CN108132507A - 一种物镜减振结构及基因测序光学平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种物镜减振结构及基因测序光学平台，所述物镜减振结构设置在基因测序光学平台的光学板和电机座组件之间，包括物镜、阻尼机构、固定机构、振动源；其中，所述振动源为运动机构，其运动造成物镜的振动；所述固定机构用于固定阻尼机构，并且设置在物镜的外部；所述阻尼结构设置在物镜的侧面，直接抵住物镜。用以解决基因测序仪高速扫描时物镜振动造成的图像模糊问题，并使基因测序时间大大缩短。
Description
技术领域
本发明涉及夹具减振领域和基因测序技术领域，具体涉及一种基因测序仪光学***中扫描平台运动后物镜快速稳定机构，以及带有物镜快速稳定机构的光学平台。
背景技术
现有显微成像***，尤其是基因测序的光学***中，都会将成像***和待测样品(测序芯片)安装台连接到一起，形成一个刚性结构体，同时用减振垫与支撑机构连接，以避免外界振动源(例如风扇、电机等)导致光学***振动，以及成像***和待测样品安装台之间的相对运动，进而造成的成像模糊。而对于需要对样品(测序芯片)在XY平面进行扫描的显微成像***来说，扫描运动机构(例如伺服电机、步进电机等)工作在刚性结构体内部，带来的振动激励无法避免，尤其是在高速扫描时，振动激励很大。对于景深较小的应用(例如基因测序)来说，XY平面扫描中带来的微小Z轴(工作距离)变化会导致成像质量下降，因此需要在物镜上安装沿Z轴方向的运动机构实现对焦。压电陶瓷电机是一种可以实现高精度、高速度运动的机构，普遍用来实现显微成像***的对焦，但其在XY平面的刚性较小，导致上文所述的XY平面扫描振动激励传导到压电陶瓷电机上，带动物镜振动，且振动持续时间较长，必须等到振动停止后才能开始对样品拍照。物镜一般需要一秒钟左右甚至更长的时间才能完全停稳。物镜停稳后，光学***才能正常拍照。本发明提供一种物镜减振结构，通过在物镜的侧面安装一个阻尼装置，可以使得物镜振动迅速降低达到稳定状态，减少物镜的振动稳定时间，大大减少了测序扫描时间。
目前现有光学扫描装置，可能存在电机运动导致的物镜振动，但是由于光学***的自身原因对从电机运动到可以拍照的整个时间不要求特别短，所以一般不要求很快稳定，他们大多每张照片的拍照时间间隔在几秒钟，这么长的时间不需要减振结构就可以稳定。。
现有的基因测序仪光学平台和扫描运动***中，运动控制部件和物镜会集成在同一个组件组件中，运动控制部件会造成物镜的振动。一般生物芯片固定在运动平台上，运动平台运动到位后，压电陶瓷电机带动物镜对焦，相机拍照。然而这一过程中，物镜固定在压电陶瓷电机上，由于物镜一端固定，属于悬臂结构，且重量较大，一旦与光学平台刚性连接的运动平台运动，会对光学平台产生水平方向的冲击力，所产生的振动会使物镜在水平方向上摆动，振幅由大到小，即使运动平台停止运动，物镜也会需要一秒钟左右才能完全停稳。物镜停稳后，光学***才能正常拍照。测序中需要很多次这样的平台运动到位-Piezo电机带动物镜对焦-相机拍照的过程，累积下来，使整个***测序时间大大延长。这时就非常需要一种结构来加快物镜停稳。基因测序仪需要拍摄大量的图片，这样就希望尽量降低每张照片的拍摄周期，从而减少总体的拍照的时间，因此需要减振结构使其快速稳定。减振结构可以让物镜在几十毫秒内快速停止振动，只有物镜完全停止振动时拍照的照片才不会模糊，从而达到光学***需求，实现高速扫描和拍照。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物镜减振结构，也就是一种可以使物镜快速停稳的结构，用以解决基因测序仪高速扫描时物镜振动造成的图像模糊问题，使物镜加快停稳，从而使基因测序时间缩短。
本发明为实现上述技术目的，提供如下技术方案：
一种物镜减振结构，其特征在于，包括物镜、阻尼机构、固定机构、振动源；其中，所述
振动源为运动机构，其运动造成物镜的振动；所述固定机构用于固定阻尼机构，并且设置
在物镜的外部；所述阻尼结构设置在物镜的侧面，直接抵住物镜。
根据优选的实施方式，所述阻尼机构设置在固定机构的内部，依次设置接触件和弹性体。
根据优选的是实施方式，所述减振机构的振动源为电机，电机运动的同时造成物镜的振动。
根据优选的是实施方式，还包括对焦机构，所述对焦机构为与物镜相连的对焦电机。
根据优选的是实施方式，所述阻尼装置为钢珠和弹簧组合结构，或者弹性钢片结构，或者硬质无规则物体与胶垫的组合。
根据优选的是实施方式，所述固定结构为一个能够使物镜***其中的固定座，该固定座的内孔稍大于物镜的外径；在该固定座的一横截面上，开有沿圆周半径方向的通孔，这些通孔均匀排布在圆周上；所述阻尼机构为在固定结构的通孔中从内向外依次放置接触件、弹性体和堵件，使接触件抵住物镜的侧面。
本专利公开了一种基因测序光学平台，其包括前面任一项所述的高速扫描物镜的减振结构。根据优选的是实施方式，所述基因测序光学平台包括光学板和安装在光学板上的对焦电机组件，在对焦电机组件和光学板之间设置有前面任一所述的物镜减振结构，该物镜减振机构与光学板固定连接，物镜减振结构的固定座环绕物镜，物镜固定在对焦电机组件上。
根据优选的是实施方式，所述对焦电机组件包括电机座、对焦电机和物镜，对焦电机通过螺钉固定于电机座上，而电机座通过螺钉固定安装在光学板上；对焦电机组件上设有用于连接物镜的螺纹孔；物镜通过螺纹孔固定在对焦电机组件上。
根据优选的实施方式，所述的电机优选为Piezo电机。
本专利公开了一种基因测序方法，其利用前面所述的高速扫描物镜的减振结构的光学***进行测序。从而达到了大大缩减测序时间的目的。
对焦电机组件可以通过驱动Piezo电机带动物镜快速运动，从而实现精准对焦。本发明的物镜减振结构是一种减振固定座组件，是通过弹性体减振来实现的。原理就是当外界水平力冲击物镜，使物镜水平摆动时必然会推动顶件，弹性体压缩，物镜摆动达到最大位置时，弹性体压缩量最大，之后开始释放弹性势能使物镜反向运动，推动对面顶件压缩弹性体，这样反复运动，由于每次运动都会大量消耗物镜动能，从而达到加快物镜停稳的目的。由于有顶件的存在，顶件与物镜之间摩擦力很小，物镜沿Z轴方向运动一般是几十微米，此结构对物镜Z轴方向的运动不受影响。
本发明的有益效果：
经过实验对比，同样的水平冲击力造成物镜振动，装上本发明的钢珠减振环固定座组件，物镜完全停稳时间只有原来时间的十分之一，大大缩短了测序时间。
(1)本装置主要用于高速扫描物镜的减振，可以将高速扫描带来的物镜振动时间缩减到原来时间的十分之一。
(2)本装置可以降低高速扫描物镜中的电机的刚性需求。
(3)降低了运动控制部件的成本。本装置降低了与光学***紧密相关的运动控制***难度，降低运动控制***的成本。
同时，加装本发明的减振固定座组件，降低了对Piezo电机的刚性要求。以前高性能Piezo电机都满足不了需求，现只需要选择一款最经济最实惠的Piezo电机就可以满足使用需求。本发明的减振固定座组件结构的应用大幅降低了设备成本。
附图说明
图1是本发明实施例中电机座组件的结构示意图。
图2是本发明实施例中作为物镜减振结构的减振固定座组件示意图。
图3是本发明实施例中电机座组件和减振固定座组件组装后的截面图。
图4是本发明实施例中基因测序光学平台的结构示意图。
图中，1-电机座，2-Piezo电机，3-物镜，4-固定座，5-光学板，6-顶件，7-弹性体，8-堵件，9-锁定件。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例进一步说明本发明的技术方案，但不以任何方式限制本发明的范围，本发明的保护范围由所附权利要求书界定。
电机座组件如图1所示，包括电机座1、Piezo电机2、物镜3。Piezo电机2通过四根螺钉与电机座1相连接，物镜3上端有螺纹可以紧固在Piezo电机2的螺纹孔上。Piezo电机2是物镜对焦的动力源，此电机结构紧凑、尺寸较小，可以实现纳米级控制且运动时间短。但实验表明在XY方向的刚性不足，且由于受结构影响物镜3必须吊装固定在Piezo电机2上，使其在XY方向的刚性更弱。这样就必须有物镜减振结构的技术应用。
物镜减振结构是一个减振固定座组件，如图2所示，包括固定座4、顶件6、弹性体7、堵件8和锁定件9组成。顶件6放入固定座4的侧面的通孔中，之后放入弹性体7，拧上堵件8，堵件8采用平端紧定螺丝，其末端与固定座4的端面齐平，最后装上锁定件9并锁紧。锁定件9也是平端紧定螺丝，***通孔上方的垂直槽孔中，锁定堵件8。如图3所示，固定座4侧面共设3个通孔，两两之间间隔120度角。
图4是测序光学平台的组装示意图，减振固定座组件安装在光学板5上。电机座组件中物镜3上端拧紧在电机2的螺纹孔中，并***固定座4中之后，电机座1通过螺丝安装在光学板5上。组合之后，就可以实现相应功能。
实施例1
物镜减振结构技术可以实现物镜在几十毫秒内稳定，。该技术的应用可以将高速扫描带来的物镜振动时间缩减到原来时间的十分之一。
实施例2
物镜减振结构的阻尼装置可以是钢珠和弹簧结构。固定结构为一个能够使物镜***其中的固定座，该固定座的内孔稍大于物镜的外径；在该固定座的一横截面上，开有沿圆周半径方向的通孔，这些通孔均匀排布在圆周上；阻尼机构为在固定结构的通孔中从内向外依次放置钢珠、弹簧和堵件，使接触件抵住物镜的侧面。如没有物镜减振结构，物镜需要一秒钟左右才能完全停稳。后来通过减重、增加结构强度、降速等技术，可以从1S降低700毫秒。但其效果远不如物镜减振结构技术的应用。
Claims (10)
1.一种高速扫描物镜的减振结构，其特征在于，
包括物镜、阻尼机构、固定机构、振动源；
其中，所述振动源为运动机构，其运动造成物镜的振动；
所述固定机构用于固定阻尼机构，并且设置在物镜的外部；
所述阻尼结构设置在物镜的侧面，直接抵住物镜。
2.根据权利要求1所述的减振结构，其特征在于，所述阻尼机构设置在固定机构的内部，依次设置接触件和弹性体。
3.根据前面任一项权利要求所述的减振结构，其特征在于，所述减振机构的振动源为电机，电机运动的同时造成物镜的振动。
4.根据前面任一项权利要求所述的减振结构，其特征在于，还包括对焦机构，所述对焦机构为与物镜相连的对焦电机。
5.根据权利要求1所述的减振结构，其特征在于，所述阻尼装置为钢珠和弹簧组合结构，或者弹性钢片结构，或者硬质无规则物体与胶垫的组合。
6.根据前面任一项权利要求所述的减振结构，其特征在于，所述固定结构为一个能够使物镜***其中的固定座，该固定座的内孔稍大于物镜的外径；在该固定座的一横截面上，开有沿圆周半径方向的通孔，这些通孔均匀排布在圆周上；所述阻尼机构为在固定结构的通孔中从内向外依次放置接触件、弹性体和堵件，使接触件抵住物镜的侧面。
7.一种基因测序光学平台，其特征在于，包含权利要求1-6任一项所述的高速扫描物镜的减振结构。
8.根据权利要求7所述的光学平台，其特征在于，包括光学板和安装在光学板上的对焦电机组件，在对焦电机组件和光学板之间设置有权利要求1～6中任一所述的物镜减振结构，该物镜减振机构与光学板固定连接，物镜减振结构的固定座环绕物镜，物镜固定在对焦电机组件上。
9.根据权利要求8所述的光学平台，其特征在于，所述对焦电机组件包括电机座、对焦电机和物镜，对焦电机通过螺钉固定于电机座上，而电机座通过螺钉固定安装在光学板上；对焦电机组件上设有用于连接物镜的螺纹孔；物镜通过螺纹孔固定在对焦电机组件上。
10.一种基因测序方法，其特征在于，利用包含权利要求1-6任一项所述的高速扫描物镜的减振结构的光学***进行测序。
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