CN108572448A - 连续球面像差校正镜筒透镜 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了连续球面像差校正镜筒透镜。本文描述了用于成像仪器的镜筒透镜。镜筒透镜可以用包括并不被完全无限校正的物镜的成像仪器来实现。镜筒透镜可以包括：第一光学元件和第二光学元件，第一光学元件被配置为沿物镜和镜筒透镜之间的光路从物镜接收发散光。第一光学元件将从物镜接收的发散光汇聚到第二光学元件上，并且第一元件相对于第二光学元件沿其纵向轴线是可移动的。

Description

连续球面像差校正镜筒透镜
相关申请的交叉引用
本申请还要求于2017年3月8日提交的题为“Continuous Spherical AberrationCorrection Tube Lens”的美国临时专利申请第62/468,792号的权益，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。本申请还要求于2017年5月5日提交的且题为“ContinuousSpherical Aberration Correction Tube Lens”的荷兰专利申请第N2018859号的权益。
背景
成像系统中的球面像差是由于无法将离轴和轴向光从点光源聚焦到单个焦点引起的。影响具有可变厚度的图像样本(即，多平面样本)的高数值孔径透镜的成像性能是初级像差。对于具有可变厚度的样本，球面像差可以随着样本厚度而变化。在一些情况下，变化的热环境(例如，样本的热膨胀)也可能引入球面像差。传统上，显微镜供应商提供了调节物镜中的校正环以补偿球面像差的能力。
由于设计考虑，一些成像仪器可能在物镜上不包括用于校正球面像差的元件。在多平面样本的成像系统的一个当前实施方式中，根据焦点是在第一成像平面(例如，样本的顶部表面)上还是在第二成像平面(例如，样本的底部表面)上，补偿器透镜可以移入和移出从物镜到图像传感器的光路。然而，这样的设计仅提供沿着两个平面的离散球面像差校正，并且可能不适应具有不同盖玻片厚度的样本或环境中的热变化。
概述
本文中的一些例子中提供了用于成像仪器的镜筒透镜。
在第一示例中，用于成像系统的镜筒透镜包括：第一光学元件、第二光学元件和第三光学元件。在该示例中，第一光学元件被配置为沿着物镜和镜筒透镜之间的光路从物镜接收发散光；并将从物镜接收的发散光汇聚到第二光学元件上。在该示例中，第一光学元件相对于第二光学元件沿第一光学元件的纵向轴线是可移动的，并且第三光学元件被配置成将光汇聚到成像系统的图像传感器上。
在该第一示例的各种实施方式中，第一光学元件是正元件，第二光学元件是负元件，并且第三光学元件是正元件。第一光学元件和第二光学元件可以是双合透镜。第三光学元件可以是单透镜或双合透镜。在一些实施方式中，第三光学元件被配置成使成像系统在图像传感器上远心。
在一些实施方式中，当通过从物镜的后孔离开的视场边缘光线的中心进行测量时，从物镜接收的发散光发散约0.25至约1度。第一光学元件可以沿着第一光学元件的纵向轴线平移高达约25mm的距离。镜筒透镜可具有在约150mm与约350mm之间的焦距。
在一些实施方式中，镜筒透镜可以包括用于沿着第一光学元件的纵向轴线平移第一光学元件的平台，其中第一光学元件的平移改变第一光学元件和第二光学元件之间的光路的长度。
在第二示例中，成像系统包括：光学耦合到光生成模块的物镜，物镜将光聚焦到样本上；以及光学耦合到物镜的镜筒透镜。成像系统可以使用如本文所述的镜筒透镜。在特定实施方式中，成像系统是测序系统(例如，DNA测序系统)。在一些实施方式中，成像系统可以不包括用于调节物镜以校正球面像差的机构。
结合附图，通过下面的详细描述，所公开的技术的其他特征和方面将变得明显，附图以示例的方式示出了根据所公开的技术的实施方式的特征。该概述不旨在限制由权利要求和等同物限定的本文所述的任何发明的范围。
应该理解的是，前述概念的所有组合(如果这样概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。
附图说明
参考以下附图详细描述了根据一个或更多个各种实施方式的本公开。这些图仅用于说明的目的而被提供，并且仅描绘示例实施方式。此外，应当理解，为了说明的简单和清楚，图中的元素不一定按比例绘制。
本文包括的一些附图示出了从不同观看角度公开的技术的各种实施方式。尽管所附描述性文本可能将这些视图称为“顶部”、“底部”或“侧面”视图，但这样的参考仅仅是描述性的，并且不暗示或要求所公开的技术在特定的空间取向上实施或使用，除非明确另有说明。
图1A说明的是示例图像扫描系统的总体框图，本文公开的系统和方法可以用该示例图像扫描系统来实现。
图1B是说明可在特定实施方式中实施的示例双通道线扫描模块化光学成像系统的框图。
图2A是示出根据本文公开的实施方式的示例模块化光学分析系统的侧视图。
图2B是根据本文公开的实施方式说明关于镜筒透镜元件的两个不同位置的、用于图2A的系统的发射光学模块的光学组件的示例配置的光线跟踪框图。
图2C是根据本文公开的实施方式说明关于镜筒透镜元件的第一位置的、用于图2A的系统的发射光学模块的光学组件的示例配置的框图。
图2D是根据本文公开的实施方式说明关于镜筒透镜元件的第二位置的、用于图2A的系统的发射光学模块的光学组件的示例配置的框图。
图2E是根据本文公开的实施方式显示透镜元件将发散的主光线准直到图像传感器上的示意图。
图2F是根据本文公开的实施方式说明通过将前部正透镜元件远离或靠近透镜元件进行连接来改变由透镜元件接收的光的覆盖区的示意图。
图3A是说明当物镜被聚焦在样本的第一表面处时包括处于第一配置的示例镜筒透镜的示例成像系统的光线跟踪框图。
图3B是说明当物镜被聚焦在样本的第二表面处时包括处于第二配置的示例镜筒透镜的图3A的示例成像系统的光线跟踪框图。
图4是根据实施方式说明控制连续球面像差校正镜筒透镜的示例方法的操作流程图。
附图不是详尽的且不将本公开限于所公开的精确形式。
详细描述
如本文所使用的，术语“xy平面”旨在表示由直线轴线x和y限定的2维区域。当参考检测器和由检测器观察的物体进行使用时，该区域可以还被指定为与检测器和被检测物体之间的观察方向正交。当在本文中用于指代线扫描器时，术语“y方向”是指扫描的方向。
如本文所使用的，术语“z方向”或“z轴”旨在指定与由检测器观察到的物体的区域正交的方向或轴。例如，可以沿着z轴指定光学系统的聚焦方向。
如本文所使用的，术语“光学耦合”旨在指代一个元件适用于将光直接或间接地传到另一元件。
如上所述，在预先存在的成像仪器中，可以通过调节物镜中元件的位置来完成由样本上盖玻片的厚度引入的球面像差的校正。然而，在一些成像仪器中，调节物镜中的元件可能不理想或不切实际的。例如，在物镜是使用z平台来保持对样本中目标进行聚焦的聚焦跟踪机构的关键部分时，这种情况尤其如此。在这样的实施方式中，z平台可以用作高带宽系统，其必须快速响应聚焦的变化并补偿样本的移动。z平台带宽可能与物镜的质量呈负相关。因此，增加附加质量(例如，电机或其他机构来调节物镜)将不可避免地减小z平台的带宽。此外，如上所述，精密跟踪系统上的电机引入了潜在的交叉耦合误差，因为可能在球面像差补偿电机和聚焦电机之间引起共振。
本文公开的实施方式通过代替地移动镜筒透镜的元件来校正由样本的盖玻片的厚度(或出于其他原因)引入的球面像差，来解决上述问题。镜筒透镜可包括可移动以调节镜筒透镜与物镜之间的光路的长度的前部正元件、中央负元件和后部正元件。通过连接(articulate)镜筒透镜的前部正元件，可以针对一定范围的样本厚度(例如，不同的盖玻片厚度)和热环境中的变化(例如，影响球面像差的热引起的透镜变化和折射率变化)连续调节球面像差。
本文描述的镜筒透镜结构利用包括不完全无限校正的物镜的成像仪器。这样，由物镜从成像样本收集的光在其离开物镜的后孔时不会被准直。相反，光稍微发散(例如，当通过从物镜的后孔离开的视场边缘光线的中心进行测量时发散0.25至1度)。在该近无穷远配置中，镜筒透镜可以连接前部正透镜元件以调节前部正元件和中间元件之间的光路的长度，并且相应地，调节接收汇聚光的中间透镜元件的区域。可以使用对镜筒透镜的中间负元件上的光的覆盖区的这种调节来调整球面像差。这样，系统中的球面像差可以通过连接前部元件以改变由镜筒透镜的中间元件接收的光的覆盖区来进行校正。如下面进一步描述的，这可以校正球面像差而不改变光学成像系统中的放大率、失真或其它像差。
在描述本文公开的系统和方法的各种实施方式之前，描述可以实施本文公开的技术的示例环境是有用的。一个这样的示例环境是图1A中说明的成像系统100的环境。该示例成像系统可以包括用于获取或产生样本图像的设备。图1A中概述的示例示出了背光设计实施防护四的示例成像配置。应该注意的是，虽然系统和方法在本文可以不时地在示例成像系统100的背景下进行描述，但是这些仅仅是可以实现本文公开的技术的实施方式的示例。在阅读本说明书之后，本领域的普通技术人员将理解如何使用这种和其他扫描仪、显微镜和其他成像系统来实现本文所述的镜筒透镜。
从图1A的示例中可以看出，受试的样本位于样本容器110上(例如，如本文所述的样本流动池)，其位于物镜142下方的样本平台170上。光源160和相关联的光学器件将诸如激光之类的光束引导到样本容器110上的选定样本位置。样本发荧光并且由物镜142收集所得到的光，并将其引导到相机系统140的图像传感器以检测荧光。样本平台170相对于物镜142移动，以将样本容器110上的下一个样本位置定位在物镜142的焦点处。样本平台170相对于物镜142的移动可以通过移动样本平台本身、物镜、成像系统的一些其他部件或前述的任何组合来实现。其他实施方式还可以包括将整个成像系统在静止的样本上方移动。
流体输送模块或设备100将试剂流(例如，荧光标记的核苷酸、缓冲液、酶、裂解试剂等)引导至(并穿过)样本容器110和废液阀120。样本容器110可以包括在其上提供样本的一个或更多个基板。例如，在分析大量不同核酸序列的系统的情况下，样本容器110可以包括一个或更多个基板，在该一个或更多个基板上待测序核酸被结合、附着或缔合。在各种实施方式中，基板可以包括可附着核酸的任何惰性基板或基质，例如玻璃表面、塑料表面、胶乳、葡聚糖、聚苯乙烯表面、聚丙烯表面、聚丙烯酰胺凝胶、金表面和硅晶片。在一些应用中，基板在通道内或在跨越样本容器110的基质或阵列中形成的多个位置处的其他区域中。
在一些实施方式中，样本容器110可以包括使用一个或更多个荧光染料成像的生物样本。例如，在特定的实施方式中，样本容器110可以实施为包括半透明盖板、基板和夹在其间的液体的图案化的样本流动池，并且生物样本可以位于半透明盖板的内表面或基板的内表面处。样本流动池可以包括到基板中的大量(例如，数千、数百万或数十亿)的井(wells)或区域，其被图案化成基板中定义的阵列(例如，六角形阵列、矩形阵列等)。每个区域可以形成生物样本(例如DNA、RNA)或可以被测序(例如使用合成测序)的另外的基因材料的簇(例如，单克隆簇)。样本流动池可以进一步分成多个间隔开的通道(例如八个通道)，每个通道包括六角形的簇阵列。美国专利号8,778,848中描述了可用于本文公开的实施方式中的示例性样本流动池。
该系统还包括温度站致动器130和加热器/冷却器135，其可以可选地调整样本容器110内的流体状态的温度。可以包括相机系统140来监测和跟踪样本容器110的测序。相机系统140可以例如实施为电荷耦合器件(CCD)相机(例如，时间延迟积分(TDI)CCD相机)，其可以与滤波器的开关组件145内的各种滤波器、物镜142和聚焦激光器/聚焦激光器组件150交互。相机系统140不限于CCD相机，并且可以使用其他相机和图像传感器技术。在特定实施方式中，相机传感器可具有介于约5微米与约15微米之间的像素大小。
来自相机系统140的传感器的输出数据可被传送到实时分析模块(未示出)，该实时分析模块可被实现为软件应用，该软件应用分析图像数据(例如，图像质量评分)，报告激光束的特性(例如，聚焦、形状、强度、功率、亮度、位置)或将其显示到图形用户界面(GUI)，并且如下面进一步描述的，动态地校正图像数据中的失真。
可以包括光源160(例如，可选地包括多个激光器的组件内的激励激光器)或其他光源以经由通过光纤接口(其可以可选地包括一个或更多个再成像透镜、光纤安装等)的照明来照射样本内的荧光测序反应。低瓦特灯165、聚焦激光器150和反向二色性也在所示的示例中给出。在一些实施方式中，聚焦激光器150可以在成像期间关闭。在其他实施方式中，可选的聚集配置可以包括第二聚焦相机(未示出)，其可以是象限检测器、位置敏感检测器(PSD)或类似的检测器以测量从表面反射的带有数据收集的散射光束的位置。
虽然图示为背光设备，但是其他示例可以包括来自激光器或其他光源的光，其通过物镜142被引导到样本容器110上的样本上。样本容器110可以最终安装在样本平台170上，以提供样本容器110相对于物镜142的移动和对准。样本平台可以具有一个或更多个致动器，以允许其在三维中的任何一维中移动。例如，就笛卡尔坐标系而言，可以提供致动器以允许平台在相对于物镜的X、Y和Z方向上移动。这可以允许样本容器110上的一个或更多个样本位置被定位成与物镜142光学对准。
在该示例中，聚焦(z轴)部件175被示为被包括以控制光学部件相对于样本容器110在聚焦方向(通常被称为z轴或z方向)上的定位。聚焦部件175可包括物理耦合到光学平台或样本平台或两者的一个或更多个致动器，以使样本平台170上的样本容器110相对于光学部件(例如，物镜142)运动，以提供适当的聚焦成像操作。例如，致动器可以例如通过机械、磁性、流体或其他附件或直接或间接接触平台或与平台接触而物理耦合到相应的平台。一个或更多个致动器可以被配置为在保持样本平台在同一平面内(例如，保持垂直于光轴的水平或水平姿态)的同时沿z方向移动平台。一个或更多个致动器也可以被配置为使平台倾斜。例如，这可以被完成，使得样本容器110可以被动态调整以考虑其表面的任何倾斜。
该系统的聚焦可以指将物镜的焦平面与要在所选样本位置成像的样本对准。然而，聚焦还可以涉及对系统的调节以获得用于样本表示的期望特性，例如测试样本的图像的期望水平的锐度或对比度。因为物镜的焦平面的可用景深可能较小(有时在1μm或更小的数量级上)，所以焦点组件175紧密跟随正被成像的表面。因为样本容器与仪器中的固定不完全平坦，所以可以将聚焦部件175设置为沿着扫描方向(本文称为y轴)移动时跟随该轮廓。
从被成像的样本位置处的测试样本发出的光可以被引导至相机系统140的一个或更多个检测器。孔可以被包括并定位成仅允许从焦点区域发出的光传递到检测器。可以包含孔以通过滤除从焦点区域以外的区域发出的光的分量，从而提高图像质量。发射滤波器可以被包括在滤波器开关组件145中，滤波器开关组件145可以被选择来记录确定的发射波长并且切除任何杂散激光。
尽管未示出，但可以提供控制器来控制扫描系统的操作。控制器可以被实现为控制系统操作的诸方面，例如聚焦、平台移动和成像操作。在各种实现中，可以使用硬件、算法(例如机器可执行指令)或前述的组合来实现控制器。例如，在一些实施方式中，控制器可以包括具有相关联存储器的一个或更多个CPU或处理器。作为另一个示例，控制器可以包括用于控制操作的硬件或其他电路，例如计算机处理器和其上存储有机器可读指令的非临时性计算机可读介质。例如，该电路可以包括以下中的一个或更多个：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)或其他类似的处理设备或电路。作为又一个示例，控制器可以包括该电路与一个或更多个处理器的组合。
图1B是说明可在特定实施方式中实现的示例双通道线扫描模块化光学成像系统200的框图。应该注意的是，虽然系统和方法可以在本文不时地在示例成像系统200的背景下进行描述，但这些仅仅是可以实现本文公开的技术的实施方式的示例。本文描述的镜筒透镜可以用这个和其他扫描仪、显微镜和其他成像系统来实现。
在一些实施方式中，系统200可以用于核酸的测序。适用的技术包括核酸附着在阵列中的固定位置(例如样本流动池的孔)并且阵列重复成像的那些技术。在这样的实施方式中，系统200可以获得在两个不同的颜色通道中的图像，其可以用于将特定的核苷酸碱基类型与另一个区分开。更具体地说，系统200可实施被称为“碱基识别”的过程，其通常涉及确定碱基识别(例如腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)或胸腺嘧啶(T))对于成像周期中图像的给定点位置。在双通道碱基识别期间，可以使用从两个图像中提取的图像数据来通过将碱基身份编码为两个图像的强度的组合而确定四种碱基类型之一的存在。对于两个图像中的每一个中的给定点或位置，可以基于信号身份的组合是[开，开]、[开，关]、[关，开]还是[关，关]来进行确定。
如所描绘的，系统200包括具有设置在其中的两个光源211和212的线路生成模块(LGM)210。光源211和212可以是相干光源，例如输出激光束的激光二极管。光源211可以以第一波长(例如，红色波长)发射光，并且光源212可以以第二波长(例如，绿色波长)发射光。从激光源211和212输出的光束可以被引导通过光束整形透镜或多个透镜213。在一些实施方式中，可以使用单个光整形透镜来整形从两个光源输出的光束。在其他实施方式中，可以为每个光束使用单独的光束整形透镜。成像系统的LGM 210的光束成形透镜或成像系统的其他光学部件可以被配置成将由光源211和212发射的光成形为线图案(例如，通过使用一个或更多个Powell透镜或其他光束整形透镜、衍射或散射部件)。
LGM 210还可以包括反射镜214和半反射镜215，其被配置为将光束通过单个接口端口引导至发射光学模块(EOM)230。光束可以穿过快门元件216。在一些实施方式中，可以使用Powell透镜在穿过快门元件216之前将线束整形为线路图案。EOM 230可以包括物镜235和使物镜235纵向移动成更靠近或更远离目标250的z平台236。例如，目标250可以包括液体层252和半透明盖板251，并且生物样本可以位于半透明盖板的内表面以及位于液体层下方的基板层的内表面。然后z平台可以移动物镜以将光束聚焦到样本流动池的任一内表面上(例如，聚焦在生物样本上)。如本领域已知的，生物样本可以是DNA、RNA、蛋白质或对光学测序有响应的其他生物材料。
EOM 230可以包括半反射镜233以将从聚焦跟踪模块(FTM)240发射的聚焦跟踪光束反射到目标250上，且然后将从目标250返回的光反射回到FTM 240中。FTM 240可以包括聚焦跟踪光学传感器以检测返回的聚焦跟踪光束的特性并且生成反馈信号以优化物镜235对目标250的聚焦。
EOM 230还可以包括半反射镜234以引导光通过物镜235，同时允许从目标250返回的光通过。EOM 230可以包括镜筒透镜232，如下面进一步描述的，镜筒透镜232可以包括可以在纵向方向上连续地连接以调节物镜235和镜筒透镜232之间的光路长度并且校正(例如，由聚焦在样本250的不同平面引起的)球面像差的元件。透过镜筒透镜232的光可以穿过滤波器元件231并进入相机模块(CAM)220。CAM 220可以包括一个或更多个光学传感器221以响应于入射光束(例如，响应于从光源211和212接收的红光和绿光的荧光)来检测从生物样本发射的光。
可以提供控制器225来控制成像系统210的操作。控制器225可以被集成到系统200中或被实施在通信地耦合到系统200的计算设备上。控制器225可以被实施为控制系统操作的方面(诸如例如聚焦、平台移动、成像操作、图像处理以及镜筒透镜232的元件的连接(例如，承载该元件的平台的连接))以校正球面像差或其他原因。在各种实施方式中，可以使用硬件、算法(例如机器可执行指令)或前述的组合来实施控制器。例如，在一些实施方式中，控制器可以包括具有相关联的存储器的一个或更多个CPU或处理器。作为另一个例子，控制器可以包括用于控制操作的硬件或其他电路，例如计算机处理器和其上存储有机器可读指令的非临时性计算机可读介质。例如，该电路可以包括以下中的一个或更多个：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)或其他类似的处理设备或电路。作为又一个示例，控制器可以包括该电路与一个或更多个处理器的组合。
来自CAM 220的传感器的输出数据可以被传送到实时分析模块(未示出)。在各种实施方式中，实时分析模块执行用于分析图像数据(例如，图像质量评分、碱基识别等)、报告波束的特性(例如，聚焦、形状、强度、功率、亮度、位置)及将其显示给图形用户界面(GUI)等的计算机软件程序指令。
图2A是根据本公开说明可实施具有连接元件450以校正球面像差的镜筒透镜400的示例模块化光学分析系统的侧面横截面图。如图2A所示，LGM 310和EOM 320可以被对准并且机械地耦合到精确安装板350，以及耦合到彼此。EOM 320可以包括经由具有镜筒透镜400的反射镜408对准的物镜500，镜筒透镜400又与LGM 310光学耦合，使得由LGM 310产生的光束透过LGM 310和EOM 320之间的界面挡板，穿过物镜500，并击中光学目标。来自目标的响应光辐射然后可以返回通过物镜500并进入镜筒透镜400。
在一些实施方式中，例如由对准上的致动器进行控制，EOM 320可以机械地耦合到z平台。在一些示例中，z平台可以由精密线圈连接并且由聚焦机构致动，该聚焦机构可以调节和移动物镜500以将聚焦保持在样本流动池上。例如，控制调节聚焦的信号可以从聚焦跟踪模块输出。该z平台可以例如通过连接物镜500、镜筒透镜400和/或镜筒透镜400的透镜元件450来对准EOM光学器件。
如上所述，本文描述的镜筒透镜结构利用包括不完全无限被校正以校正球面像差的物镜的成像仪器并。如此，在各种实施方式中，物镜500不是被完全无限校正的。通过物镜500从成像样本收集的光在离开物镜的后孔时并未完全准直。相反，光稍微发散(例如，当通过离开物镜后孔的视场边缘光线的中心进行测量时发散约0.25至约1度)。在这种配置中，镜筒透镜400包括可使用运动平台455沿着其纵向轴线平移的连接前部透镜450。在特定实施方式中，运动平台455可以是步进运动平台，其可以使用控制器(例如，控制器225)来进行平移。前部透镜450的这种连接校正由于物镜500通过不同的厚度的样本基板或盖玻片(例如，样本流动池)进行成像引起的球面像差伪影。这将参照图2B-2D进一步描述。
图2B是根据本文公开的实施方式说明针对镜筒透镜元件450的两个不同位置的、EOM 320的光学组件的示例配置的光线跟踪框图。图2C-2D是类似地说明用于EOM320的光学组件的配置的框图(没有光线跟踪)。
如图2B-2D所示的配置所示，从物镜500的后孔510离开的光沿着从元件510至镜筒透镜400的元件450的光路稍微发散(例如，当通过从后孔离开的视场边缘光线的中心进行测量时发散0.25至1度)。该示例配置中的镜筒透镜400包括前部正透镜双合透镜450、中间负透镜双合透镜460和后部正透镜单透镜470。在由图2B图示的配置中，可能优选的是保持照相机镜头固定并且仅移动单个镜筒透镜400以调节镜筒透镜400的球面像差。另外，后部透镜元件470可以被配置为保持跨越场空间的垂直于图像传感器550的表面的主光线角度空间的远心透镜。这由图2E进行了说明，其显示了透镜元件470将发散的主光线准直到图像传感器550上。在这样的配置中，后透镜元件470可以不用于校正球面像差。
另外，在这个例子中，由于物镜400和前部正透镜元件450之间的光基本上是准直的，尽管具有轻微的发散，但由该透镜元件450看到的光可能没有实质性改变。如此，在这种接近无穷远的配置中，镜筒透镜400可以通过连接前部正透镜双合透镜450以调节镜筒透镜的前部正透镜元件450和中间负透镜元件460之间的光路的长度并且相应地调节看到来自透镜元件450的汇聚光的透镜元件460的区域(即，透镜元件460上的光的“覆盖区”)来校正球面像差。这由图2F进行了说明。当正元件450远离中间元件460连接时，两个元件之间的光路长度增加并且光覆盖区465尺寸上缩小。相反，作为朝向中间元件460的正元件450，两个元件之间的光路长度减小并且光覆盖区465尺寸上增加(即，两个元件之间的光汇聚较少)。光覆盖区465的变化可因此引入补偿球面像差。球面像差的这种调节可以根据波前与透镜460的表面之间的交互来理解，其中较小的波前覆盖区可以由于光学表面的较小曲率下垂而导致较小的像差。
这样，通过将前部正透镜元件450远离或靠近透镜元件460进行连接以改变由镜筒透镜400的元件460接收的光的覆盖区，可以补偿该配置中的球面像差。这可以校正系统中的球面像差而不改变光学成像系统中的放大率、失真或其他像差。
在一些实施方式中，镜筒透镜400可具有在约150mm与约350mm之间的焦距。在一个特定实施例中，镜筒透镜400可具有在约200mm与约300mm之间的焦距。在一些实施方式中，透镜元件450可纵向平移约5mm直至约25mm的总距离。
图3A-3B是示出了包括两种不同配置的镜筒透镜400的示例成像系统的侧视图的光线跟踪框图。在该环境下，成像系统对包括半透明盖板、基板和夹在其间的样本区域(例如液体)的样本700进行成像。例如，样本700可以是包括由流体通道隔开的顶部内表面和底部内表面的样本流动池，每个内表面具有多个荧光标记的核酸位点。
在第一配置中(图3A)，样本700的顶部内表面正在被成像，并且透镜元件450处于第一位置，其在透镜元件460上产生光覆盖区468，补偿系统中的球面像差。在第二配置(图3B)中，样本700的底部内表面正在被成像，并且透镜元件450被连接成更接近透镜元件460以补偿球面像差。
图4是根据实施方式说明控制连续球面像差校正镜筒透镜的示例性方法800的操作流程图。在操作810处，使用处于第一配置中的镜筒透镜来成像样本的第一平面(例如，顶表面)。在决策822、824和826处，确定是否存在已经将足够的球面像差引入到需要平移前部镜筒透镜元件的系统中的条件。这种确定在实施方式中可以由系统的控制器225进行。例如，可以确定系统中存在引入球面像差的热变化、采样图像显示球面像差、或样本(例如，底面)的新焦平面正在成像。响应于这些条件中的任一个，在操作830处，镜筒透镜的前部元件可以被连接以调节镜筒透镜的前部元件和中间元件之间的光路的长度。
应该理解的是，前述概念的所有组合(如果这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。
在整个本公开中使用的术语“大体上”和“大约”(包括权利要求书)用于描述并考虑到诸如由于处理中的变化而引起的小波动。例如，它们可以指小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％，诸如小于或等于±1％，诸如小于或等于±0.5％，例如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。
在可应用的范围内，本文的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅被用来示出由这些术语描述的相应的对象作为单独的实体，并且不意味着暗示时间顺序的意义，除非本文另外明确指出。
另外，尽管上面根据各种示例性实施方式和实现进行了描述，但是应当理解，在一个或更多个单独实施方式中描述的各种特征、方面和功能不限于它们对于它们利用其来描述的特定实施例的适用性，而是可以单独地或以某种组合来应用于本申请的一个或更多个其他实施方式中，无论这些实施方式是否被描述，以及这些特征是否被呈现为所描述的实施方式的一部分。因此，本申请的广度和范围不应受任何上述示例性实施方式的限制。
除非另有明确说明，否则本文档中使用的术语和短语及其变体应解释为开放式而不是与此相对的限制性的。如前述示例：术语“包括”应理解为意指“包括但不限于”等；术语“示例”用于提供讨论中的项目的示例性实例，而不是其穷尽的或其限制性的列表；术语“一(a)”或“一(an)”应理解为意指“至少一个”、“一个或更多个”等；和诸如“预先存在的”、“传统的”、“正常的”、“标准的”、“已知的”以及类似含义的术语的形容词不应被解释为将所描述的项目限制到给定时间段或给定时间段的可用的项目，而是应该被理解为涵盖现有的、传统的、常规或标准技术，这些技术现在或将来可能随时可用。同样地，在本文件涉及对于本领域普通技术人员明显的或已知的技术的情况下，这样的技术涵盖现在或将来任何时间的技术人员明显的或已知的那些技术。
在某些情况下，扩展单词和短语如“一个或更多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语的存在不应被解读为意指较窄的情况是意图或需要的，这样的扩大短语可能不存在。术语“模块”的使用并不意味着描述或要求作为模块的一部分的部件或功能全部被配置在共同的封装中。实际上，模块的各种部件中的任何部件或全部部件，无论是控制逻辑还是其他部件，都可以组合在单个包中或单独维护，并且可以进一步分布在多个分组或封装中或跨多个位置分布。
此外，本文阐述的各种实施方式是根据示例性框图、流程图和其他图示来描述的。在阅读本文后，对于本领域的普通技术人员来说明显的是，所示出的实施方式及其各种替代方案可以在不限制于所示示例的情况下实现。例如，框图及其伴随的描述不应被解释为强制特定的体系结构或配置。
虽然上面已经描述了本公开的各个实施方式，但是应当理解的是，它们仅作为示例而不是限制的方式来呈现。类似地，各个附图可以描绘用于本公开的示例性架构或其他配置，其用于帮助理解可以包括在本公开中的特征和功能。本公开不限于所示的示例架构或配置，而是可以使用各种替代架构和配置来实现期望特征。事实上，可以如何实施替代的功能、逻辑或物理划分和配置以实现本公开的期望特征，对于本领域技术人员而言是明显的。而且，除了本文描绘的那些之外的许多不同的组成模块名称可以被应用于各个分区。另外，关于流程图、操作描述和方法权利要求、本文呈现步骤的顺序不应要求实施各种实施方式以按相同顺序执行所述功能，除非上下文另有规定。

Claims (20)

1.一种成像系统，包括：
物镜，所述物镜光学耦合到光生成模块，所述物镜将光聚焦到样本上；
镜筒透镜，所述镜筒透镜光学耦合到所述物镜，所述镜筒透镜包括第一光学元件和第二光学元件，其中，所述第一光学元件将从所述物镜接收的发散光汇聚到所述第二光学元件上，并且其中，所述第一光学元件相对于所述第二光学元件沿所述第一光学元件的纵向轴线是可移动的。
2.根据权利要求1所述的成像系统，还包括：第三光学元件，所述第三光学元件光学耦合到所述第二光学元件，其中，所述第三光学元件将光汇聚到所述成像系统的图像传感器上。
3.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述第一光学元件是正元件，其中，所述第二光学元件是负元件，并且其中，所述第三光学元件是正元件。
4.根据权利要求3所述的成像系统，其中，所述第一光学元件是双合透镜，并且其中，所述第二光学元件是双合透镜。
5.根据权利要求3所述的成像系统，其中，所述第三光学元件用于使所述成像系统在所述图像传感器上是远心的。
6.根据权利要求3所述的成像系统，其中，从所述物镜接收的所述发散光在通过从由所述物镜的后孔离开的视场边缘光线的中心进行测量时发散约0.25度至约1度。
7.根据权利要求3所述的成像系统，还包括：用于使所述第一光学元件沿其纵向轴线平移的平台。
8.根据权利要求3所述的成像系统，其中，所述第一光学元件可沿所述第一光学元件的纵向轴线平移至少约5mm的距离。
9.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述成像系统不包括用于调节所述物镜以校正球面像差的机构。
10.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述成像系统是测序系统。
11.一种用于成像系统的镜筒透镜，所述镜筒透镜包括：
第一光学元件，所述第一光学元件用于沿物镜和所述镜筒透镜之间的光路从所述物镜接收发散光；
第二光学元件，其中，所述第一光学元件将从所述物镜接收的发散光汇聚到所述第二光学元件上，其中，所述第一光学元件相对于所述第二光学元件沿所述第一光学元件的纵向轴线是可移动的；和
第三光学元件，所述第三光学元件用于将光汇聚到所述成像系统的图像传感器上。
12.根据权利要求11所述的镜筒透镜，其中，所述第一光学元件是正元件，其中，所述第二光学元件是负元件，并且其中，所述第三光学元件是正元件。
13.根据权利要求12所述的镜筒透镜，其中，所述第一光学元件是双合透镜，并且其中，所述第二光学元件是双合透镜。
14.根据权利要求12所述的镜筒透镜，其中，所述第三光学元件使所述成像系统在图像传感器上是远心的。
15.根据权利要求14所述的镜筒透镜，其中，所述第三光学元件是单透镜或双合透镜。
16.根据权利要求12所述的镜筒透镜，其中，从所述物镜接收的所述发散光在通过从所述物镜的后孔离开的视场边缘光线的中心进行测量时发散约0.25度至约1度。
17.根据权利要求12所述的镜筒透镜，其中，所述第一光学元件可沿所述第一光学元件的纵向轴线平移至少约5mm的距离。
18.根据权利要求17所述的镜筒透镜，其中，所述第一光学元件可沿所述第一光学元件的纵向轴线平移至多约25mm的距离。
19.根据权利要求11所述的镜筒透镜，还包括：用于使所述第一光学元件沿所述第一光学元件的纵向轴线平移的平台，其中，所述第一光学元件的平移改变在所述第一光学元件和所述第二光学元件之间的光路的长度。
20.根据权利要求12所述的镜筒透镜，其中，所述镜筒透镜具有在约150mm与约350mm之间的焦距。
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