成像系统、测序系统和成像方法与流程

本发明涉及基因测序领域，尤其涉及一种成像系统、测序系统和成像方法。

背景技术：

1、基因测序技术意指通过检测获取dna或rna碱基序列的技术手段，目前占主导的测序技术为高通量测序技术，在高通量测序技术中，使用的生物芯片的表面上固定有待检测的核酸分子，测序时，通过使带有光学可检测标记的碱基与核酸分子上的碱基按照碱基互补配对的方式进行结合，再利用激发光激发光学可检测标记产生光学信号，并利用成像系统对所激发出的光学信号进行采集并形成图像，基于图像进行分析，可以识别核酸分子上的碱基类型。

2、在现有的技术中，成像系统通常被设计为对某一个表面进行成像，而生物芯片可能包括多个分别固定有待测核酸分子的表面，当成像系统对其它表面进行成像时，获得的图像质量通常无法达到测序要求，导致测序效率和测序通量降低。

技术实现思路

1、本发明提供一种成像系统、测序系统和成像方法。

2、本技术实施方式的成像系统包括物镜、光学校正器件和图像传感器，光学校正器件能够移入或移出成像系统的成像光路，当光学校正器件移入成像光路时，光学校正器件位于物镜与图像传感器之间。

3、本技术实施方式的成像系统通过光学校正器件对待检样本的第一表面和第二表面之间的像差进行校正，使成像系统对待检样本的第一表面和第二表面均可清晰成像，提高测序效率和测序通量。

4、在某些实施方式中，当光学校正器件移入成像光路时，光学校正器件位于物镜的光轴上。

5、如此，当光学校正器件移入成像光路时可以消除成像系统对待检样本的第一表面成像时产生的像差，以提高成像系统的分辨率，使成像系统可以对待检样本的第一表面进行清晰成像。

6、在某些实施方式中，光学校正器件与物镜之间的中心偏差不超过0.5mm。

7、在光学校正器件与物镜之间的中心偏差满足上述条件的情况下，可以提高光学校正器件的像质校正效果，从而提高成像系统对待检样本的第一表面的成像质量。

8、在某些实施方式中，光学校正器件包括镜片组，镜片组用于消除球面像差。

9、如此，光学校正器件通过镜片组可以消除成像系统对待检样本的第一表面成像时产生的球面像差。

10、在某些实施方式中，镜片组包括依次设置的第一镜片、第二镜片和第三镜片，第一镜片、第二镜片和第三镜片组合之后的光焦度大致为0，允许误差为±1％。

11、如此，镜片组采用三镜片结构，镜片数较少，体积较小；镜片组与无限远共轭物镜匹配，能将第一表面上的光学信号清晰地汇聚于图像传感器的像面上。

12、在某些实施方式中，第一镜片具有负光焦度，第二镜片具有正光焦度，第三镜片具有负光焦度；一组相邻镜片中一个镜片的物侧面和另一镜片的像侧面相对设置。

13、如此，可以使得第一镜片、第二镜片和第三镜片组合之后的光焦度大致为0，允许误差为±1％。

14、在某些实施方式中，第一镜片的物侧面于第一镜片的光轴处为平面，第一镜片的像侧面于第一镜片的光轴处为凹面；和/或，

15、第二镜片的物侧面于第二镜片的光轴处为凸面，第二镜片的像侧面于第二镜片的光轴处为凸面；和/或，

16、第三镜片的物侧面于第三镜片的光轴处为凹面，第三镜片的像侧面于第三镜片的光轴处为平面。

17、如此，第一镜片可以提供负光焦度，第二镜片可以提供正光焦度，第三镜片可以提供负光焦度。

18、在某些实施方式中，物镜与图像传感器之间设置分光组件，分光组件用于将物镜收集的光学信号分成多个不同波长的光束，图像传感器的数量为多个，每个图像传感器用于采集至少一种波长的光束并形成图像。

19、如此，通过分光组件将来自物镜的光线分光后形成多个光束，并将光束会聚至对应图像传感器成像，以实现对待检样本发出的不同的光学信号同时进行探测。

20、在某些实施方式中，分光组件用于将物镜收集的光学信号分成第一光束和第二光束，图像传感器包括第一图像传感器和第二图像传感器，第一图像传感器用于采集第一光束并形成图像，第二图像传感器用于采集第二光束并形成图像。

21、如此，通过分光组件将来自物镜的光线分光后形成2个光束，并将2个光束会聚至对应图像传感器成像，以实现对待检样本发出的不同的光学信号同时进行探测。

22、在某些实施方式中，分光组件包括第一二向色镜、第一反射镜和第二反射镜；

23、第一二向色镜设置于物镜的光轴上，并相对于物镜的光轴倾斜放置，第一二向色镜用于将物镜收集的光学信号分成第一光束和第二光束，以使第一光束透射至第一反射镜，并使第二光束反射至第二反射镜，第一反射镜用于将第一光束反射向第一图像传感器，第二反射镜用于将第二光束反射向第二图像传感器。

24、如此，分光组件可以实现对不同波段和不同通量的光学信号进行分离，使得第一图像传感器和第二图像传感器可以实现对不同光学信号同时进行成像。

25、在某些实施方式中，第一二向色镜和第一反射镜垂直设置。

26、如此，第一反射镜可以改变第一光束的光路，使得第一图像传感器可以布置在合适的位置，以使成像系统的结构更加紧凑。

27、在某些实施方式中，第一二向色镜和第二反射镜平行设置。

28、如此，第二反射镜可以改变第二光束的光路，使得第二图像传感器可以布置在合适的位置，以使成像系统的结构更加紧凑。

29、在某些实施方式中，成像系统包括第一筒镜和第二筒镜，第一筒镜设置在第一图像传感器和第一反射镜之间，并用于将第一光束汇聚至第一图像传感器；第二筒镜设置在第二图像传感器和第二反射镜之间，并用于将第二光束汇聚至第二图像传感器上。

30、如此，第一筒镜与物镜配合汇聚第一光束至第一图像传感器以进行成像，第二筒镜与物镜配合汇聚第二光束至第二图像传感器以进行成像。

31、在某些实施方式中，成像系统包括第一滤光片和第二滤光片，第一滤光片设置在第一筒镜与第一反射镜之间，并用于对进入第一筒镜内的第一光束进行滤光；第二滤光片设置在第二筒镜与第二反射镜之间，并用于对进入第二筒镜内的第二光束进行滤光。

32、如此，滤光片可以过滤光线，允许荧光波段透过，截止不需要的激光波段，从而提高图像传感器的成像品质。

33、在某些实施方式中，成像系统包括光源组件，光源组件用于通过物镜向样品发射激发光束。

34、如此，光源组件可以激发结合在生物分子上的带有光学可检测标记的碱基产生光学信号，实现生物分子的碱基序列测定。

35、在某些实施方式中，光源组件包括第一光源和设置在第一光源的照明光路上的第一透镜，第一透镜用于控制第一光源进入物镜的光束口径。

36、如此，通过调整第一透镜来控制第一光源进入物镜的光束口径，不仅简化了成像系统的结构，降低了成像系统的调试难度，提高了透光率，而且能使得照明光束均匀的照亮整个视场，有利于提高激发效率和成像质量。

37、在某些实施方式中，第一透镜与物镜之间设置带通滤光片，带通滤光片用于对经过第一透镜的光线进行带通滤波。

38、在某些实施方式中，成像系统包括设置在带通滤光片与物镜之间的第二二向色镜，第二二向色镜设置于物镜的光轴上并相对于物镜的光轴倾斜设置，第二二向色镜用于将通过带通滤光片的光线反射至物镜，并用于将来自物镜的光线透射。

39、如此，第二二向色镜将通过带通滤光片的第一光源发出的照明光束反射至物镜，以使第一光源发出的照明光束经物镜后照射在待检样本上，以激发待检样本产生多种波长的荧光。

40、在某些实施方式中，成像系统包括自动对焦装置，自动对焦装置包括第二光源和对焦传感器，第二光源用于将第二光源发出的光束经物镜投射在待检样本上；对焦传感器用于接收从待检样本反射并经物镜准直的光束，并将光信号转换为电信号，以使物镜根据电信号移动，以使待检样本位于物镜的焦平面上。

41、如此，自动对焦装置主要用于在物镜完成对焦后对物距进行标记，并在基因测序过程中实时监测物距的变化量，对其进行修正，以保证系统始终对焦清晰，确保图像传感器采集图像的准确性，最终得到焦深范围内的清晰图像。

42、在某些实施方式中，成像系统还包括第三二向色镜，第三二向色镜设置于物镜的光轴上，第三二向色镜用于反射第二光源发出的光束，以使第二光源发出的光束经物镜投射在待检样本上，并将从待检样本反射的光束反射至对焦传感器，第三二向色镜还用于使来自物镜的光束透过。

43、如此，充分利用第三二向色镜的反射性以及透光性对光路进行排布，提高了空间的利用率，使得结构更加紧凑。

44、在某些实施方式中，图像传感器为面阵相机的图像传感器或线阵相机的图像传感器。

45、如此，可以实现面阵成像或线扫成像。

46、在某些实施方式中，成像系统包括与光学校正器件连接的驱动装置，驱动装置用于驱动光学校正器件运动，以使光学校正器件移入或移出成像光路。

47、如此，驱动装置可以使得光学校正器件移入或移出成像光路，从而使得成像系统可以对待检样本的第一表面和第二表面分别进行清晰成像。

48、在某些实施方式中，驱动装置包括驱动件和与驱动件连接的传动组件，传动组件连接光学校正器件，驱动件通过传动组件驱动光学校正器件运动。

49、如此，通过驱动件和传动组件可以实现光学校正器件移入或移出成像光路，从而使得成像系统可以对待检样本的第一表面和第二表面分别进行清晰成像。

50、在某些实施方式中，传动组件包括丝杆和套设在丝杆上的滑块，丝杆与驱动件连接，滑块与光学校正器件连接，驱动件用于驱动丝杆转动，从而带动滑块和光学校正器件移动。

51、如此，通过丝杆转动可以实现光学校正器件移入或移出成像光路，从而使得成像系统可以对待检样本的第一表面和第二表面分别进行清晰成像。

52、在某些实施方式中，驱动装置还包括底座和设置在底座上的滑轨，滑块滑动地设置在滑轨上，驱动件安装在底座上。

53、如此，滑轨不仅可以使得光学校正器件更加平滑地移动，还可以使得光学校正器件在移入或移出成像光路时保持在同一平面。

54、在某些实施方式中，光学校正器件包括镜筒、镜片组和支架，镜片组设置在镜筒内，支架连接镜筒和传动组件。

55、如此，镜筒可以承载镜片组，支架与传动组件连接，使得传动组件可以带动支架运动，从而使镜片组移入或移出成像光路。

56、在某些实施方式中，成像系统包括检测装置，检测装置用于限制光学校正器件的运动行程。

57、如此，可以通过检测装置限制光学校正器件移入或移出成像光路的运动行程。

58、在某些实施方式中，检测装置包括第一检测器和第二检测器，第一检测器用于在光学校正器件移入成像光路时触发第一信号，第二检测器用于在光学校正器件移出成像光路时触发第二信号，驱动装置根据第一信号或第二信号停止工作。

59、如此，第一检测器和第二检测器可以限制光学校正器件的运动行程并作为零点复位。

60、在某些实施方式中，第一检测器设置在光学校正器件移入成像光路时的一侧，第二检测器设置在光学校正器件移出成像光路时的一侧，检测装置包括与光学校正器件同步运动的触发件；

61、在光学校正器件移入成像光路时，触发件与第一检测器配合以使第一检测器触发第一信号，在光学校正器件移出成像光路时，触发件与第二检测器配合以使第二检测器触发第二信号。

62、如此，触发件使得第一检测器和第二检测器触发信号，从而控制光学校正器件在滑轨上的移动行程。

63、本技术实施方式的测序系统包括成像系统。

64、本方案的成像系统通过光学校正器件对待检样本的第一表面和第二表面之间的像差进行校正，使成像系统对待检样本的第一表面和第二表面均可清晰成像，提高测序效率和测序通量。

65、本技术实施方式的成像方法利用成像系统对待检样本进行成像，待检样本包括第一表面和第二表面，成像系统包括物镜、光学校正器件和图像传感器，光学校正器件能够移入或移出成像系统的成像光路，成像方法包括：

66、控制光学校正器件移入成像光路，以使光学校正器件位于物镜与图像传感器之间；

67、利用图像传感器采集待检样本的第一表面产生的第一光学信号；

68、控制光学校正器件移出成像光路，利用图像传感器采集待检样本的第二表面产生的第二光学信号。

69、如此，通过光学校正器件对待检样本的第一表面和第二表面之间的像差进行校正，使成像系统对待检样本的第一表面和第二表面均可清晰成像，提高测序效率和测序通量。

70、在某些实施方式中，第一表面位于物镜与第二表面之间。如此，成像系统对第一表面和第二表面的成像质量不同。

71、在某些实施方式中，第一表面与第二表面之间有流体，光学校正器件用于减小或消除因该流体产生的像差。

72、如此，可以改善成像系统对第二表面的成像质量。

73、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。