基因测序仪的成像镜头、基因测序仪和基因测序系统的制作方法

1.本发明涉及基因检测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基因测序仪的成像镜头、基因测序仪和基因测序系统。


背景技术：

2.在基因检测过程中，通常使用基因测序仪检测承载有待检测样本的生物芯片。该生物芯片通常包含多个分别承载有待检测样本的表面。如果想要对多个表面上的待检测样本都进行清晰成像，则需要对基因测序仪的成像系统进行多次调焦。
3.例如，在前述的多个表面包括第一表面和第二表面的情况下，当检测该生物芯片时，生物芯片的第一表面、第二表面和基因测序仪的物镜处于同一光轴上。由于物镜景深较短，当第一表面处于物镜的景深范围内时，第二表面可能就会处于该景深范围外。
4.在这种情况下，如果只进行一次调焦，就只能对第一表面和第二表面中的一个进行清晰成像，若要对另一个表面清晰成像，则需将物镜重新对焦。此种重新对焦的过程，将耗费检测人员大量的时间和精力，从而降低检测效率。
5.还有就是，物镜是以生物芯片某一表面(通常为第一表面)的成像条件来设计的，因此，当物镜设计的生物芯片表面(第一表面)处于物镜的景深范围内时，其像质可以达到衍射极限；但是，当非物镜设计的生物芯片表面，即生物芯片的其他表面，例如第二表面，处于物镜的景深范围内时，其像质通常无法达到衍射极限。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是至少解决上述问题，并提供相应的有益效果。
7.本发明的另一个目的是，提供一种基因测序仪的成像镜头、基因测序仪和基因测序系统，至少解决了如何使生物芯片多表面成像像质均能够达到衍射极限，以及在实现对生物芯片多表面清晰成像的基础上减少物镜对焦次数的技术问题，可以将物镜对焦次数减少为一次。本发明主要通过以下诸方面中的技术方案实现：
8.<本发明的第一方面>
9.本发明第一方面提供了一种基因测序仪的成像镜头，包括：
10.物镜、补偿镜组和与所述物镜位于同一光轴的筒镜，其中，
11.所述补偿镜组能够进入或者移出所述光轴；
12.当所述补偿镜组进入所述光轴时，所述补偿镜组位于所述物镜与所述筒镜之间。
13.本发明提供的基因测序仪的成像镜头，通过在物镜和筒镜之间加入补偿镜组，来校正基因测序仪的成像镜头对非物镜设计的生物芯片表面成像时所产生的像差，使得基因测序仪的成像镜头对该表面的成像像质能够达到衍射极限。并且，在物镜设计的生物芯片表面与非物镜设计的生物芯片表面均能达到衍射极限的同时，物镜设计的生物芯片表面与非物镜设计的生物芯片表面的放大倍率能够保持相同，以方便后期的数据处理。
14.另外，本发明通过调整补偿镜组与物镜、筒镜之间的相对位置，来调节基因测序仪
的成像镜头的焦距，即在基因测序仪的成像镜头成像过程中，物镜与筒镜在经过一次调焦以后位置不再变动，此时，补偿镜组偏离(也即移出)物镜与筒镜的光轴，由此，能够获得第一个成像清晰的区域；当补偿镜组进入物镜与筒镜之间，与物镜和筒镜位于同一光轴时，基因测序仪的成像镜头的焦距能够在不对物镜和筒镜进行重新对焦的前提下产生变化，由此，能够获得第二个成像清晰的区域。基于此，本发明能够在实现对生物芯片多表面清晰成像的基础上减少物镜对焦次数。
15.还有就是，补偿镜组只需移动至与物镜位于相同的光轴，或者移出该光轴即可，这种移动过程相比于物镜的对焦过程来说，是比较简单、且不耗费人过多的时间和精力的过程。
16.在一些技术方案中，所述物镜设计的生物芯片表面为生物芯片的第一表面，所述非物镜设计的生物芯片表面为生物芯片的第二表面。
17.在一些技术方案中，所述补偿镜组包括具有负光焦度的第一双胶合透镜和具有正光焦度的第二双胶合透镜。
18.通过上述技术方案，补偿镜组结构简单，加入基因测序仪的成像镜头是一种简单的设计，便于实现。
19.在一些技术方案中，所述第一胶合透镜由平凸透镜和第一双凹透镜胶合而成。
20.在一些技术方案中，所述平凸透镜设置为靠近物镜一侧的表面为平面，靠近筒镜一侧的表面为凸面。
21.在一些技术方案中，所述第二双胶合透镜由双凸透镜和第二双凹透镜胶合而成。
22.在一些技术方案中，所述平凸透镜、所述第一双凹透镜、所述双凸透镜和所述第二双凹透镜的焦距分别满足以下条件：
23.‑
0.062<f1/f0<
‑
0.051；
24.0.036<f2/f0<0.047；
25.‑
0.033<f3/f0<
‑
0.027；
26.0.047<f4/f0<0.061；
27.其中，f0为所述补偿镜组的组合焦距，f1为所述平凸透镜的焦距，f2为所述第一双凹透镜的焦距，f3为所述双凸透镜的焦距，f4为所述第二双凹透镜的焦距。
28.在一些技术方案中，所述补偿镜组沿物方到像方的长度为20mm。
29.<本发明的第二方面>
30.本发明第二方面提供了一种基因测序仪，包括：
31.第一方面所述的基因测序仪的成像镜头。
32.<本发明的第三方面>
33.本发明第三方面提供了一种基因测序系统，包括：
34.生物芯片；和
35.第二方面所述的基因测序仪，所述基因测序仪用于检测放置于所述生物芯片的待检测样本。
36.本发明的实施例至少具备以下有益效果：
37.本发明提供的基因测序仪的成像镜头，通过在物镜和筒镜之间加入补偿镜组，来校正基因测序仪的成像镜头对非物镜设计的生物芯片表面成像时所产生的像差，使得基因
测序仪的成像镜头对该表面的成像像质能够达到衍射极限。并且，在物镜设计的生物芯片表面与非物镜设计的生物芯片表面均能达到衍射极限的同时，物镜设计的生物芯片表面与非物镜设计的生物芯片表面的放大倍率能够保持相同，以方便后期的数据处理。
38.另外，本发明通过调整补偿镜组与物镜、筒镜之间的相对位置，来调节基因测序仪的成像镜头的焦距，即在基因测序仪的成像镜头成像过程中，物镜与筒镜在经过一次调焦以后位置不再变动，此时，补偿镜组偏离(也即移出)物镜与筒镜的光轴，由此，能够获得第一个成像清晰的区域；当补偿镜组进入物镜与筒镜之间，与物镜和筒镜位于同一光轴时，基因测序仪的成像镜头的焦距能够在不对物镜和筒镜进行重新对焦的前提下产生变化，由此，能够获得第二个成像清晰的区域。基于此，本发明能够在实现对生物芯片多表面清晰成像的基础上减少物镜对焦次数。
39.还有就是，补偿镜组只需移动至与物镜位于相同的光轴，或者移出该光轴即可，这种移动过程相比于物镜的对焦过程来说，是比较简单、且不耗费人过多的时间和精力的过程。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明中补偿镜组与物镜和筒镜不在同一光轴的结构图；
42.图2为本发明中补偿镜组与物镜和筒镜位于同一光轴的结构图；
43.图3为本发明的补偿镜组的放大图；
44.图4为图1的a部放大图；
45.图5为图2的b部放大图；
46.图6本发明的基因测序仪的成像镜头对生物芯片第一表面清晰成像的点列图；
47.图7本发明的基因测序仪的成像镜头对生物芯片第二表面清晰成像的点列图；
48.附图标记说明：
49.1、基因测序仪的成像镜头；
50.10、物镜；
51.20、补偿镜组；21、第一双胶合透镜；211、平凸透镜；212、第一双凹透镜；22、第二双胶合透镜；221、双凸透镜；222、第二双凹透镜；
52.30、筒镜；
53.o、光轴；
54.u、第一表面；
55.l、第二表面。
具体实施方式
56.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
57.本技术实施例的说明书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一双胶合透镜和第二双胶合透镜是用于区别不同的双胶合透镜，而不是用于描述双胶合透镜的特定顺序；再如，第一表面和第二表面是用于区别生物芯片中不同的表面，而不是用于描述生物芯片中表面的特定顺序。
58.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
59.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
60.除以上所述外，仍需要强调的是，在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
61.为了更好地理解本发明提供的技术方案，在此对本文中出现的术语进行相应地说明：
62.景深：指的是在物镜物方(焦点的前、后)有一段一定长度的空间，在这段空间内的物体，其呈现在像方的影象模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内(容许弥散圆的限定范围，即可接受的清晰范围)，这段空间的长度就是景深。换言之，即是沿物方到像方光轴的纵深方向，物体前后可以接受的清晰范围。
63.物镜设计的生物芯片表面：指的是在生物芯片中，能够在处于物镜的景深范围内的同时，不需借助其他外部设备，其像质即可达到衍射极限的表面。在本文中，本文所提及的物镜设计的生物芯片表面可以是第一表面。
64.非物镜设计的生物芯片表面：指的是在生物芯片中，处于物镜的景深范围内的同时，需要借助其他外部设备，其像质才可以达到衍射极限的表面。在本文中，本文所提及的非物镜设计的生物芯片表面可以是第二表面，或者生物芯片的其他表面。
65.以下结合附图对本发明进行详细的说明。
66.<基因测序仪的成像镜头>
67.如图1和图2所示，为本发明提供的基因测序仪的成像镜头1的结构图。在图2中，所述基因测序仪的成像镜头1包括物镜10、补偿镜组20和与所述物镜10位于同一光轴o的筒镜30。其中，所述补偿镜组20能够进入或者移出所述光轴o。当所述补偿镜组20进入所述光轴o时，所述补偿镜组20位于所述物镜10与所述筒镜30之间。
68.所述物镜10可以是na(数值孔径)为0.75，放大倍率为20倍的物镜10。其用于将从所述筒镜30的出光面出射的光线聚焦到对应的生物芯片上。
69.所述补偿镜组20包括具有负光焦度的第一双胶合透镜21和具有正光焦度的第二双胶合透镜22，如图3所示。其中，所述第一双胶合透镜21可以是平凸透镜211和第一双凹透镜212胶合而成；所述第二双胶合透镜22可以是双凸透镜221和第二双凹透镜222胶合而成。所述平凸透镜211可以被设置为靠近物镜10一侧的表面为平面，靠近筒镜30一侧的表面为凸面。
70.所述筒镜30可以是thorlabs无限远矫正套筒透镜ttl200。
71.关于本发明提供的基因测序仪的成像镜头1对多表面清晰成像的实现过程可以按照如下示例实现(参见图1至图7)：
72.在补偿镜组20处于偏离(也即移出)物镜10与筒镜30的光轴o的状态下，物镜10与筒镜30经过一次调焦以后位置不再变动，此时，所述基因测序仪的成像镜头1可以对生物芯片的第一表面u进行清晰成像，成像的点列图如图6所示，在图6中，成像均可达到衍射极限。关于第一表面u的成像光路图可以参见图1和图4。
73.在前述的基础上，移动补偿镜组20，使得补偿镜组20进入物镜10与筒镜30的光轴o。此时，所述基因测序仪的成像镜头1可以对生物芯片的第二表面l进行清晰成像，第二表面l成像的点列图如图7所示，在图7中，成像均可达到衍射极限。关于第二表面l的成像光路图可以参见图2和图5。应当理解的是，在移动补偿镜组20的过程中，物镜10与筒镜30的位置是不变的。
74.需要说明的是，图6和图7是使用光学设计与仿真软件zemax输出的示例点列图。
75.对生物芯片第一表面u进行清晰成像的生物芯片、物镜10和筒镜30的参数设计可以如表1所示。
76.表1
77.编号曲率半径/mm厚度/mm焦距/mm1平面10
‑2‑
180103
‑
23.755
‑4‑
152.493
‑
78.需要说明的是，在表1中，编号1对应的参数信息为所述生物芯片第一表面u的参数信息；编号2对应的参数信息为所述物镜10的参数信息；编号3对应的参数信息为所述筒镜30靠近物镜10一侧的镜面的参数信息；编号4对应的参数信息为所述筒镜30另一面镜面的参数信息。
79.对生物芯片第二表面l进行清晰成像的生物芯片和基因测序仪的成像镜头1的参数设计可以如表2所示。
80.表2
[0081][0082]
在表2中，编号1对应的参数信息为所述生物芯片第二表面l的参数信息；编号2对应的参数信息为所述生物芯片第一表面u的参数信息；编号3对应的参数信息为所述物镜10的参数信息；编号4对应的参数信息为所述第一胶合透镜靠物镜10一侧的镜面的参数信息；编号5对应的参数信息为所述第一胶合透镜的胶合面的参数信息；编号6对应的参数信息为所述第一胶合透镜靠筒镜30一侧的镜面的参数信息；编号7对应的参数信息为所述第二胶合透镜靠物镜10一侧的镜面的参数信息；编号8对应的参数信息为所述第二胶合透镜的胶合面的参数信息；编号9对应的参数信息为所述第二胶合透镜靠近筒镜30一侧的镜面的参数信息；编号10对应的参数信息为所述筒镜30靠近物镜10一侧的镜面的参数信息；编号11对应的参数信息为所述筒镜30另一面镜面的参数信息。除了上述列举出的参数信息，本领域技术人员应当理解的是，从光学设计意义上来讲，所述基因测序仪的成像镜头1的每个光学元件的参数信息还可以有其他的匹配方案，并不限制为表1和表2所示的参数信息。
[0083]
通过上述实施方式，本发明提供的基因测序仪的成像镜头1，通过在物镜10和筒镜30之间加入补偿镜组20(补偿镜组20由不同折射率的光学材料制成)，来校正基因测序仪的成像镜头1对非物镜设计的生物芯片表面成像时所产生的像差，使得基因测序仪的成像镜头1对该表面的成像像质能够达到衍射极限。并且，在物镜设计的生物芯片表面与非物镜设
计的生物芯片表面均能达到衍射极限的同时，物镜设计的生物芯片表面与非物镜设计的生物芯片表面的放大倍率能够保持相同，以方便后期的数据处理。
[0084]
另外，本发明通过调整补偿镜组20与物镜10、筒镜30之间的相对位置，来调节基因测序仪的成像镜头1的焦距，即在基因测序仪的成像镜头1成像过程中，物镜10与筒镜30在经过一次调焦以后位置不再变动，此时，补偿镜组20偏离(也即移出)物镜10与筒镜30的光轴o，由此，能够获得第一个成像清晰的区域；当补偿镜组20进入物镜10与筒镜30之间，与物镜10和筒镜30位于同一光轴o时，基因测序仪的成像镜头1的焦距能够在不对物镜10和筒镜30进行重新对焦的前提下产生变化，由此，能够获得第二个成像清晰的区域。基于此，本发明能够在实现对生物芯片多表面清晰成像的基础上减少物镜10对焦次数。
[0085]
还有就是，补偿镜组20只需移动至与物镜10位于相同的光轴o，或者移出该光轴o即可，这种移动过程相比于物镜10的对焦过程来说，是比较简单、且不耗费人过多的时间和精力的过程。
[0086]
还需要说明的是，本发明所提及的生物芯片还可以包含第三表面和第四表面。生物芯片表面的具体数量可以由本领域技术人员确定。
[0087]
在一些实施方式中，所述平凸透镜211、所述第一双凹透镜212、所述双凸透镜221和所述第二双凹透镜222的焦距分别满足以下条件：
[0088]
‑
0.062<f1/f0<
‑
0.051；
[0089]
0.036<f2/f0<0.047；
[0090]
‑
0.033<f3/f0<
‑
0.027；
[0091]
0.047<f4/f0<0.061；
[0092]
其中，f0为所述补偿镜组20的组合焦距，f1为所述平凸透镜211的焦距，f2为所述第一双凹透镜212的焦距，f3为所述双凸透镜221的焦距，f4为所述第二双凹透镜222的焦距。
[0093]
在一些实施方式中，所述补偿镜组20沿物方到像方的长度为20mm。此设计的目的在于：缩小所述补偿镜组20的体积，使得所述补偿镜组20能够轻易地进入或者移出所述基因测序仪的成像镜头1。
[0094]
<基因测序仪>
[0095]
本发明第二方面提供了一种基因测序仪，包括：
[0096]
第一方面所述的基因测序仪的成像镜头。
[0097]
<基因测序系统>
[0098]
本发明第三方面提供了一种基因测序系统，包括：
[0099]
生物芯片；和
[0100]
第二方面所述的基因测序仪，所述基因测序仪用于检测放置于所述生物芯片的待检测样本。
[0101]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和本文示出与描述的图例。