[发明专利]具有加速跟踪的高速扫描系统

说明书

本文公开了一种高通量光学扫描装置及其使用方法。本文提供的光学扫描装置和使用方法可以允许以高分辨率对连续移动的物体进行高通量扫描，即使平台速度有波动。这可以帮助对诸如包含荧光团的生物芯片等基板进行高通量扫描。本文还提供了改进的光学中继系统和扫描光学器件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月3日提交的美国临时申请号62/467,048的权益，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及用于在光学系统中生成连续移动基板的稳定图像的方法和仪器。

背景技术

典型的单分子、单荧光灵敏度生物荧光光学扫描系统需要具有长曝光时间的低噪声相机。这些系统通常需要位于花岗岩或等同物上的高精度和稳定的成像平台。此外，这些系统采用“分步重复”分级，这需要高加速度和减速度以及高质量，以实现多个场的高通量、稳定成像。要在高放大率下在短时间(约5分钟)内扫描大面积芯片(2000mm²)，需要帧成像时间比分步重复系统允许的更短。

需要“动态图像”方法来防止由于分步重复系统固有的平台加速和稳定时间而导致的通量损失。传统动态图像应用需要能够提供接近恒定(约+/-0.05％)速度的样品平台，以及在样品移动时对样品进行成像的扫描光学器件。如果平台速度在其整个行进中不是接近恒定的，则扫描光学器件将不会随着平台移动对样品的完全相同区域进行成像。这可能导致模糊的图像(例如，具有约+/-3个像素的像素拖影(pixel smear))。这个问题通常通过利用昂贵的平台来解决，该平台通过使用重型平台和强大的平台驱动来提供接近恒定的速度。遗憾地是，这增加了产品的成本并使得用作台式系统变得不切实际。

典型的低成本、紧凑和/或轻便平台构建有具有诸如凹陷、毛刺、加工凹槽、凹坑和畸形腔等各种表面不规则处的组件。这些不规则处通常导致速度不恒定。例如，平台道路上的毛刺或凹坑将导致平台暂时减速，并继而在返回其遇到不规则处之前具有的速度之前可能加速。由于生成不可接受的图像模糊水平，平台的速度波动使得这些低成本、较小组件的使用与当前的动态图片高通量扫描方法不兼容。

因此，需要的是改进的扫描光学器件，其增加速度波动容限，允许使用具有单荧光灵敏度的动态图像扫描在更小型、轻便且低成本的光学扫描系统中获得具有高稳定性(例如，降低的像素拖影)的图像。

发明内容

本发明至少部分地基于新方法和装置的发现以减少在移动平台上的物体成像中的像素拖影。

因此，本文提供了一种用于对移动基板成像的光学扫描系统，包括：平台，所述平台能够沿轴移动，所述平台被配置成保持包括多个场的基板；物镜；相机，所述相机能够通过所述物镜获取所述多个场中的一个的图像，所述图像在所述图像的获取期间经由从所述多个场中的一个通过所述物镜到所述相机所限定的光路获取；速度跟踪镜，所述速度跟踪镜沿所述光路安装；第一电马达，所述第一电马达可操作地耦合到所述速度跟踪镜，以在所述光路中沿平台移动的所述轴调整所述跟踪镜的角度；控制器模块，所述控制器模块可操作地耦合到所述第一电马达以将第一驱动信号发送到所述第一电马达，其中所述第一驱动信号是沿所述轴的所述平台移动的速度测量值的函数；加速度跟踪镜，所述加速度跟踪镜沿所述光路安装；第二电马达，所述第二电马达可操作地耦合到所述加速度跟踪镜，以在所述光路中沿平台移动的所述轴调整所述加速度跟踪镜的角度，其中所述控制器模块可操作地耦合到所述第二电马达以将第二驱动信号发送到所述第二电马达，其中所述第二驱动信号是沿所述轴的平台速度变化的函数。

在一些实施方式中，所述第一驱动信号或所述第二驱动信号是电信号。在一些实施方式中，所述第一驱动信号包括非正弦波形。在一些实施方式中，所述非正弦波形是锯齿波。在一些实施方式中，所述第一电马达是检流计。在一些实施方式中，所述第二电马达是压电致动器。在一些实施方式中，所述第一电马达或所述第二电马达是双轴马达。