器110上之一或多個樣品位置與物鏡142光學對準而定位。

聚焦(z軸)組件175在此實例中展示為經包括以控制光學組件相對於樣品容器110在聚焦方向(稱為z軸或z方向)上的定位。聚焦組件175可包括一或多個致動器，該一或多個致動器實體地耦接至光學載台或樣品台或兩者，以使樣品台170上之樣品容器110相對於光學組件(例如，物鏡142)移動，從而提供用於成像操作的恰當聚焦。舉例而言，致動器可諸如藉由與各別載台直接或間接進行機械、磁性、流體或其他附接或接觸而實體地耦接至該載台。該一或多個致動器可經配置以使載台在z方向上移動，同時將樣品台維持在同一平面中(例如，維持垂直於光軸的水平(level或horizontal)姿態)。該一或多個致動器亦可經配置以使載台傾斜。舉例而言，該傾斜動作可以使得樣品容器110可依照其表面中之任何斜坡進行動態調整。

系統之聚焦通常指使物鏡之焦平面與待在所選樣品位置處成像的樣品對準。然而，聚焦亦可指對系統進行調整以獲得樣品之表示的所需特性，諸如測試樣品之影像的所要位準之清晰度或對比度。因為物鏡之焦平面場的可用深度極小(有時約為1μm或更小)，所以聚焦組件175要緊隨成像之表面。因為樣品容器並非完全平整地固定在儀器中，所以聚焦組件175在沿著掃 描方向(稱為y軸)移動時可按照此輪廓進行設置。

可將自處於正經成像之樣品位置之測試樣品發出的光引導至一或多個偵測器140。偵測器可包括例如CCD攝影機，可包括且定位光圈以僅允許自聚焦區域發出的光傳至偵測器。可包括光圈，其用以藉由濾出自該聚焦區域之外的區域發出的光之分量來改進影像品質。發射濾光片可包括於濾光片切換組合件145中，發射濾光片可經選擇以記錄判定之發射波長且切斷任何雜散雷射光。

在各種應用中，樣品容器110可包括一或多個基板，其上提供有樣品。舉例而言，在系統要分析大量不同的核酸序列之情況下，樣品容器110可包括一或多個基板，待定序之核酸係在該一或多個基板上結合、附接或關聯。在各種實施中，基板可包括核酸可附接至的任何惰性基板或基質，諸如玻璃表面、塑膠表面、乳膠、聚葡萄糖、聚苯乙烯表面、聚丙烯表面、聚丙烯醯胺凝膠、金表面以及矽晶圓。在一些應用中，基板係在通道或其他區域內，處於樣品容器110上形成為矩陣或陣列的複數個位置。

儘管未說明，但可提供控制器以控制掃描系統之操作。可實施控制器以控制系統操作之態樣，諸如聚焦、載台移動及成像操作。在各種實施中，控制器可使用硬體、演算法(例如，機器可執行指令)或前述各者之組合來實施。舉例而言，在一些實施中，控制器可包括具有相關聯記憶體之一或多個CPU或處理器。作為另一實例，控制器可包含硬體或其他電路系統以控制操作。舉例而言，此電路系統可包括以下各項中之一或多者：場可程式化閘陣列(field programmable gate array；FPGA)、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit；ASIC)、可程式化邏輯裝置(programmable logic device；PLD)、複雜可程式化邏輯裝置(complex programmable logic device；CPLD)、可程式化邏輯陣列(programmable logic array；PLA)、可程式化陣 列邏輯(programmable array logic；PAL)或其他類似的處理裝置或電路系統。作為又一實例，控制器可包含此電路系統與一或多個處理器之組合。

一般而言，針對聚焦操作，由聚焦雷射產生之聚焦光束被反射離開樣品位置以量測所需聚焦，且樣品台相對於光學載台移動以將光學載台聚焦至當前樣品位置上。一般將樣品台相對於光學載台移動以用於聚焦描述為沿著z軸或在z方向上移動。術語「z軸」及「z方向」意欲與其一般在顯微鏡及成像系統技術中之使用一致地來使用，在顯微鏡及成像系統技術中，z軸係指焦軸。因此，z軸平移引起焦軸之長度增加或減小。可例如藉由相對於光學載台移動樣品台(例如，藉由移動樣品台或光學元件或其兩者)來進行z軸平移。因而，可藉由驅動物鏡、光學載台或樣品台或前述各者之組合來進行z軸平移，前述各者中之任一者可藉由致動與物鏡或樣品台或其兩者功能性通信之一或多個伺服器或馬達或其他致動器來驅動。在各種實施中，致動器可經配置以使樣品台相對於光學載台傾斜以例如有效地調平處於垂直於光學成像軸線之平面上的樣品容器。在執行此動態傾斜以有效地調平樣品容器上之樣品位置的情況下，此可允許樣品容器在x及y方向上移動以用於掃描而需要z軸上之極少移動或不需要z軸上之移動。

包含圖2A及圖2B之圖2說明用於聚焦追蹤之一實例光學系統。特別地，圖2A說明用於聚焦追蹤之一個實例光學設計。圖2B係說明圖2A中所展示之光學系統之一部分的替代視圖之圖。為了避免混亂且便於讀者理解，在單一光束之情況下說明圖2A中所展示之實例，單一光束在此情況下係中心光束。系統可利用多於一個光束、諸如3個光束來操作。三光束系統可提供例如預看(look-ahead)及後看(look-behind)聚焦追蹤。

現參看圖2A，雷射270產生用於聚焦光束之光且光學耦接至系統中。來自雷射270之光可例如經由光纖耦合至光束分光器稜鏡272，諸如橫向 位移光束分光器。可視需要包括濾光片諸如用於來源選擇。稜鏡272將傳輸光束分裂成強度大致相等的兩個實質上平行之光點。可包括此稜鏡以在聚焦模型中提供差分量測。

繞射光柵274產生輸入光束之多個複本。在其他配置中，光束分光器立方體或多個雷射源可用以產生多個光束。在三光束系統之情況下，繞射光柵274可針對兩個輸入光束中之每一者產生三個輸出光束。針對一個輸入光束之此情形的實例展示於圖2B處。因為繞射光柵可產生發散之光束(亦如圖2B中所展示)，所以平頂或達夫(dove)稜鏡276重新引導多個光束。在一些實施中，稜鏡經配置使得光束會聚於物鏡142之光瞳處，因此樣品容器處的光束正交於樣品容器。針對三輸出光束配置之此情形的實例展示於圖2B處。自樣品容器接收到之信號經由光束分光器277返回且反射離開鏡279。因為每一光束對發散，所以接收稜鏡280及282將光點合併至影像感測器284之焦平面上。在一些實例中，此等稜鏡可實施為達夫稜鏡及屋脊稜鏡以折射及瞄準射出顯微鏡物件之射線以適配於影像感測器陣列上。屋脊稜鏡可用以折射返回光束，從而使光點對內之光點合併至影像感測器之焦平面上，且達夫稜鏡用以折射前/後光點對，從而使所有光點對合併至焦平面上。在三光束預看之情況下，3個光束穿過屋脊稜鏡之兩個稜鏡半部中之每一者。然而，在其他軸線上，光束發散，此係包括達夫稜鏡以校正此等光束之原因。

在上文參看圖2所描述之各種實例中，使用稜鏡來實施各種光學組件。可使用透鏡來實施此等光學組件中之一些或全部，然而，由於此等組件相較於其透鏡對應物一般對未對準較不敏感，因此可需要稜鏡。因為稜鏡一般較緊密且包括較少元件，所以相比透鏡系統，稜鏡亦可更合乎需要。

圖1及圖2之實例中的物鏡142提供樣品容器上之大體圓形視場。在一個實施中，視場之中心係正在成像之當前樣品位置。視場內的掃描方向係 x軸或y軸。出於論述之目的，將假定掃描方向在y方向上。諸如LED或雷射光源之光源產生聚焦光束。在所說明之實例中，三個光束用以提供三點差分離軸預測性聚焦估計，一個光束用於當前樣品位置且兩個額外光束用於預看及後看聚焦追蹤。此等兩個額外光束用以判定光學載台與樣品容器上之樣品位置之間的沿著z軸之焦距。

圖1及圖2中所描述之系統說明可用來實施本文中所描述的系統及方法之一實例系統。儘管本文中可在此實例系統之上下文中不時地描述系統及方法，但此僅係可用來實施此等系統及方法之一個實例。本文中所描述之系統及方法可用此及其他掃描儀、顯微鏡及其他成像系統來實施。

預先存在的掃描系統將準直光用於聚焦操作。在此等系統中，在光束之長度中維持極其一致直徑之準直光被引導至物鏡。在圖2A(上文所述)中展示此情況之實例，其中準直光束遞送至物鏡。物鏡將準直光聚焦至樣品上。自樣品反射之光返回經過物鏡，且被再次準直。接著將反射的準直光束引導至系統之影像感測器(例如，圖2A之實例中的影像感測器284)。出於聚焦目的，判定反射光束在影像感測器上之位置。舉例而言，利用兩光束系統，量測影像感測器上之光點位置之間的距離以判定聚焦。

雖然準直光係已知的光源及掃描系統，但諸位發明人已發現準直光可不利地影響各種應用中之聚焦追蹤操作。一個不良影響係關於由將準直光用於聚焦追蹤光束引起的光點大小。因為準直光在光學路徑中保持相對一致的直徑，所以聚焦追蹤光束將相對大的光點大小成像在影像感測器上。較大的光點大小涵蓋影像感測器上之更多像素，此使需要量測的影像感測器之像素列的數目增大。此使聚焦追蹤操作所需的時間量增加。

在物鏡可用以聚焦在多個不同表面處，但未以等於彼等不同表面之間的距離之量移動之情況下，另一不良影響可在系統中出現。在此情境 下，反射離開不同表面之聚焦追蹤光束的不同光點大小可出現在影像感測器上，從而影響聚焦追蹤操作。圖3係說明此現象之一實例的圖式。更特定言之，圖3說明含有待成像之一或多個樣品之樣品容器包含多個層的實例。現參看圖3，樣品容器330包括3個層334、338及336。在此3層實例中，該等層之間有四個表面。此等表面用表面S1、S2、S3以及S4來說明。在此實例中亦說明了物鏡332，其將聚焦追蹤光束333、335(在2光束系統中存在2個光束)聚焦至樣品容器330上以用於聚焦操作。

對於聚焦追蹤操作，在將成像光束在一些例子中聚焦至表面S2且在其他例子中聚焦至表面S3可為重要的。假設表面S2與S3之間的間隔固定在距離X。在一些應用中，視物鏡332之操作而定，物鏡可在改變表面S2與S3之間的焦點時移動大於或小於距離X的一距離。因此，反射離開表面S2及S3之聚焦追蹤光束333、335可以不同直徑再次準直，從而導致S2光束呈現不同於S3光束的光點大小。

在圖4中說明此情況之實例。更特定言之，圖4說明包含複數個像素(為說明清楚起見而未圖示)的影像感測器362之一部分，聚焦追蹤光束被引導至該複數個像素上。在情境360中之圖式的左手側，此說明影像感測器部分362，其具有來自兩光束系統中之兩個聚焦追蹤光束中之每一者的光束光點34、36。光點34來自反射離開兩個成像表面中之一者(在此實例中假設為S2)的左邊及右邊光束，且光點36來自反射離開兩個成像表面中之另一者(在此實例中假設為S3)的左邊及右邊光束。如此實例中所說明，基於物鏡之移動，均為準直的且在進入物鏡之前均具有實質上相同的光束直徑之兩個聚焦追蹤光束現在具有不同的直徑，且因此在影像感測器上產生不同的光點大小。光點中之較大兩個光點各自涵蓋更多的像素，且因此使需要量測的影像感測器之像素列的數目增大。此使聚焦追蹤操作所需的時間量增加。出於此等原因，需 要達成諸如圖4之右手側上所說明之情境361的情境，其中來自反射離開表面S2及S3之左邊及右邊光束的光點34、36分別地具有實質上相同的光點大小且相對較小。

預先存在的系統可使用聚焦透鏡以使聚焦追蹤光束會聚在影像感測器上且使該等聚焦追蹤光束在感測器上之光點大小減小或減至最小。然而，因為透鏡在光學系統中引入彎曲表面，所以透鏡之對準的微小變化，包括經由系統中之熱變化而出現的變化，可導致聚焦追蹤光束在感測器上之置放的不準確。透鏡之移動或變化可導致不同地影響多個聚焦追蹤光束之橫向平移。 因此，如上文參看圖2所描述，在一些實例中，聚焦透鏡將用屋脊稜鏡替換。

圖5A係說明經實施以使聚焦追蹤光束會聚至影像感測器上的聚焦透鏡之一實例的圖式。現參看圖5A，來自光源(例如，圖2之雷射二極體270)之光係藉由光纖(雷射及光線未展示)遞送至準直透鏡400。準直光係諸如藉由光束分光器稜鏡382(例如，圖2之光束分光器稜鏡272)分裂成兩個光束。為了避免不必要的混亂，在該說明中，在透鏡370及影像感測器398處說明兩個反射的聚焦追蹤光束394、395；然而，在圖5A之剩餘部分中僅說明了兩個聚焦追蹤光束中之一者。

來自光束分光器稜鏡382之聚焦追蹤光束穿過光束分光器384且由鏡386反射穿過物鏡390。物鏡將該等光束聚焦至樣品容器392(例如，圖3之樣品容器330)中之樣品上。在此實例中，聚焦追蹤光束反射離開來自樣品容器392之S2表面。反射光束(仍僅說明一個光束394)返回穿過物鏡390，反射離開鏡386及光束分光器384，且指向透鏡370。因為返回光束394、395在此點發散，所以實施透鏡370以使得返回光束394、395會聚至影像感測器398上。此外，因為聚焦追蹤光束394、395係準直光，所以透鏡370服務將光束以較小光點大小聚焦在影像感測器398上之額外功能。然而，因為透鏡370之側向置放的 變化影響光束在影像感測器398上之定位，所以此等變化引入聚焦追蹤誤差。

圖5B係說明用屋脊稜鏡396替換透鏡370以避免由透鏡370之側向置放之變化導致的問題之一實例的圖式。用屋脊稜鏡396替換透鏡降低或消除系統對透鏡之側向位置的敏感度。因熱變化及其他變化所致的稜鏡之變化不影響聚焦追蹤光束394、395在影像感測器398上的間距。因為稜鏡之角度偏差係完全由玻璃之角度判定，所以屋脊稜鏡396之橫向位移不影響光束。

包括替代透鏡370之屋脊稜鏡396可改進聚焦追蹤系統之準確度。因為使用光點之間的間隔來量測自物鏡至樣品容器之距離，所以當光束的間隔僅取決於與樣品容器之距離時，達成較高位準之準確度。影響光束間隔之其他變數，諸如藉由透鏡370之置放的側向不精確性引入之變數，不利地影響聚焦追蹤系統之準確度。因此，包括即使存在某一橫向位移時亦給予聚焦追蹤光束相同角度的屋脊稜鏡可極大地益於系統之準確度。

一缺點係移除透鏡。因為透鏡被去除，所以聚焦追蹤光束(在此實例中，光束394、395)不聚焦在感測器上。因此，在各種實例中，並非如預先存在的掃描系統所用地使用準直光，聚焦追蹤光束經聚焦而使腰置放在沿著光學路徑之給定點處。此在影像感測器上呈現較小的光點大小。舉例而言，在一個應用中，與另外置放準直透鏡以準直來自光纖的光相比，準直透鏡400遠離光纖輸出端移動更遠。沿著光學路徑的準直透鏡400置放所在之點指示光束腰沿著光學路徑置放所在之位置。可定位準直透鏡400，以提供一腰，以使得，儘管用屋脊稜鏡398替換可透鏡370，但反射的聚焦追蹤光束394、395仍可以減小的光點大小聚焦至影像感測器398上。

移動準直透鏡400以將光束腰置放於光學路徑中之另一益處係此可幫助減小或消除上文參看圖4A所論述的光點大小之不平衡。透鏡400可設置且定位在光學路徑中，以使得穿過物鏡且穿過光學路徑之剩餘部分自樣品傳回 的光以實質上相同的光點大小照射在感測器上，如情境361中所說明。更特定言之，在一些例子中，透鏡係離光纖輸出端一距離而定位，以遠離準直器一預定距離而置放光束腰，從而平衡自想要的樣品容器之上部及下部表面傳播至影像感測器之光束的直徑。

在一個應用中，光束腰遠離準直器690mm至700mm之距離而定位，以平衡及減小照射在影像感測器上之光束的直徑。在一些實例中，光點大小可減小至近似400μm。在其他實例中，光點大小可在300μm至500μm之範圍內。在另外其他實例中，可使用其他光點大小。

另外，移動準直透鏡400以將光束腰置放於光學路徑中可幫助平衡照射在影像感測器上之光的強度。圖4B係說明在準直透鏡經調整以在非最佳位置處設置光束腰的情況下，在不同焦點設定下自S2及S3表面反射至影像感測器上的左邊及右邊聚焦光束之強度的圖式。在此圖式中，光點亮度在豎直軸線上表示且聚焦台之位置在水平軸上表示。在一個實例實施中，圖式的左手側上之豎直藍線說明S2反射的最佳聚焦位置。類似地，在此實例實施中，圖式的右手側上之豎直藍線說明S3反射的最佳聚焦位置。如此圖式說明，S2光束之平均光點亮度在S2聚焦位置處為近似170，而S3光束之平均光點亮度在最佳S3聚焦位置處為近似85。因此，S2及S3光束之光點強度不平衡。

圖4C係說明在準直透鏡經調整以沿著聚焦追蹤光束之光學路徑更佳地定位在光束腰處的情況下，在不同焦點設定下自S2及S3表面反射至影像感測器上的左邊及右邊聚焦光束之強度的圖式。此處，由於光束腰係沿著光學路徑定位，因此S2及S3反射光束之強度更平衡。特別地，該圖式說明左邊及右邊S2光束在S2最佳聚焦位置處具有近似125之平均光點亮度。此圖式亦說明左邊及右邊S3光束在S3最佳聚焦位置處具有近似130之平均光點亮度。如圖4B及圖4C之比較說明，光束腰沿著光學路徑之置放可影響S2及S3聚焦追蹤光束之強 度的平衡。

圖6係說明包括經定位以使聚焦追蹤光束之光束腰置放於選擇位置處的透鏡之一實例配置的圖式。在此實例中，來自諸如雷射光源(例如，光源270)之光源(未說明)的光係由光纖纜線432運載，該光纖纜線經由套管434連接至透鏡殼體組合件。套管434安裝於固定地附接至插入件436之安裝塊435中。具給定焦距之透鏡440係離光纖432之輸出端一經判定距離而置放，且可藉由透鏡殼體組合件維持在此距離。在此實例中，來自光纖的光行進穿過安裝於本體部分438中之插入件436中的光圈。選取透鏡440之焦距及其與光纖432之輸出端的距離，以使光束腰沿著光學路徑置放於在所要位置處。如上文所提及，選取光纖之輸出端與透鏡440之間的距離，以使光束腰置放在所要位置處，如下文所更全面地描述。

在此實例中，透鏡440與光纖輸出端之間的間隔係14.23mm，其係透鏡表面與光纖之間的工作距離。15.7mm係透鏡之有效焦距(其高於透鏡的後焦距，此係因為有效焦距係相對於透鏡主平面)。因為準直器中之透鏡的後焦距係13.98mm，其係在光軸上自透鏡頂點至透鏡之焦點的距離，後焦距短於14.23mm。

在所說明實例中，插入件436可滑動地安裝於由本體部分438界定之空腔內，以使得光纖輸出端與透鏡40之間的距離可藉由可滑動地安裝於本體部分438之空腔內的插入件436來調整。可包括固定螺釘442或其他鎖定機構以將插入件436在適當位置鎖定在本體部分438內。可滑動插入件436之使用允許對系統進行調整以調節或最佳化影像感測器上的光點大小。此可允許最後的系統配置調整或現場調節。圖6中所說明之實例，透鏡440係平凸透鏡。然而，在閱讀本說明書之後，一般熟習此項技術者將理解，可使用其他透鏡結構，包括例如雙凸透鏡。

在一些應用中，配置透鏡，以使得光束腰定位於物鏡內。更特定言之，在一些應用中，配置透鏡，以使得在光束照射在樣品上之前，光束腰定位於物鏡內，而在其他應用中，配置透鏡，以使得在光束反射離開樣品之後，光束腰定位於物鏡內。在其他應用中，配置透鏡，以使得光束腰在物鏡之前、在反射光束離開物鏡之後或在物鏡與樣品之間出現。透鏡之置放可藉由迭代程序，諸如經由使用模型化軟體，來判定，以在影像感測器上達成所要之光點大小及平衡。

除了平衡光點大小之外，通常亦利用較小的光點大小來改進可判定聚焦之速度。自影像感測器讀取資訊所需之時間影響聚焦追蹤系統之延遲。更特定言之，對於具有給定像素密度之感測器，較大的光點大小覆蓋較多像素，且自光點直徑內之每一像素讀取資料需要更多時間。因此，如上文所論述，用以平衡光束直徑之透鏡亦可用於減小照射在影像感測器上之光點的大小，由此減少判定聚焦操作之光點位置(或用於多個光束聚焦之位置)所需的時間量。

如上文參看圖3A所論述，在一些應用中，多層樣品容器可用以攜載待藉由掃描系統成像的樣品。如該實例中所論述，待成像之樣品可含於層338中的溶液中。為了使成像發生，至少層334必須對用於成像之光束光學透明。層336亦可為光學透明的。因此，表面S1、S2、S3以及S4通常係反射性的。同樣地，因為成像光束達到層338處之樣品很重要，所以不希望在表面上使用抗反射塗層。因此，在聚焦追蹤及成像操作期間來自表面S1及S4的非所需反射可引起系統中之非所需光學雜訊，且可混淆來自S2及S3之反射光束，該等反射光束係將在影像感測器處收集到的光束。

圖3B係說明一些環境中的離開多層樣品容器之多個表面的非所需反射之形成之一實例的圖式。如在此實例中所見，三層樣品容器包括表面 S1、S2、S3以及S4。為了清楚起見，說明單一聚焦追蹤光束465。然而，在其他應用中，可使用多個聚焦追蹤光束。舉例而言，下文之實例描述一系統，其中描述了兩個聚焦追蹤光束。如在此實例中亦看到，光束反射離開表面S1、S2、S3以及S4中之每一者。因為樣品處於表面S2與S3之間，所以彼等表面係系統經設計以聚焦所在的表面。因此，離開表面S1之反射光束467及離開表面S4之反射光束469並不傳回任何有用資訊且係非所需反射。用於聚焦追蹤的感興趣反射係離開表面S2及S3之反射。因此，若來自離開表面S1及S4之反射的光達到偵測器，則此光可能引入可能干擾聚焦追蹤光束反射之偵測的雜訊。

圖3C係說明非所需反射在影像感測器上之效應之一實例的圖式。如在此實例中所見，除了由聚焦追蹤光束提供的光點482之外，亦可存在作為非所需反射之結果而出現在影像感測器上的大量雜訊。在其他實例中，非所需反射亦可作為額外光點出現在影像感測器上。圖3D係說明作為根據下文所論述之實例的阻擋結構之置放之結果的影像感測器處之雜訊減少的圖式。

此問題在離開表面S1及S4之反射在強度上大於離開樣品之反射的情形下加劇。因為樣品容器光學透明很重要，所以在樣品容器上不提供抗反射塗層。同樣地，離開玻璃表面之反射往往會比離開生物樣品之反射強。另外，在樣品容器在表面S2及S3上含有奈米阱或其他類似圖案之應用中，此可進一步削弱離開彼等表面的反射。因此，來自表面S1及S4之非所需反射往往會在強度上大於離開表面S2及S3之反射。舉例而言，在一些應用中，離開表面S1之反射在強度上可高達離開表面S2及S3之反射的100倍(或更大)。為了補救此問題且自聚焦追蹤操作移除非所需反射之影響，可實施各種實例，以沿著樣品與影像感測器之間的光學路徑在判定位置處包括阻擋結構，以阻擋此非所需光到達影像感測器。

圖7係說明可用來實施本文中所描述之系統及方法之實例的掃描 系統之另一實例的圖式。現參看圖7，此實例包括一光源(未說明)，諸如雷射光源。舉例而言，在一個應用中，光源可配置為使用光纖耦合器及透鏡結構耦接至系統之雷射二極體，諸如圖6中所說明的實例。作為另一實例，光源可配置為具有準直器以提供用於聚焦追蹤操作之準直光的雷射二極體。

在此實例中，來自雷射之光經引入至橫向位移稜鏡522中以將該光分離成兩個平行光束。其他配置可利用單一聚焦追蹤光束或利用多於兩個聚焦追蹤光束來實施。在操作中，該等聚焦追蹤光束經發送穿過光束分光器524且反射離開上部潛望鏡鏡面526及下部潛望鏡鏡面528。該等聚焦追蹤光束經遞送穿過潛望鏡窗口530及光束分光器532(其亦可實施為二向色濾光器)。該等光束接著反射離開鏡面536且由物鏡538聚焦至樣品容器540上。來自樣品容器之反射經由物鏡傳回且沿同一路徑而行，直至該等光束反射離開光束分光器524。因為該等光束可彼此略微發散，所以可包括屋脊稜鏡546以將該等光束重新導向至平行定向或甚至引導至略微會聚的配置，以使得該等光束均可指向相對小面積之影像感測器。在此實例中，攝影機轉向鏡548將該等聚焦追蹤光束引導至影像感測器550。儘管本文中所描述之實例阻擋結構係關於此實例配置來描述，但一般熟習此項技術者在閱讀本說明書之後將瞭解阻擋結構的不同幾何形狀或置放可如何在以不同方式配置之系統中使用以阻擋來自多表面樣品容器之非所需反射。

模型化圖7之實例系統以判定系統中的反射離開S1至S4表面之光束的路徑，以識別沿著返回路徑的可阻擋來自S1及S4表面之非所需反射到達影像感測器所在之點。作為此模型化之結果的光束在沿著路徑之各種點處之空間關係在圖8、圖9、圖11、圖12、圖19、圖20、圖21、圖22、圖23以及圖24處加以說明。如此等圖式說明，反射離開表面S1至S4之光束的空間關係在系統之返回路徑中改變。光束位置沿著其返回路徑之長度相對於彼此改變，且該等位 置亦視樣品容器相對於物鏡之置放而改變。存在在向前及返回方向上行進的聚焦光束且亦存在在兩個方向上行進的成像光束使複雜度增加。因此，在光學路徑內將阻擋結構配置在適當位置並非無足輕重的任務，該等阻擋結構有效地阻擋非所需反射賦予雜訊於影像感測器上，同時避免干擾所要之聚焦追蹤及成像光束。

圖8及圖9係說明使用諸如圖3B中所說明之多層樣品容器的多層樣品容器的圖7之實例配置中的光束分光器532處之反射的聚焦追蹤光束之空間關係的圖式。圖8及圖9展示21mm×21mm區域內之光束。圖8展示當系統經配置以聚焦在表面S2處之樣品阱的頂部上時，光束在光束分光器532處之空間關係，而圖9展示在系統經配置以聚焦在表面S3處之樣品阱的底面上的情況下，光束在光束分光器532處之空間關係。此等圖式說明，在光束分光器532處，當系統聚焦在S2及S3處時，反射光束按三個空間群組照射在表面上：離開表面S1、S2及S3之左邊聚焦追蹤光束的反射在第一群組中；離開表面S1、S2及S3之右邊聚焦追蹤光束的反射在與第一群組實體上分離的第二群組中；且反射離開表面S4的左邊及右邊聚焦追蹤光束在此等兩個群組之間的區域中。由於光束間的此空間關係，將難以使用光圈配置在允許離開表面S2及S3之所要反射不受抑制地通過的同時，有效地阻擋離開表面S1之左邊及右邊反射。然而，由於離開表面S4之反射相對於其他反射的良好空間分離，可沿著返回路徑在此點處阻擋來自S4表面之反射。

圖10係根據一個實例實施說明用以阻擋左邊及右邊聚焦追蹤光束自S4表面之反射的光束阻擋器之一實例置放的圖式。此實例展示來自表面S4之反射424在光束分光器532處彼此會聚，如圖8及圖9中所見。此實例亦說明可如何包括阻擋結構以阻擋來自表面S4之此等反射，而不干擾來自S2及S3表面之所要反射。此可使用光束分光器532之聚焦追蹤模組側上之4mm寬視障在所說 明實例中實施。

圖11及圖12係說明使用諸如圖3B中所說明之多層樣品容器的多層樣品容器的圖7之實例配置中的光束分光器532處之反射的聚焦追蹤光束之空間關係的圖式。圖11及圖12展示在25mm×25mm區域內之光束。圖11展示當系統經配置以聚焦在表面S2處之樣品阱的頂部上時，光束在頂部潛望鏡鏡面526處之空間關係，而圖12展示在系統經配置以聚焦在表面S3處之樣品阱的底面上的情況下，光束在頂部潛望鏡鏡面526處之空間關係。因為聚焦追蹤光束離開S4表面的反射在此實例中在到達返回路徑中之此點之前被阻擋在光束分光器532處，所以不存在來自表面S4之光點。更重要地，此展示來自表面S1之反射光束具有與離開S2及S3表面之所要反射的良好空間分離。

由於光束之此空間置放，光圈可用以阻擋S1反射，同時允許來自S2及S3表面之反射光束穿過且最終達到影像感測器。圖13及圖14說明反射離開頂部潛望鏡鏡面526及光束分光器524之光束。如此所說明，若光束在頂部潛望鏡鏡面526處未被阻擋，則該等光束可反射離開光束分光器524且照射在屋脊稜鏡546之邊緣上。如此模型化說明，來自表面S1之反射光束可藉由將20mm×20mm光圈置放於上部潛望鏡鏡面526處來阻擋。替代地，上部潛望鏡鏡面526之大小可減小至20×20mm尺寸，使得來自S1表面之反射光束不返回至影像感測器。在其他應用中或針對光圈之其他置放位置，所實施之光圈的大小可基於S1光束之位置改變。在另一實例實施中，光圈寬20.8mm。選取此寬度以適應約-20μm至+30μm(在一個應用中，約為S2之最佳聚焦)處的S2影像及約-25μm至+25μm(在一個應用中，約為S3之最佳聚焦)處的S3影像。

圖15A提供說明穿過物鏡538且指向光束分光器532的自樣品反射之聚焦追蹤光束的自上而下視圖。儘管鏡536在圖15A中未圖示，但此說明反射聚焦追蹤光束朝向光束分光器532反射。此實例亦說明S4反射光束由定位於 光束分光器532之背面的光束阻擋器阻擋。儘管光束阻擋器在圖15A中未說明，但圖16A及圖16B中提供了一個說明性實例。

圖15B提供圖15A之近視圖，其說明光束分光器532之背面處的自表面S4反射之聚焦追蹤光束之一實例。如此實例說明，自表面S4反射之聚焦追蹤光束由阻擋部件562阻擋。如此實例亦說明，阻擋部件562之正面定向成實質上平行於光束分光器532之背面。在一個實例實施中，阻擋部件562與光束分光器532之背面隔開50μm而安置於系統中。在其他實例中，可提供其他間隔間距。舉例而言，在一些實施中，間距可在25μm至100μm之範圍內。儘管此實例將阻擋部件562說明為具有矩形截面，但可使用其他形狀或幾何形狀來實施阻擋部件562，參看圖16A及圖16B圖在下文說明其他形狀或幾何形狀之實例。

圖15C係說明定位於成像系統之一部分內的阻擋部件及分裂器之一實例之自上而下視圖的圖式。在此實例中，阻擋部件562定位於光束分光器532之背面處以阻擋自S4表面反射之光束。自物鏡538射出之反射光束由鏡526朝向光束分光器532反射。阻擋部件562經定位以阻擋自S4表面反射之光束，且寬度足夠小，以免干擾自S2及S3表面反射之光束。

在所說明實例中，阻擋部件562寬4MM、長2mm，且其略微自物鏡538之光軸偏移。然而，阻擋部件與安裝於殼體565中之下部潛望鏡鏡面528的中心對準。更特定言之，在一個實例實中，阻擋部件562向物鏡光軸左邊偏移1.1毫米以確保阻擋部件相對於自S4表面反射之光束居中。

圖15D係說明分裂器處之反射的聚焦追蹤光束之光束路徑中的4mm寬阻擋結構之一表示的圖式。如此實例說明，4mm寬阻擋結構(由矩形631表示)具有足夠寬度來阻擋展示於圖式之中心的自表面S4反射的聚焦追蹤光束。如此實例亦說明，選取阻擋部件之寬度為足夠寬以阻擋非所需反射光束，但仍提供S2及S3成像之最大可能捕捉範圍。因為聚焦之微小變化可具有光束在 分裂器處之位置的對應變化，所以阻擋部件之寬度可選取為略寬於在完美聚焦條件下阻擋光束將必需的寬度。換言之，阻擋部件可足夠寬以適應聚焦系統中的經判定之不精確性程度。

圖16A及圖16B係說明根據參看圖8至圖10所描述之實例實施的可用以阻擋光束分光器532處之S4反射的光束阻擋器之一實例的圖式。圖17及圖18係說明圖16A及圖16B中所說明之光束阻擋器之一實例置放的圖式。圖16A之左手側說明光束阻擋器620的後視圖(自光束角度看)；且右手側說明光束阻擋器620的透視圖。光束阻擋器620包括界定反射光束可穿過之光圈624的框架部分622。包括阻擋面630之光束阻擋部件626係藉由延伸臂628支撐在適當位置，以阻擋來自S4之非所需反射光束。在所說明實例中，延伸臂628係附接、黏附、結合或另外連接至框架部分622之兩側的細長結構部件，且光束阻擋部件626延伸跨過延伸臂628之遠端。

框架部分622及延伸臂628提供一安裝結構，光束阻擋部件626藉由該安裝結構可在適當位置安裝於光束分光器532處，而不會干擾來自表面S2及S3之反射。光束阻擋器620可鑄造、模製、機械加工或另外製造為單式結構。在其他實例中，組成光束阻擋器620之元件可為附接、結合、緊固或另外連接在一起以形成所得組合件之單獨組件。光束阻擋器620可使用吸光的不透明表面來實施，以避免系統內之其他非所需反射。舉例而言，光束阻擋器620可使用黑色的陽極化鋁或其他吸光或具有吸光塗層之材料製成。光束阻擋器620可針對特定應用來設定尺寸。在一個實例應用中，光束阻擋器620經設定尺寸以提供30mm之光圈寬度及21mm之高度；長25mm的延伸臂628；及寬2.8mm且長21mm的阻擋表面。

現參看圖16B，上方的圖式682說明光束阻擋器620之自上而下視圖，且下方的圖式683說明在光束阻擋器620之A處的截面側視圖。延伸臂628 的前緣成楔形以符合光束分光器532之角度，如(下文所描述之)圖17中所進一步說明。光束阻擋部件具有三角形截面且經定向以將平坦的阻擋面630呈現給入射光束。儘管光束阻擋器620可使用吸光材料製成，但將三角形截面呈現給非所需光束可具有使任何未被吸收的光反射出返回路徑外的效應。

圖17A呈現安設在光束分光器532處之光束阻擋器620的剖視圖。現參看圖17A，在操作中，聚焦追蹤光束自表面S1、S2、S3以及S4之反射自物鏡向上行進，且反射離開鏡536且指向光束分光器532。阻擋部件626之阻擋面630(參看圖16A及16B)阻擋S4反射繼續通過光束分光器532。在此實例中展示出延伸臂628經設定尺寸以便將阻擋部件626置放於光束分光器532之表面處或其附近。此圖式亦說明延伸臂628之楔形前角，以允許阻擋部件626之阻擋面630成與光束分光器532實質上相同的角度鄰近於光束分光器置放。在一些實例中，阻擋部件626經定位以使得阻擋面630與光束分光器532成觸碰關係。 在其他實例中，阻擋部件626經定位以使得阻擋面630與光束分光器532之面以一小量，諸如50μm至500μm，分開。

在替代性實例中，阻擋元件可安置於光束分光器532之背面上，且不具有圖16及圖17中所說明之結構。舉例而言，在一些例子中，不透光材料之條帶可附接至光束分光器532的後表面。在其他例子中，不透明或光學吸收性寫碼可在窄條帶中應用於光束分光器532的背面。

針對掃描操作，舉例而言可為紅色及綠色成像光束的成像光束自右手側進入系統，如箭頭690所說明。此等光束朝向鏡536反射離開光束分光器532的正面。鏡536將成像光束向下反射至物鏡中。因此，阻擋部件626之位置亦經選擇，以免干擾(由光束分光器532的前表面)朝向樣品反射的成像光束。

此實例亦說明阻擋部件626展示三角形截面，其中阻擋部件626 的後緣漸縮而以銳角會合。可使用阻擋部件626之其他截面幾何形狀，其限制條件為阻擋面630經適當地設定尺寸以阻擋或實質上阻擋來自表面S4的反射。 然而，使截面朝向阻擋部件626的後部減小的幾何形狀，諸如所說明之幾何形狀，可將阻擋部件626可能另外提供對所要光束之非所需干擾的機會減至最小。

圖17B呈現安設在光束分光器532處之光束阻擋器620的後視圖。此圖說明使用螺栓732安裝在適當位置之框架部分622。此說明藉由光圈624提供之窗口，其允許自表面S2及S3(以及S1，其稍後在路徑中被阻擋)反射之光通過，而阻擋部件626在來自表面S4的光離開光束分光器532之前阻擋該光。

圖18A說明可用以阻擋反射離開S1表面之光束的光圈之一實例。在一個實例中，此可置放於潛望鏡光圈處的聚焦追蹤模組之內壁上。如上文所提及，在一個實例實施中，光圈係20.8mm×20.8mm，但在其他實例中，可提供其他光圈大小。如同阻擋部件，可選取光圈之尺寸以阻擋非所需反射，同時提供對於S2及S3反射光束相對於「最佳聚焦」考慮因素可能的最大捕捉範圍。圖18B說明光圈740在正交於光束軸線之光束分光器524前面之一實例置放。

圖19及圖20展示附加用以阻擋S4反射之光束阻擋器620及阻擋S1反射之20.8mm×20.8mm光圈的結果。圖19展示來自頂部潛望鏡鏡面526處用於聚焦在樣品之頂部(表面S2)之光束的光點，且圖20展示來自頂部潛望鏡鏡面526處用於聚焦在樣品之底部(表面S3)之光束的光點。

儘管先前內容係關於聚焦在表面S2及S3之物鏡來說明，但不會始終達成完美聚焦，且因此可實施實例以顧及上部及下部樣品上方及下方的捕捉範圍。舉例而言，以上模型化亦假設適應在離開上部及下部樣品表面+/-25 μm內聚焦的「最佳聚焦」而進行。此「最佳聚焦」模型化確認上述結構足以在最佳聚焦操作下阻擋來自S1及S4表面之非所需反射。

圖21至圖24係說明在實例「最佳聚焦」捕捉範圍之頂部及底部處的影像感測器處之光點置放的圖式。在此例子中，模型化係關於+/-25μm之捕捉範圍執行。此等圖式展示11.26mm×11.26mm之影像感測器區域。圖21說明在物鏡位置離開S2 1.064mm之情況下聚焦在S2上時在捕捉範圍之頂部的用於成像之S2、S3反射光束在攝影機處之光點。圖22說明在物鏡位置離開S2 1.014mm之情況下聚焦在S2上時在捕捉範圍之底部的用於成像之S2、S3反射光束在攝影機處之光點。圖21及圖22說明離開理想聚焦位置的+/-25μm變化。圖23說明當聚焦在S3上時在捕捉範圍之頂部的用於成像之S2、S3反射光束在攝影機處之光點。圖24說明當聚焦在S3上時在捕捉範圍之底部的用於成像之S2、S3反射光束在攝影機處之光點。

如上所述，在利用多光束系統之聚焦追蹤操作中，量測光點間隔或該影像感測器上的聚焦追蹤光束之光點之間的距離以判定聚焦。因此，光點間隔之穩定性可為達成準確量測結果中之重要因素。光點間隔穩定性可受許多因素影響，該等因素諸如聚焦台(有時被稱作Z載台)之移動、隨時間變化的光點品質/形狀，及用以分解光點間隔之質心演算法之解析度。光點間隔穩定性之一個挑戰係光點固有地包括條紋。因雷射之模式跳躍所致，條紋圖案可改變，此引起光點輪廓隨時間之變化，該變化影響聚焦追蹤模組之光點間隔穩定性。在圖25A中說明此情況之實例，其說明光點條紋變化。此實例展示在OD 1.0 ND濾光片在適當位置情況下，以12mW功率、250μs曝光時間操作之雷射的光點條紋變化。

在通常被稱為放大自發性發射(ASE)之模式下操作雷射往往會提供更清晰的光點輪廓。在圖25B中說明此情況之實例。此實例係針對以500 μW、250μs曝光時間操作的同一雷射二極體(無ND濾光片)。在此模式下，源發射時間非相干光，因而表現地更像LED而非雷射，且具有5mm至10nm半高全寬(full width at half maximum；FWHM強度)之寬光學頻寬。然而，在ASE模式下操作有若干缺點，其係典型的預先存在成像系統不在此模式下操作的原因。首先，ASE模式並非雷射二極體之雷射模式，因此輸出功率極低。 ASE模式通常被定義為低於雷射臨限值之模式，雷射在該模式下不發生。因而，ASE模式之輸出時間非相干，且包括跨越廣譜之頻率分量。

圖26係說明在ASE模式下操作之雷射二極體之一實例的圖式。 在此實例中，雷射二極體以0.17mW操作且展現具有跨越大範圍波長的頻率分量之相對平坦的光譜(當與在雷射模式下操作之二極體相比時)。不存在單一操作模式且輸出不相干。光源中之不相干性可導致諸如破壞性干涉及色像差之非所要效應。另外，在ASE模式下操作可為根本不切實際的，此係因為沒有發射足夠的功率以產生強度足夠的光束。然而，存在其他應用，其中雷射可在ASE模式下操作。在此模式下，雷射二極體往往會表現地更像LED，因而其可用於某些應用。

圖27係說明在雷射模式下操作之同一雷射二極體之一實例的圖式。圖27之上半部分圖式說明以0.96mW操作之同一雷射二極體，且圖27之下半部分圖式說明以1.22mW操作之同一雷射二極體。在兩種情況下，輸出高度相干，具有工作頻率下之實際上單一主峰及幾乎可忽略的副峰。此與不具有主峰之ASE模式形成鮮明對比。

圖28係說明在混合模式下操作之雷射二極體之一實例的圖式。 圖28展示在此實例中以0.43mW操作之雷射。在此功率位準下，幾個主峰開始形成，但仍存在較強的副峰。如此圖式說明，雷射二極體不在較強的雷射模式，亦不在完全ASE模式下。功率位準位準仍可如上文定義為雷射臨限值，但 輸出並非完全相干。

因為ASE模式可產生功率不足夠之輸出，所以在ASE模式下操作在操作上不實際。如上所述，參看圖25A，然而，在雷射模式下操作掃描系統產生時間變化的條紋，此提供光點量測結果之不穩定性。

在圖29處說明此情況之實例，其根據本文中所描述之系統及方法的一個實例展示當對雷射二極體供電以在雷射模式下操作時的光點之形態的不穩定性。如此圖式中所示，影像感測器上之左邊光束光點的標準差係1.619個像素，且影像感測器上之右邊光束光點的標準差係.518個像素。然而，如左邊及右邊光點之圖形說明，每一光束之光點的運動自一個圖框至下一個圖框可係劇烈的，且實際上可移位若干個像素。在圖式之右手側的分佈影像中展示左邊光點之兩個鄰近圖框的光束輪廓。此等分佈影像說明光束光點置放之偏差如何隨時間推移出現。

因為焦點係藉由量測影像感測器上的左邊光點與右邊光點之間的距離來判定，所以光點置放之變化可導致聚焦追蹤之不準確性。在圖式之底部曲線圖中說明如圖29之頂部兩個曲線圖所示的左邊及右邊光束之移動的影響。此曲線圖展示相同數目個圖框中的左邊光點與右邊光點之間的距離(在本文中被稱為差量X)之變化。此展示1.178個像素的標準差，其產生具有95%信賴區間的+/-139nm之光點間隔穩定性(對於高斯群體為約2*標準差)。如圖式中所示，此計算為(1.178*1.96)/16.36μm=+/-141nm。16.36因數表示以像素/μm計之聚焦追蹤增益。該因數表示物鏡至樣品距離之每1μm位移獲得光點間隔的多少個像素。該因數用於將光點間隔之差量(像素)轉換至空間中的z方向上之差量(nm)。

諸位發明人已發現干擾條紋圖案由於如圖3A中所示的樣品容器之多層結構而產生。諸位發明人已進一步發現此係多個光束及/或散射光在多層 玻璃樣品容器內疊加的結果。無其他變化的樣品容器之位置(例如，在X及Y方向上)之變化可導致條紋的移動。

圖30A及圖30B說明雷射二極體在混合模式下操作時的光點移動之額外實例。特別地，圖30A及圖30B說明非模式跳躍之穩定雷射的更佳情境。 如圖30A中所說明，左邊光點之標準差降至0.069個像素，且右邊光點降至0.064個像素。如圖式上的上部兩個曲線圖指示，自圖框至圖框之光點移動通常小於一個像素。因為移動可為附加性的，所以左邊光點與右邊光點之間的差量X差可具有.122個像素之標準差。此將光點間隔穩定性降低至+/-15.2nm((0.122* 1.96)/16.36μm=+/-14.6nm)。此處，16.36係以像素/μm計之FTM增益。此係當物鏡在Z軸上移動1μm時所獲得的以像素計之差量X的量。此可用以將差量X之像素轉換至Z空間中的μm，反之亦然。另外，1.96係標準差之倍增因數以表示分佈(假設分佈係高斯分佈)之誤差的95%信賴區間。

在圖30B之實例中，左邊光點之標準差降至0.069個像素，且右邊光點亦降至0.069個像素。如圖式上的上部兩個曲線圖指示，自圖框至圖框之光點移動通常小於一個像素。因為移動可為附加性的，所以左邊光點與右邊光點之間的差量X差可具有.127個像素之標準差。此將光點間隔穩定性降低至+/-14.6nm((0.127* 1.96)/16.36μm=+/-15.2nm)。

如上文所提及，使雷射在預先存在的ASE模式下工作係不切實際的。亦如剛才所描述，準確度由於雷射二極體以高於雷射臨限值之功率位準工作而受損害，且此在模式跳躍出現(諸如，經由功率變化)的情況下尤其正確。然而，諸位發明人已發現，在介於ASE模式與完全雷射模式之間的混合模式下操作雷射提供足夠的光束強度用於影像感測器處之量測且提供增加之光點置放穩定性用於改進的量測準確性。此模式在一些例子中可藉由略微高於雷射二極體之雷射臨限值操作來達成。舉例而言，此可能略微超過雷射曲線之膝出 現，但仍足夠低，以使得功率之大部分處於ASE狀態下。此產生大量光仍具有較寬之光譜寬度的輸出，從而導致顯著減小之相干性。

與可用以嘗試達成相同效應之其他光源相比，在此混合模式下操作雷射可為有利的。雷射二極體趨於作為合乎需要的光源，此係因為該等雷射二極體展現高可靠性及低成本，此歸因於本領域中的不同公司大量地製造此類型之裝置。在此較低功率模式下操作雷射二極體甚至可使藉由雷射二極體可達成的典型高MTBF評分增加。因此，有可能達成具有以下各項之裝置的結果：極高的壽命及MTBF評分(雷射二極體特性與極低工作功率的組合)、低製造成本及消除由樣品容器之多層結構導致的干涉條紋之足夠短的相干長度。

表1係說明實施各種替代性解決方案情況下的光點間隔穩定性的圖式。量測之第一群組假設用以在雷射模式下操作的12mW之雷射功率、存在使光衰減之ND濾光片及250μs曝光。此處，質量或光點間隔穩定性之中心對於雜訊底限1為396.02nm且對於雜訊底限2為146.0nm。如該表說明，穩定性在添加了2D或1D高斯濾波之情況下得到改進。可添加高斯濾波器以減輕條紋之效應且提供更均勻的光點分佈。如此表亦說明，將雷射二極體之功率降低至0.5mW可減小質量中心誤差，此意謂更大的穩定性。特別地，在此實例中，質量中心誤差對於雜訊底限1減小至14.6nm且對於雜訊底限2減小至15.2nm。

與此實例中之12mW對照，以0.5mW操作雷射二極體意謂雷射並非真正地在雷射模式下。然而，此功率位準足夠高，以使得雷射二極體不在ASE模式下操作。實情為，在此功率範圍中，雷射可被稱作在混合模式或準雷射模式下操作。此對於雷射操作係不常見的。一般地，希望雷射在清楚地可識別之雷射模式下工作，且預先存在的系統操作雷射二極體且功率位準舒適地高於雷射臨限值。在此混合模式下操作雷射係反直覺且非典型的雷射操作。

圖31係說明5%全光譜寬度(5%處之FW)與各種雷射源之雷射功率的關係之一實例的圖式。如在此圖表中所見，5%處之FW隨著設定功率減小而增大。因此，各種實例經配置有雷射功率設定以在此混合模式下操作雷射，以在合理的時間量中提供足夠的光點強度用於影像感測器處之偵測，但充分地限制雷射功率以免產生引入光點置放中之非所需不穩定性的條紋圖案。因為較低強度需要較長的曝光時間來達成影像感測器處之充分讀出，所以降低雷射功率可不利地影響聚焦追蹤系統之延遲。因此，當判定是否提供足夠強度時，考慮完成聚焦追蹤量測所需的時間量及其是否充分地實現系統之延遲目標可能有用。應用於雷射以達成前述內容的功率量取決於指定之雷射二極體、影像感測器之敏感度及速度(出於延遲考慮)、系統的延遲需求以及系統的準確度需求。

其他實例可經實施具有雷射功率設定以操作雷射，使得一給定頻率下的雷射二極體輸出中之主峰具有介於大於該雷射二極體輸出中之任何副峰15%至100%之間的一正規化強度。在另外其他實例中，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準經選擇，以使得一給定頻率下的該雷射二極體輸出中之該主峰具有介於大於該雷射二極體輸出中之一副峰的一正規化強度15%至25%之間的一正規化強度。在另外其他實例中，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準經選擇，以使得一給定頻率下的該雷射二極體輸出中之該主峰具有介於大 於該雷射二極體輸出中之一副峰的一正規化強度約15%至100%之間的一正規化強度。在其他實例中，該雷射二極體光源操作所用的該功率位準經選擇，以使得一給定頻率下的該雷射二極體輸出中之該主峰具有介於大於該雷射二極體輸出中之一副峰的一正規化強度約15%至200%之間的一正規化強度。

可用於設定光源操作所用的功率之另一量度可為當滿足預定的聚焦追蹤延遲需求時，系統可容許的最大曝光時間。一般而言，隨著雷射操作所用的功率減小，光點邊緣效應之量亦減小，從而改進聚焦追蹤準確度。然而，在影像感測器處提供低於某一功率量的不足強度，以實現光點之偵測或實現足夠短的曝光時間中之偵測以滿足延遲需求。因此，功率設定可減小至所需對應曝光時間處於或接近聚焦追蹤操作中之系統延遲所允許的最大曝光時間時的點。在上文所提供之實例中，以0.5mW操作之光源的曝光時間係250μs。

雖然上文已描述了所揭示技術之各種實例，但應理解，該等實例已藉由實例呈現且並非限制性的。同樣地，各種圖式可描繪所揭示技術之實例架構或其他配置，可進行描繪以輔助理解可包括於所揭示技術中之特徵及功能性。所揭示技術不限於所說明之實例架構或配置，但所要特徵可使用多種替代性架構及配置來實施。實際上，熟習此項技術者將顯而易見可如何實施替代性功能性、邏輯或實體分割及配置以實施本文中所揭示之技術的所要特徵。 又，除本文中所描繪之名稱外的眾多不同構成模組名稱可應用於各種分區。另外，關於流程圖、操作描述及方法技術方案，步驟在本文中呈現之次序不應要求所揭示技術經實施以相同次序來執行列舉功能性，除非上下文另有規定。

儘管上文就各種實例配置及實施描述了所揭示技術，但應理解，在個別實例中之一或多者中所描述之各種特徵、態樣及功能性在其適用性上不限於對其進行描述時所涉及之特定實例，而是可單獨或以各種組合應用於所揭示技術之其他實例中之一或多者，無論此等實例是否進行了描述，以及此 等特徵是否作為所描述實例之一部分而呈現。因此，本文中所揭示之技術之廣度及範圍應不由上述實例中之任一者來限制。

除非另有明確規定，否則本文件中所使用之術語及片語及其變體應解釋為與限制性相反之開放式。作為前述內容之實例：術語「包括」應理解為意謂「包括，但不限於」或其類似者；術語「實例」用以提供所論述之項目的例示性例子，而非該項目之詳盡或限制性清單；術語「一」應理解為意謂「至少一個」、「一或多個」或其類似者；且諸如「預先存在」、「傳統」、「一般」、「標準」、「已知」及具類似含義之術語的形容詞不應解釋為將所描述項目限於給定時間段或限於截至給定時間可獲得之項目，而是應理解為涵蓋現在或在未來之任何時間可獲得或已知的預先存在、傳統、一般或標準技術。術語包含在本文中意欲為開放式的，不僅包括列舉之要素，而且亦包括任何其他要素。同樣，在本文件提及一般熟習此項技術者將顯而易見或已知之技術時，此等技術涵蓋現在或在未來之任何時間對熟練技術人員顯而易見或已知之技術。

術語「耦接」指直接或間接的結合、連接、緊固、接觸或連結，且可指各種形式之耦接，諸如實體、光學、電氣、流體、機械、化學、磁性、電磁、光學、通信或其他耦接，或前述各者之組合。在指定一個形式之耦接的情況下，此並不暗示排除其他形式之耦接。舉例而言，實體地耦接至另一組件之一個組件可指代該兩個組件之間的實體附接或接觸(直接地或間接地)，但不排除該等組件之間的其他形式之耦接，諸如亦以通信方式耦接該兩個組件之通信鏈路(例如，RF或光學鏈路)。同樣地，各種術語本身並不意欲相互排除。舉例而言，流體耦接、磁耦接或機械耦接以及其他可為實體耦接之一形式。

在一些例子中，拓寬詞語及片語，諸如「一或多個」、「至 少」、「但不限於」或其他類似片語，之存在不應理解為意謂在可能不存在此等拓寬片語之例子中預期或需要較狹窄情況。術語「組件」之使用不暗示描述或主張作為組件之部分的元件或功能性應全部配置在共同封裝中。實際上，組件之各種元件(包括結構元件)中的任一者或全部可組合於單一封裝中或分開地維持，且可進一步分佈於多個分組或封裝中。

應瞭解，前述概念(假設此等概念相互不一致)之所有組合預期為本文中所揭示之發明性標的物的部分。詳言之，在本發明結尾處出現的所主張標的物之全部組合預期為本文中所揭示之發明性標的物的部分。

貫穿包括申請專利範圍之本發明所使用的術語「實質上」及「約」用以描述且考量諸如歸因於處理中之變化的小波動。舉例而言，其可指小於或等於±5%，諸如小於或等於±2%、諸如小於或等於±1%、諸如小於或等於±0.5%、諸如小於或等於±0.2%、諸如小於或等於±0.1%、諸如小於或等於±0.05%。

另外，關於實例圖及其他說明來描述本文中所闡述之各種實例。如一般熟習此項技術者在閱讀本文件之後將變得顯而易見，可實施所說明之實例及其各種替代方案而不限於所說明之實例。舉例而言，方塊圖及其隨附描述不應被視為要求特定架構或配置。

270:雷射

272:光束分光器稜鏡

274:繞射光柵

276:平頂或達夫(dove)稜鏡

277:光束分光器

279:鏡

280:接收稜鏡

282:接收稜鏡

284:影像感測器

Claims (21)

1. 一種成像系統，其包含：雷射二極體光源，其可在放大自發性發射模式下和在雷射模式下操作，所述放大自發性發射模式具有跨越一範圍的波長且沒有單一主峰的頻率分量，所述雷射模式在操作頻率下具有單一主峰；物鏡，其經定位以將來自所述雷射二極體光源之聚焦追蹤光束引導至樣品容器中的位置上且接收自所述樣品容器中的所述位置反射的所述聚焦追蹤光束；及影像感測器，其包含複數個像素位置，所述複數個像素位置用以接收反射離開所述樣品容器中的所述位置之聚焦追蹤光束，其中反射的所述聚焦追蹤光束在所述影像感測器上產生光點；其中所述雷射二極體光源以一功率位準操作，所述功率位準高於用於在所述放大自發性發射模式下操作之功率位準且低於在所述雷射模式下操作之功率位準。
2. 如請求項1所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準在介於高於所述雷射二極體光源之雷射臨限電流約2%至10%之間的輸入電流下。
3. 如請求項1或2所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源的雷射工作電流係設定成介於高於所述雷射二極體光源之雷射臨限電流約0.6mA與3.0mA之間。
4. 如請求項1或2所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源的功率位準經設定以使得約5%處的雷射光譜全寬大於2nm。
5. 如請求項1或2所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得給定頻率下的所述雷射二極體光源的主峰 具有介於大於所述雷射二極體光源所輸出的任何副峰約15%至100%之間的正規化強度。
6. 如請求項1或2所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得給定頻率下的所述雷射二極體光源所輸出的主峰具有介於大於所述雷射二極體光源所輸出的副峰約15%至25%之間的正規化強度。
7. 如請求項1或2所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得給定頻率下的所述雷射二極體光源所輸出的主峰具有介於大於所述雷射二極體光源所輸出的副峰約15%至100%之間的正規化強度。
8. 如請求項1或2所述之成像系統，其進一步包含光束分光器，所述光束分光器用以將來自所述雷射二極體光源之所述聚焦追蹤光束分裂成至少兩個聚焦追蹤光束以被反射離開所述樣品容器中的所述位置且在所述影像感測器上提供至少兩個光點，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得所述影像感測器上之所述至少兩個光點的光點間隔小於18nm。
9. 如請求項1或2所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得所述影像感測器上之所述光點上的邊緣效應之量小於整個分佈中的約10%峰間值。
10. 如請求項1或2所述之成像系統，其進一步包含窗式sinc濾波器或布萊克曼窗濾波器，所述濾波器以通信方式耦接至所述影像感測器。
11. 如請求項1或2所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準係選擇為所述影像感測器感測所述聚焦追蹤光束之小於約250μs的曝光時間的功率。
12. 一種成像系統，其包含： 雷射二極體光源，其可在放大自發性發射模式下和在雷射模式下操作，所述放大自發性發射模式具有跨越一範圍的波長且沒有單一主峰的頻率分量，所述雷射模式在操作頻率下具有單一主峰；光束分光器，其在一位置處安置於所述成像系統中以接收來自所述雷射二極體光源之聚焦追蹤光束且將所述聚焦追蹤光束分裂成至少兩個聚焦追蹤光束；物鏡，其經定位以將來自所述雷射二極體光源之所述至少兩個聚焦追蹤光束引導至樣品容器中的一位置上且接收自所述樣品容器中的所述位置反射的所述至少兩個聚焦追蹤光束；影像感測器，其包含複數個像素位置，所述複數個像素位置用以接收反射離開所述樣品容器中的所述位置之所述聚焦追蹤光束，其中反射的所述至少兩個聚焦追蹤光束在所述影像感測器上產生至少兩個光點；其中所述雷射二極體光源操作所用的功率位準經選擇為高於所述放大自發性發射模式下操作之功率位準且低於在所述雷射模式下操作之功率位準，以使得所述影像感測器上之所述至少兩個光點的光點間隔小於約20nm。
13. 如請求項12所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得所述影像感測器上之所述至少兩個光點的光點間隔介於約15nm與17nm之間。
14. 如請求項12所述之成像系統，其進一步包含窗式sinc濾波器電路或布萊克曼窗濾波器電路，所述濾波器電路以通信方式耦接至所述影像感測器。
15. 如請求項12所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得所述影像感測器上之所述至少兩個光點之每一者上的邊緣效應之量小於橫跨所述至少兩個光點之每一者的分佈中的約10% 峰間值。
16. 如請求項12至15中的任一項所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得所述影像感測器上的所述至少兩個光點中之每一者之位置之標準差小於所述影像感測器之像素大小的10%。
17. 如請求項12至15中的任一項所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準經選擇，以使得所述影像感測器上之所述至少兩個光點的光點間隔小於所述影像感測器之像素大小的約5%。
18. 如請求項12所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源操作所用的所述功率位準係選擇為所述影像感測器感測所述至少兩個聚焦追蹤光束中的一聚焦追蹤光束所需之小於約250μs的曝光時間的功率。
19. 如請求項12所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源的所述功率位準設定成低於對應於條紋開始時的功率位準。
20. 如請求項12所述之成像系統，其中所述雷射二極體光源的雷射工作電流係設定成介於高於所述雷射二極體光源之雷射臨限電流約0.6mA與3.0mA之間。
21. 如請求項19所述之成像系統，其中所述功率位準經設定以使得約5%處的雷射光譜全寬大於2nm。

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