CN111254066A

CN111254066A - 一种成像调节装置和高通量基因测序仪

Info

Publication number: CN111254066A
Application number: CN201811468044.1A
Authority: CN
Inventors: 赵磊; 张鑫; 杨旺; 乔彦峰
Original assignee: Changguang Huada Gene Sequencing Equipment Changchun Co ltd
Current assignee: Changguang Huada Gene Sequencing Equipment Changchun Co ltd
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2038-12-03
Also published as: CN111254066B

Abstract

本申请公开了一种成像调节装置和高通量基因测序仪，成像调节装置包括：基座，具有与X轴平行的台面；偏摆镜调节组件，包括偏摆镜安装座、第一偏摆镜调节装置和第二偏摆镜调节装置；由于成像调节装置包括偏摆镜调节组件和相机调节组件，偏摆镜调节组件可用于调节第一偏摆镜和第二偏摆镜分别沿Z轴和Y轴旋转，实现成像面沿着Y轴和Z轴平移，相机调节组件可用于调节相机沿X轴移动、沿Z轴、Y轴和X轴旋转，本成像调节装置实现了6个自由度的调节，使得相机的探测器面能够更为准确的对准成像像面，提高了成像的质量，从而提高了基因测序的精度。

Description

一种成像调节装置和高通量基因测序仪

技术领域

本发明涉及基因测序技术领域，具体涉及一种成像调节装置和高通量基因测序仪。

背景技术

高通量基因测序仪的成像系统用于激发荧光标记物(四种碱基分别用不同的荧光标记物进行标记)，并将这些荧光标记物发射出的荧光信号成像到科学级CMOS相机探测器上。为了保证相机芯片上获得清晰的图像质量，需要对成像像面和相机芯片面的平面外运动(Z平移运动、thetaX旋转运动、thetaY旋转运动)进行精确控制。为了保证四路相机芯片间的相互对准，便于后续的图像处理，需要对成像像面和相机芯片面的平面内thetaZ旋转运动进行精确控制。为了保证高通量测序的需求，充分利用相机芯片的像元尺寸，保证成像区域尽可能占满整个相机芯片的感光区域，需要对成像像面和相机芯片面的平面内X平移运动和Y平移运动进行精确控制。因此高通量基因测序仪的成像像面和相机CMOS探测器面之间需要进行六自由度的精密调整。

现有技术中，如专利CN205539880U公布了一种相机校准结构及基因测序仪，相机校准结构使用了具有不同螺距螺纹段的螺栓，通过该螺栓的调节实现相机相对于基板位置的精确微调。但是该专利只能实现相机的前后调节、左右调节、上下调节和旋转角度调节，无法实现相机探测器面的俯仰和偏摆运动。

又如专利CN103929589A公布了CCD相机调整机构，通过调节螺杆和拉伸弹簧实现CCD相机的俯仰和偏摆，通过旋转纵向调整垫，实现CCD相机的纵向运动。但是该专利技术只能实现平面外的Z平移运动、thetaX旋转运动、thetaY旋转运动三自由度运动。

发明内容

本申请提供一种具有六自由度的成像调节装置和高通量基因测序仪。

第一方面，一种实施例中提供一种成像调节装置，包括：

基座，具有与X轴平行的台面；

偏摆镜调节组件，包括偏摆镜安装座、第一偏摆镜调节装置和第二偏摆镜调节装置，偏摆镜安装座安装在基座的台面上，偏摆镜安装座上具有X轴的通孔腔体；偏摆镜安装座上安装有第一偏摆镜调节装置和第二偏摆镜调节装置；第一偏摆镜调节装置的安装端沿Y轴伸入到偏摆镜安装座的通孔腔体内，用于将第一偏摆镜安装在偏摆镜安装座的通孔腔体内，第一板调节装置的调节端位于偏摆镜安装座的侧面，用于调节第一偏摆镜沿Y轴旋转；第二偏摆镜调节装置的安装端沿Z伸入到偏摆镜安装座的通孔腔体内，用于将第二偏摆镜安装在偏摆镜安装座的通孔腔体内，第二板调节装置的调节端位于偏摆镜安装座的顶面，用于调节第二偏摆镜沿Z轴旋转；

以及相机调节组件，包括第一调节板、第二调节板和第三调节板，第一调节板可沿X轴移动的安装在基座的台面上，第二调节板可沿Z轴旋转的安装在第一调节板上，第三调节板可沿X轴和Y轴旋转的安装在第二调节板上，第三调节板用于安装相机。

进一步地，第一偏摆镜调节装置和第二偏摆镜调节装置均包括转轴、调节块、第一固定块和第二固定块，转轴可沿旋转的安装在偏摆镜安装座上，转轴的一端伸入通孔腔体内，并且在端部设有用于卡装偏摆镜的卡口，转轴具有卡口的一端形成安装端，调节块垂直安装在转轴的另一端，第一固定块和第二固定块固定安装在偏摆镜安装座上，并位于调节块的两侧，第一固定块和第二固定块固定分别通过可调节的成像调节螺钉与调节块连接，成像调节螺钉用于调节转轴的旋转；第一偏摆镜调节装置的转轴沿Y轴设置，第二偏摆镜调节装置的转轴沿Z轴设置。

进一步地，调节块、第一固定块和第二固定块上分别安装有成像锁紧螺钉，成像锁紧螺钉分别用于将调节块、第一固定块和第二固定块锁紧在偏摆镜安装座上。

进一步地，第一调节板和基座的台面之间设有沿X轴的导轨和滑槽，第一调节板通过导轨和滑槽之间的配合可滑动的安装在基座的台面上；基座的台面上安装有第一相机调节装置，第一相机调节装置包括第一安装块和第一调节螺钉，第一安装块具有两个，两个第一安装块安装在基座的台面上，或与基座为一体式结构，两个第一安装块对称位于第一调节板X轴的两侧，每个第一安装块块上安装有一个第一调节螺钉，第一调节螺钉用于调节第一调节板沿着X轴移动。

进一步地，第二调节板通过沿Z轴设置的转轴与第一调节板连接；第二调节板上安装有第二相机调节装置，第二相机调节装置包括第二安装块和第二调节螺钉，第二安装块具有两个，两个第二安装块安装在第一调节板上，或与第一调节板为一体式结构，两个第二安装块位于第二调节板的两侧，每个第二安装块块上安装有一个第二调节螺钉，第二调节螺钉用于调节第二调节板沿着Z轴旋转。

进一步地，第二调节板上的转轴位于相机探测面中心的正下方，用于实现相机探测器面与成像像面的对齐。

进一步地，第三调节板上安装有第三相机调节装置，第三相机调节装置包括至少三个第三调节螺钉，三个第三调节螺钉安装在第三调节板的三个角上，并延伸至与第二调节板连接，第三调节螺钉用于调节第三调节板沿X轴和Y轴旋转。

进一步地，第二调节板的三个角上分别设有V型槽、沉台和圆锥孔，V型槽、沉台和圆锥孔分别用于支撑第三调节螺钉。

进一步地，第一调节板、第二调节板和第三调节板上分别还安装有调节板锁紧螺钉，调节板锁紧螺钉用于将第一调节板、第二调节板和第三调节板分布锁紧在基座的台面、第一调节板和第二调节板上。

第二方面，一种实施例中提供一种高通量基因测序仪，包括相机、第一偏摆镜、第二偏摆镜和上述的成像调节装置。

依据上述实施例的成像调节装置和高通量基因测序仪，由于成像调节装置包括偏摆镜调节组件和相机调节组件，偏摆镜调节组件可用于调节第一偏摆镜和第二偏摆镜分别沿Z轴和Y轴旋转，进而实现成像像面的Y轴移动和Z轴移动，相机调节组件可用于调节相机探测器面沿X轴移动、沿Z轴、Y轴和X轴旋转，本成像调节装置实现了6个自由度的调节，使得相机的探测器面能够更为准确的对准成像像面，提高了成像的质量，从而提高了基因测序的精度。

附图说明

图1为一种实施例中成像调节装置的结构示意图；

图2为一种实施例中偏摆镜调节组件的侧视图；

图3为一种实施例中偏摆镜转动实现成像像面平移的工作原理示意图；

图4为一种实施例中偏摆镜调节组件的局部侧视图；

图5为一种实施例中相机调节组件的侧视图；

图6为图5的B-B剖视图；

图7为图6的局部放大图A；

图8为一种实施例中三个调节板的爆炸结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例提供了一种成像调节装置，本成像调节装置主要用于调节CMOS相机，保证相机芯片上获得清晰的图像质量。本成像调节装置也可用于物镜检测装置或牙科CT成像装置等系统中。

如图1所示，本实施例的成像调节装置主要包括基座1、偏摆镜调节组件2和相机调节组件3。基座1作为整个装置的支撑部件，基座1的上端设有台面。为了方便描述，将基座1的台面的长度定义为X轴，与台面的宽度定义为Y轴，垂直台面的定义为Z轴。为了方便描述，本实施例中，与X轴、Y轴和Z轴平行的轴线均直接描述为X轴、Y轴和Z轴。

如图2和图6所示，偏摆镜调节组件2包括偏摆镜安装座21、第一偏摆镜调节装置22和第二偏摆镜调节装置23，偏摆镜安装座21通过螺钉垂直安装在基座1的台面上，偏摆镜安装座21与基座1也可以为一体式结构。偏摆镜安装座21的上端具有沿着X轴的通孔腔体，该通孔腔体为圆柱腔体，用于容置第一偏摆镜4和第二偏摆镜5。

第一偏摆镜调节装置22安装在偏摆镜安装座21的侧面，第二偏摆镜调节装置23安装在偏摆镜安装座21的顶部，第一偏摆镜调节装置22和第二偏摆镜调节装置23均具有安装端和调节端。第一偏摆镜调节装置22的安装端沿着Y轴伸入到偏摆镜安装座21的通孔腔体内，用于安装固定第一偏摆镜4，第一偏摆镜调节装置22的调节端位于偏摆镜安装座21的侧面，用于调节第一偏摆镜4沿Y轴旋转；第二偏摆镜调节装置23的安装端沿着Z轴伸入到偏摆镜安装座21的通孔腔体内，用于安装固定第二偏摆镜5，第二偏摆镜调节装置23的调节端位于偏摆镜安装座21的顶面，用于调节第二偏摆镜5沿Z轴旋转。

通过旋转第一偏摆镜4和第二偏摆镜5实现成像像面的平移，以第一偏摆镜4为例进行说明，如图3所示，成像像面的平移量Δ_Z由第一偏摆镜4的旋转角度θ_y决定，成像像面的平移Δz可通过下述公式计算：

Δz＝((n-1)/n)dθ_y

式中，n为第一偏摆镜4的折射率，d为第一偏摆镜4的厚度。

如图4所示，具体的，第一偏摆镜调节装置22和第二偏摆镜调节装置23均包括转轴221、调节块222、第一固定块223和第二固定块224，转轴221可旋转的安装在偏摆镜安装座21上，转轴221的一端伸入通孔腔体内，并且在端部设有用于卡装偏摆镜的卡口，卡口可通过安装一个可拆卸的固定板形成，转轴221具有卡口的一端形成安装端，调节块222垂直安装在转轴221的另一端，第一固定块223和第二固定块224固定安装在偏摆镜安装座21上，并位于调节块222的两侧，第一固定块223和第二固定块224分别通过可调节的成像调节螺钉225与调节块222连接，成像调节螺钉225用于调节转轴221的旋转，调节块222、第一固定块223和第二固定块224形成调节端。其中，第一偏摆镜调节装置22的转轴221沿Y轴设置，第二偏摆镜调节装置23的转轴221沿Z轴设置。

调节块222、第一固定块223和第二固定块224分别通过成像锁紧螺钉226锁紧在偏摆镜安装座21上，当第一偏摆镜4或第二偏摆镜5需要调节时，先松开成像锁紧螺钉226，再通过成像调节螺钉225调节第一偏摆镜4或第二偏摆镜5的旋转角度。

如图1和图5所示，相机调节组件3包括第一调节板31、第二调节板32和第三调节板33，第一调节板31可沿X轴移动的安装在基座1的台面上，第二调节板32可沿Z轴旋转的安装在第一调节板31上，第三调节板33可沿X轴和Y轴旋转的安装在第二调节板32上，第三调节板33用于安装相机。

具体的，基座1的台面上安装有沿X轴的滑轨11，该滑轨为安装在台面上凹槽内的平键结构，第一调节板31的底面设有沿着X轴的滑槽31a，该滑槽31a贯穿第一调节板31，有利于第一调节板31的安装，第一调节板31通过滑槽31a安装在基座1的滑轨11上，使得第一调节板31在基座1的台面上可沿X轴移动。当然，滑轨也可设置在第一调节板31的底面，滑槽设置在基座1的台面上，同样可实现滑动连接；或者滑轨和滑槽设置为燕尾结构，可有效提高连接的稳定性。

如图5和图6所示，为了调节第一调节板31的移动，在基座1的台面上安装有第一相机调节装置34，第一相机调节装置34包括第一安装块341和第一调节螺钉342，第一安装块341具有两块，垂直安装在在基座1的台面上，第一安装块341可为台面上的凸起，与基座1为一体式结构。两块第一安装块341对称位于第一调节板31X轴的两侧，每个第一安装块341上安装有一个沿着X轴的第一调节螺钉342，两个第一调节螺钉342的端部从两个顶着第一调节板31，从而旋转两个第一调节螺钉342可实现调节第一调节板31沿着X轴移动。

第二调节板32安装在第一调节板31的上端，并且第二调节板32与第一调节板31连接有沿Z轴设置的转轴，从而第二调节板32可相对第一调节板31沿Z轴旋转。如图6和图7所示，为了起到更好的调节效果，第二调节板32与第一调节板31之间的转轴位于相机6的探测器面61中心的正下方，能够更精确的调节探测器面的角度，实现相机探测器面61与成像像面62的对齐。

为了调节第二调节板32的旋转，在第二调节板32上安装有第二相机调节装置35，第二相机调节装置35包括第二安装块351和第二调节螺钉352，第二安装块351具有两块，第二安装块351为第一调节板31上端两边缘向上延伸形成，第二安装块351也可为安装在第一调节板31的独立结构。每个第二安装块351上安装有一个沿Y轴的第二调节螺钉352，并两个第二调节螺钉352相对设置，位于第二调节板32远离偏摆镜调节组件2的一端，第二调节板32位于两个第二安装块351之间，两个第二调节螺钉352顶在第二调节板32上，从而通过两个第二调节螺钉352，可实现调节第二调节板32沿Z轴的旋转。

第三调节板33安装在第二调节板32上，第三调节板33的上端用于安装相机6。在第三调节板33上设有第三相机调节装置36，第三相机调节装置36包括三个第三调节螺钉361，三个第三调节螺钉361分别可调节的安装在第三调节板33的三个角上，并且其中两个第三调节螺钉361位于靠近偏摆镜调节组件2的一端。第三相机调节装置36也可包括四个第三调节螺钉361，四个第三调节螺钉361分别安装在第三调节板33的四个角上。

如图8所示，对应的，在第二调节板32的三个角上设有V型槽32a、沉台32b和圆锥孔32c，V型槽32a、沉台32b和圆锥孔32c分别与一个第三调节螺钉361连接，用于支撑第三调节螺钉361，其中，沉台32b和圆锥孔32c在位于第二调节板32靠近偏摆镜调节组件2一侧的两个角上，V型槽32a位于第二调节板32远离偏摆镜调节组件2一侧的一个角上，并且V型槽32a和圆锥孔32c位于与X轴平行的直线上。V型槽为长条槽，V型槽32a的长度沿着X轴设置，V型槽32a、沉台32b和圆锥孔32c的设置可实现第二调节板32的空间完全约束，通过调整第三调节螺钉361实现第二调节板32的精确空间定位，降低了对加工精度要求。

第三调节板33可通过三个第三调节螺钉361实现沿着X轴和Y轴转动。具体操作为：与V型槽32a和圆锥孔32c连接的第三调节螺钉361固定不动，调节与沉台32b连接的第三调节螺钉361，使得第三调节板33沿着V型槽32a和圆锥孔32c连线旋转，即沿着X轴旋转；与沉台32b和圆锥孔32c连接的第三调节螺钉361固定不动，调节与V型槽32a连接的第三调节螺钉361，使得第三调节板33沿着沉台32b和圆锥孔32c连线旋转，即沿着Y轴旋转。

本实施例中，第一调节板31、第二调节板32和第三调节板33分别通过调节板锁紧螺钉37锁紧固定在基座1的台面、第一调节板31和第二调节板32，当第一调节板31、第二调节板32或第三调节板33需要调节时，先将调节板锁紧螺钉37松开，调节完毕后，再通过调节板锁紧螺钉37锁紧。第三调节板33上的四角上分别安装有一个调节板锁紧螺钉37，用于将第三调节螺钉361调整后的第三调节板33进行固紧。

本实施例中的所有调节螺钉用于连接顶靠的端部均为半圆结构，或者在该端部镶嵌有圆滚珠，通过圆滚珠连接顶靠其他部件，起到更好的连接调节的效果。尤其对于用于旋转调节的调节螺钉，其圆弧形的端面有利于旋转接触。

本实施例中，所有的调节螺丝都通过带内螺纹的套筒安装在相应的部件上，并且套筒通过侧面插入的顶丝固定安装。

本实施例中，具有移动和旋转自由度的部件上安装有锁紧螺钉，需要将安装锁紧螺钉的通孔设置为对应的槽孔，使得锁紧螺钉可相对部件移动调节。例如调节块222和第一调节板31上设有槽孔，两者的槽孔分别用于可调节的安装成像锁紧螺钉226和调节板锁紧螺钉37。

本实施例提供的成像调节装置，由于成像调节装置包括偏摆镜调节组件2和相机调节组件3，偏摆镜调节组件2可用于调节第一偏摆镜4和第二偏摆镜5分别沿Z轴和Y轴旋转，进而实现成像像面沿着Y轴和Z轴平移，与相机6的探测器面61对齐，相机调节组件3可用于调节相机6沿X轴移动、沿Z轴、Y轴和X轴旋转，本成像调节装置实现了6个自由度的调节，使得相机6的探测器面61能够更为准确的对准成像像面62，提高了成像的质量，从而提高了基因测序的精度。

实施例二：

本实施例提供了一种高通量基因测序仪，如图1所示，本高通量基因测序仪包括相机6、第一偏摆镜4、第二偏摆镜5和上述实施例一种的成像调节装置。相机6为CMOS相机，CMOS相机具有探测器，相机6固定在成像调节装置的第三调节板33上，第一偏摆镜4和第二偏摆镜5平行安装在第一偏摆镜4、第二偏摆镜5的通孔腔体上，通过成像调节装置实现相机探测器面的沿X轴移动、沿Z轴、Y轴和X轴旋转，以及通过第一偏摆镜4和第二偏摆镜5的沿Y轴和Z轴旋转实现成像像面的沿Z轴和沿X轴移动，使得相机探测器面和成像像面的对准精度更高，能够得到更为清晰的成像，从而本高通量基因测序仪的测量更为精确。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims

1.一种成像调节装置，其特征在于，包括：

基座，具有与X轴平行的台面；

偏摆镜调节组件，包括偏摆镜安装座、第一偏摆镜调节装置和第二偏摆镜调节装置，所述偏摆镜安装座安装在所述基座的台面上，所述偏摆镜安装座上具有X轴的通孔腔体；所述偏摆镜安装座上安装有第一偏摆镜调节装置和第二偏摆镜调节装置；所述第一偏摆镜调节装置的安装端沿Y轴伸入到所述偏摆镜安装座的通孔腔体内，用于将第一偏摆镜安装在所述偏摆镜安装座的通孔腔体内，所述第一板调节装置的调节端位于所述偏摆镜安装座的侧面，用于调节所述第一偏摆镜沿Y轴旋转；所述第二偏摆镜调节装置的安装端沿Z伸入到所述偏摆镜安装座的通孔腔体内，用于将第二偏摆镜安装在所述偏摆镜安装座的通孔腔体内，所述第二板调节装置的调节端位于所述偏摆镜安装座的顶面，用于调节所述第二偏摆镜沿Z轴旋转；

以及相机调节组件，包括第一调节板、第二调节板和第三调节板，所述第一调节板可沿X轴移动的安装在所述基座的台面上，所述第二调节板可沿Z轴旋转的安装在所述第一调节板上，所述第三调节板可沿X轴和Y轴旋转的安装在所述第二调节板上，所述第三调节板用于安装相机。

2.如权利要求1所述的成像调节装置，其特征在于，所述第一偏摆镜调节装置和第二偏摆镜调节装置均包括转轴、调节块、第一固定块和第二固定块，所述转轴可旋转的安装在所述偏摆镜安装座上，所述转轴的一端伸入所述通孔腔体内，并且在端部设有用于卡装偏摆镜的卡口，所述转轴具有卡口的一端形成安装端，所述调节块垂直安装在所述转轴的另一端，所述第一固定块和第二固定块固定安装在所述偏摆镜安装座上，并位于所述调节块的两侧，所述第一固定块和第二固定块固定分别通过可调节的成像调节螺钉与所述调节块连接，所述成像调节螺钉用于调节转轴的旋转；所述第一偏摆镜调节装置的转轴沿Y轴设置，所述第二偏摆镜调节装置的转轴沿Z轴设置。

3.如权利要求1所述的成像调节装置，其特征在于，所述调节块、第一固定块和第二固定块上分别安装有成像锁紧螺钉，所述成像锁紧螺钉分别用于将调节块、第一固定块和第二固定块锁紧在偏摆镜安装座上。

4.如权利要求1所述的成像调节装置，其特征在于，所述第一调节板和基座的台面之间设有沿X轴的导轨和滑槽，所述第一调节板通过导轨和滑槽之间的配合可滑动的安装在所述基座的台面上；所述基座的台面上安装有第一相机调节装置，所述第一相机调节装置包括第一安装块和第一调节螺钉，所述第一安装块具有两个，两个所述第一安装块安装在所述基座的台面上，或与所述基座为一体式结构，两个所述第一安装块对称位于所述第一调节板X轴的两侧，每个第一安装块块上安装有一个第一调节螺钉，所述第一调节螺钉用于调节所述第一调节板沿着X轴移动。

5.如权利要求1所述的成像调节装置，其特征在于，所述第二调节板通过沿Z轴设置的转轴与所述第一调节板连接；所述第二调节板上安装有第二相机调节装置，所述第二相机调节装置包括第二安装块和第二调节螺钉，所述第二安装块具有两个，两个第二安装块安装在所述第一调节板上，或与所述第一调节板为一体式结构，两个所述第二安装块位于所述第二调节板的两侧，每个所述第二安装块块上安装有一个第二调节螺钉，所述第二调节螺钉用于调节所述第二调节板沿着Z轴旋转。

6.如权利要求5所述的成像调节装置，其特征在于，所述第二调节板上的转轴位于相机探测面中心的正下方，用于实现相机探测器面与成像像面的对齐。

7.如权利要求1所述的成像调节装置，其特征在于，所述第三调节板上安装有第三相机调节装置，所述第三相机调节装置包括至少三个第三调节螺钉，三个第三调节螺钉安装在所述第三调节板的三个角上，并延伸至与第二调节板连接，所述第三调节螺钉用于调节第三调节板沿X轴和Y轴旋转。

8.如权利要求7所述的成像调节装置，其特征在于，所述第二调节板的三个角上分别设有V型槽、沉台和圆锥孔，所述V型槽、沉台和圆锥孔分别用于支撑所述第三调节螺钉。

9.如权利要求1所述的成像调节装置，其特征在于，所述第一调节板、第二调节板和第三调节板上分别还安装有调节板锁紧螺钉，所述调节板锁紧螺钉用于将第一调节板、第二调节板和第三调节板分布锁紧在基座的台面、第一调节板和第二调节板上。

10.一种高通量基因测序仪，其特征在于，包括相机、第一偏摆镜、第二偏摆镜和权利要求1至9中任一项所述的成像调节装置。