CN115268019A - 套筒透镜、光检测显微系统、基因测序仪及使用方法 - Google Patents

套筒透镜、光检测显微系统、基因测序仪及使用方法 Download PDF

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CN115268019A CN202210830080.8A CN202210830080A CN115268019A CN 115268019 A CN115268019 A CN 115268019A CN 202210830080 A CN202210830080 A CN 202210830080A CN 115268019 A CN115268019 A CN 115268019A
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Abstract

本发明实施例提供套筒透镜、光检测显微系统、基因测序仪及使用方法。涉及显微成像领域，其中套筒透镜，在套筒内依次设置第一透镜、第二透镜和第三透镜组，并且沿套筒透镜的光轴，第二透镜设置在第一透镜的后方，第三透镜组设置在第二透镜的后方。通过第一透镜增加套筒透镜的后工作距离，第二透镜补偿第一透镜带来的部分像差，第三透镜组矫正色差及残余像差，使得该套筒透镜的后工作距远大于焦距，使其在显微成像技术应用时，结构上的排布空间余量更加充裕，在结构空间上可以使多个测试通道均能排布多个镜片及装载镜片的机械结构，确保提高所有成像通道的像质，可达到衍射极限，以满足不同的检测要求。

Description

套筒透镜、光检测显微系统、基因测序仪及使用方法
技术领域
本发明实施例涉及显微成像领域，尤其涉及套筒透镜、光检测显微系统、基因测序仪及使用方法。
背景技术
显微成像技术在样本检测中具有广泛应用，例如，在基因测序中，需对生物芯片上的碱基进行荧光成像。显微成像装置通常采用多通道成像技术对被测样本进行成像。
相关技术中，显微成像装置为多个通道配置一个共用的套筒透镜，多个二向色镜设置在套筒透镜的后工作距范围内，通过二向色镜对套筒透镜出射的不同波段的光线进行透射或者反射，从而对不同波段的光线进行分光，继而被后续的光学系统接收。但是这种结构中，部分通道的像差较大，需要增加补偿镜片以平衡像差，现有的套筒透镜的后工作距离常小于焦距，极有可能无法在后工作距离范围内排布显微成像装置所需的所有镜片，导致成像像质较差，无法满足检测需求。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供一种套筒透镜、光检测显微系统、基因测序仪及使用方法，能够提高套筒透镜的后工作距离，提高成像像质，满足检测需求。
第一方面，一种套筒透镜，包括：
套筒；
第一透镜，设置于所述套筒中，所述第一透镜具有负光焦度；
第二透镜，设置于所述套筒中，且沿所述套筒透镜的光轴设置在所述第一透镜的后方，所述第二透镜具有正光焦度；
第三透镜组，设置于所述套筒中，且沿所述套筒透镜的光轴设置在所述第二透镜的后方，所述第三透镜组具有正光焦度。
在一些可选择的实施方式中，所述第一透镜为双凹透镜，所述第一透镜满足：-0.35<fL1/fM<-0.28，其中，fL1为所述第一透镜的焦距，fM为所述套筒透镜的焦距。
在一些可选择的实施方式中，所述第二透镜为双凸透镜，所述第二透镜满足：0.45<fL2/fM<0.51，其中，fL2为所述第二透镜的焦距，fM为所述套筒透镜的焦距。
在一些可选择的实施方式中，所述第三透镜组包括：
第四透镜；
第五透镜，所述第五透镜的一端和所述第四透镜胶合连接；
第六透镜，所述第六透镜和所述第五透镜的另一端胶合连接。
在一些可选择的实施方式中，所述第四透镜为具有正光焦度的弯月透镜；
所述第五透镜为具有负光焦度的双凹透镜；
所述第六透镜为具有正光焦度的双凸透镜。
在一些可选择的实施方式中，所述第三透镜组满足：
2.05<fLC/fM<2.18，其中，fLC为所述第三透镜组的焦距，fM为所述套筒透镜的焦距。
在一些可选择的实施方式中，所述第四透镜满足：-0.91<fL4/fLC<-0.83，其中，fL4为所述第四透镜的焦距，fLC为所述第三透镜组的焦距；
所述第五透镜满足：0.61<fL5/fLC<0.7，其中，fL5为所述第五透镜的焦距，fLC为所述第三透镜组的焦距；
所述第六透镜满足：0.43<fL6/fLC<0.53，其中，fL6为所述第六透镜的焦距，fLC为所述第三透镜组的焦距。
第二方面，本发明实施例还提供一种光检测显微系统，包括：
如第一方面中任一项所述的套筒透镜；
分色镜组，包括至少一个分色镜，用于将通过所述套筒透镜的入射光分色后形成多路光信号；
多个光测试通道，用于对应接收并检测所述光信号；
所述光测试通道包括：
光处理元器件，所述光处理元器件用于接收所述光信号；
相机，所述相机沿所述光测试通道的光轴设置于所述光处理元器件的后方，用于检测所述光信号。
在一些可选择的实施方式中，所述分色镜组包括：
第一二向色镜，用于将所述通过所述套筒透镜的入射光进行分色，形成第一分色光信号和第二分色光信号；
第二二向色镜，用于将所述第二分色光信号进行分色，形成第三分色光信号和第四分色光信号；
第三二向色镜，用于将利用所述第三分色光信号进行分色，形成第五分色光信号和第六分色光信号。
在一些可选择的实施方式中，所述光测试通道包括：第一光测试通道、第二光测试通道、第三光测试通道和第四光测试通道；
所述第一光测试通道包括：第一光处理元器件组和第一相机；所述第一光处理元器件组包括：第一滤光片；所述第一滤光片用于对所述第一分色光信号进行滤光，所述第一相机用于检测所述第一滤光片出射的光信号；
所述第二光测试通道包括：第二光处理元器件组和第二相机；所述第二光处理元器件组包括：第二滤光片、第一补偿镜和第二补偿镜；所述第一补偿镜用于对所述第四分色光信号进行补偿，所述第二补偿镜用于对所述第一补偿镜出射的光信号进行补偿，所述第二滤光片用于对所述第二补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第二相机用于检测所述第二滤光片出射的光信号；
所述第三光测试通道包括：第三光处理元器件组和第三相机；所述第三光处理元器件组包括：第三滤光片和第三补偿镜；所述第三补偿镜用于对所述第六分色光信号进行补偿，所述第三滤光片用于对所述第三补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第三相机用于检测所述第三滤光片出射的光信号；
所述第四光测试通道包括：第四光处理元器件组和第四相机；所述第四光处理元器件组包括：第四滤光片、第四补偿镜和第五补偿镜；所述第四补偿镜用于对所述第五分色光信号进行补偿，所述第五补偿镜用于对所述第四补偿镜出射的光信号进行补偿，所述第四滤光片用于对所述第五补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第四相机用于检测所述第四滤光片出射的光信号。
在一些可选择的实施方式中，所述光测试通道包括：第一光测试通道、第二光测试通道、第三光测试通道和第四光测试通道；
所述第一光测试通道包括：第一光处理元器件组和第一相机；所述第一光处理元器件组包括：第一滤光片；所述第一滤光片用于对所述第一分色光信号进行滤光，所述第一相机用于检测所述第一滤光片出射的光信号；
所述第二光测试通道包括：第二光处理元器件组和第二相机；所述第二光处理元器件组包括：第二滤光片、第一补偿镜和第二补偿镜；所述第一补偿镜用于对所述第二分色光信号进行补偿，所述第二二向色镜用于对所述第一补偿镜出射的光信号进行分色，形成所述第三分色光信号和第四分色光信号；
所述第二补偿镜用于对所述第四分色光信号进行补偿，所述第二滤光片用于对所述第二补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第二相机用于检测所述第二滤光片出射的光信号；
所述第三光测试通道包括：第三光处理元器件组和第三相机；所述第三光处理元器件组包括：第三滤光片；所述第三滤光片用于对所述第六分色光信号进行滤光，所述第三相机用于检测所述第三滤光片出射的光信号；
所述第四光测试通道包括：第四光处理元器件组和第四相机；所述第四光处理元器件组包括：第四滤光片和第三补偿镜；所述第三补偿镜用于对所述第五分色光信号进行补偿，所述第四滤光片用于对所述第三补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第四相机用于检测所述第四滤光片出射的光信号。
第三方面，本发明实施例还提供一种基因测序仪，包括：
激光器，用于发射激光；
生物芯片，所述生物芯片承载有待测基因样本，所述生物芯片用于被所述激光照射激发产生荧光信号；
如第二方面所述的光检测显微系统，用于接收并检测所述荧光信号。
第三方面，本发明实施例还提供一种基因测序仪的控制方法，应用于如第三方面所述的基因测序仪。
本发明实施例第一方面提供的套筒透镜，与相关技术相比，通过在套筒内依次设置第一透镜、第二透镜和第三透镜组，其中第一透镜具有负光焦度，第二透镜具有正光焦度，第三透镜组具有正光焦度，并且沿套筒透镜的光轴，第二透镜设置在第一透镜的后方，第三透镜组设置在第二透镜的后方。该结构通过第一透镜增加套筒透镜的后工作距离，第二透镜补偿第一透镜带来的部分像差，第三透镜组矫正色差及残余像差，使得该套筒透镜的后工作距远大于焦距，使其在显微成像技术应用时，结构上的排布空间余量更加充裕，在结构空间上可以使多个测试通道均能排布多个镜片及装载镜片的机械结构，确保提高所有成像通道的像质，可达到衍射极限，以满足不同的检测要求。
可以理解的是，上述第二方面至第四方面与相关技术相比存在的有益效果与上述第一方面与相关技术相比存在的有益效果相同或相似，可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或相关技术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发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
图1是本发明一个实施例提供的基因测序仪的系统架构的示意图；
图2是本发明一个实施例提供的光检测显微系统的结构示意图；
图3是本发明另一个实施例提供的光检测显微系统的结构示意图；
图4是本发明另一个实施例提供的光检测显微系统的结构示意图；
图5是本发明一个实施例的套筒透镜结构示意图；
图6是本发明另一个实施例的套筒透镜结构示意图；
图7是本发明另一个实施例的套筒透镜的成像参考图；
图8a～图8d是本发明一个实施例的四个光测试通道的光路示意图；
图9a～图9d是本发明一个实施例的四个光测试通道的成像参考图；
附图标记说明：
光检测显微系统110、激光器120、生物芯片130、输入模块240、显示模块220、存储器230、控制器210；
物镜100、第一反射镜200、套筒透镜1110、分色镜组300、光测试通道、第一二向色镜310、第二二向色镜320、第三二向色镜330、第一光测试通道410、第二光测试通道420、第三光测试通道430和第四光测试通道440、第一滤光片411、第一相机412、第二滤光片421、第一补偿镜422、第二补偿镜423、第二相机424、第三滤光片431、第三补偿镜432、第三相机433、第四滤光片441、第四补偿镜442、第五补偿镜443、第四相机444；
套筒透镜入射面M1、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜组LC、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第一透镜入射面M2、第一透镜出射面M3、第二透镜入射面M4、第二透镜出射面M5、第四透镜入射面M6、第四透镜出射面M7、第五透镜出射面M8、第六透镜出射面M9。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明实施例。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明实施例的描述。
应当理解的是，在本发明实施例说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明实施例的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
显微成像技术在样本检测中具有广泛应用，例如，在基因测序中，需对生物芯片上的碱基进行荧光成像。显微成像装置通常采用多通道成像技术对被测样本进行成像。例如，在一些应用场景中，基因测序仪工作时需对生物芯片上的碱基进行荧光成像。基因测序仪测序时需对ATGC四种碱基，即腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)，进行荧光成像，通常采用多通道(如四通道或二通道)成像，然后对每个通道得到的检测图像进行算法配准，从而使不同图像的碱基位置相匹配。
相关技术中，一类显微成像装置为多个通道配置一个共用的套筒透镜。另一类显微成像装置为每个通道均配置一个套筒透镜，即每个通道都分别由套筒透镜组件、滤光片及相机等部件组成。无论利用哪种结构进行多通道成像方式，均需要通过二向色镜对套筒透镜出射的不同波段的光线进行透射或者反射，从而对不同波段的光线进行分光，继而被后续的光学系统接收。
上述第一类结构通常只需一个套筒透镜，成本较低，并且每个通道的放大倍率一致，不存在图像配准困难的问题。但是由于多个二向色镜设置在套筒透镜的后工作距范围内，此段光线不准直，引入二向色镜后会在二向色镜透射方向的光学系统中引入像差，造成失真，因此需要在后工作距的光路中增加补偿镜片以平衡像差，而现有的套筒透镜的后工作距离常小于焦距，极有可能无法在后工作距离范围内排布该结构的所有镜片以及装载镜片的机械结构，导致成像像质较差，无法满足检测需求。第二类结构需要设置多个套筒透镜，成本较高，并且多个套筒透镜通常存在难以避免的加工误差，每个套筒透镜的焦距略有不同，从而导致不同通道的放大倍率有差异，进而使得每个通道得到的检测图像配准存在困难。另一方面，部分通道需要透过两片二向色镜进行分光，进一步导致像差的增大，即使加入补偿镜，像差平衡也不完全。
基于此，本发明实施例提供了套筒透镜、光检测显微系统、基因测序仪及使用方法。本发明实施例的套筒透镜在套筒内依次设置第一透镜、第二透镜和第三透镜组，其中，第一透镜具有负光焦度，第二透镜具有正光焦度，第三透镜组具有正光焦度，并且沿套筒透镜的光轴，第二透镜设置在第一透镜的后方，第三透镜组设置在第二透镜的后方。该结构通过第一透镜增加套筒透镜的后工作距离，第二透镜补偿第一透镜带来的部分像差，第三透镜组矫正色差及残余像差，使得该套筒透镜的后工作距远大于焦距，使其在显微成像技术应用时，结构上的排布空间余量更加充裕，在结构空间上可以使多个测试通道均能排布多个镜片及装载镜片的机械结构，确保提高所有成像通道的像质，可达到衍射极限，以满足不同的检测要求。
在具体说明本发明之前，先对基因测序仪的结构进行一个说明。
请参照图1，一种实施例公开了一种基因测序仪，包括光检测显微系统110、激光器120、生物芯片130、控制器210、显示模块220、存储器230和输入模块240等，下面分别说明。
激光器120用于发射激光，激光用于照射和激发生物芯片产生荧光。
生物芯片，生物芯片承载有待测基因样本，生物芯片用于被激光照射激发产生荧光信号。在一些实施例中，生物芯片上阵列有四种被荧光标记的碱基，分别为腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)。不同的碱基被激光激发后发出的荧光的光谱不同。因此，可通过测量光谱测量基因中碱基的排列对待测基因样本进行检测。
光检测显微系统110，用于接收并检测荧光信号。光检测显微系统110可以是四通道显微成像系统，每一个通道对应检测一种碱基；光检测显微系统110也可以是双通道成像系统，双通道成像系统一次拍摄两种碱基的荧光，分两次完成四种碱基的荧光成像，本发明实施例对此不作限定。
在一个实施例中，请参照图2，光检测显微系统110至少包括：套筒透镜1110、分色镜组300和多个光测试通道400。
其中，分色镜组300包括至少一个分色镜，分色镜用于将通过套筒透镜1110的入射光分色后形成多路光信号。
多个光测试通道400用于检测不同的碱基，针对不同的碱基对应接收并检测光信号。具体的光测试通道400包括：光处理元器件和相机，其中，光处理元器件用于接收光信号，相机沿光测试通道400的光轴设置于光处理元器件的后方，检测光信号完成对应碱基的荧光成像。
在另一实施例中，请参照图3，以光检测显微系统110是四通道成像系统为例进行说明，光检测显微系统110包括：物镜100、第一反射镜200、套筒透镜1110、分色镜组300和四个光测试通道400。
该实施例中，分色镜组300：包括三个二向色镜，分别为：第一二向色镜310、第二二向色镜320和第三二向色镜330。四个光测试通道分别为：第一光测试通道410、第二光测试通道420、第三光测试通道430和第四光测试通道440。每个光测试通道均包含光处理元器件组和相机。
生物芯片激发的荧光信号经过物镜100和第一反射镜200反射后，形成入射光S进入套筒透镜1110，套筒透镜1110对该光信号会聚，出射至第一二向色镜310进行分色，形成第一分色光信号S1和第二分色光信号S2，第一分色光信号S1进入第一光测试通道410，第二分色光信号S2作为入射光进入第二二向色镜320再次分色，形成第三分色光信号S3和第四分色光信号S4，第四分色光信号S4进入第二光测试通道420，第三分色光信号S3作为入射光进入第三二向色镜330再次分色，形成第五分色光信号S5和第六分色光信号S6，第五分色光信号S5进入第四光测试通道440，第六分色光信号S6进入第三光测试通道430。
该实施例中，二向色镜可以透过一部分光，反射另一部分光，可以理解的是，第一分色光信号S1是入射光S的一部分信号，入射光S一部分经过反射形成第一分色光信号S1，另一部分经过透射形成第二分色光信号S2。同样地，第三分色光信号S3可以是第二分色光信号S2的一部分，第六分色光信号S6可以是第三分色光信号S3的一部分。
该实施例中，光处理元器件组包括：滤光片或补偿镜，补偿镜用于补偿光信号经过分光的光程，由于光线经过套筒透镜会聚之后，光线就不再准直，如果再引入具有厚度且具有一定角度入射的镜片(例如倾斜45°放置的二向色镜)，则会引入像差。因此只有透过二向色镜的通道会引入像差，反射通道不会引入像差，因此在透过二向色镜的通道后引入补偿镜，使与二向色镜角度相匹配，用以校正光线角度，从而保持光路稳定。
例如，第一光测试通道410包括：第一光处理元器件组和第一相机412，其中第一光处理元器件组可以是第一滤光片411。第一滤光片411对第一分色光信号S1进行滤光，第一相机412检测第一滤光片411出射的光信号。
第二光测试通道420包括：第二光处理元器件组和第二相机424，其中第二光处理元器件组包括第二滤光片421、第一补偿镜422和第二补偿镜423。第一补偿镜422对第四分色光信号S4进行一次补偿，第二补偿镜423对第一补偿镜422出射的光信号进行二次补偿，第二滤光片421对第二补偿镜423出射的光信号进行滤光，第二相机424检测第二滤光片421出射的光信号。
第三光测试通道430包括：第三光处理元器件组和第三相机433，其中第三光处理元器件组包括：第三滤光片431和第三补偿镜432。第三补偿镜432对第六分色光信号S6进行补偿，第三滤光片431对第三补偿镜432出射的光信号进行滤光，第三相机433用于检测第三滤光片431出射的光信号。
第四光测试通道440包括：第四光处理元器件组和第四相机444，其中第四光处理元器件组包括：第四滤光片441、第四补偿镜442和第五补偿镜443。第四补偿镜442对第五分色光信号S5进行一次补偿，第五补偿镜443对第四补偿镜442出射的光信号进行二次补偿，第四滤光片441对第五补偿镜443出射的光信号进行滤光，第四相机444检测第四滤光片441出射的光信号。
可以理解的是，该实施例中第一补偿镜、第二补偿镜、第三补偿镜、第四补偿镜和第五补偿镜可以是性能一致的补偿镜，对其编号仅为了描述方便，彼此之间可以互换。
请参照图4，为光检测显微系统110的另一实施例，其在图3的基础上简化第二光测试通道420、第三光测试通道430和第四光测试通道440中光处理元器件的数量，即第二光测试通道420、第三光测试通道430和第四光测试通道440共用一个补偿镜，将系统中补偿镜由5片简化为3片。
例如，第一光测试通道410与图3中所示的第一光测试通道410结构相同。
第二光测试通道420包括：第二光处理元器件组和第二相机424，其中第二光处理元器件组包括第二滤光片421、第一补偿镜422和第二补偿镜423。第一补偿镜422对第二分色光信号S2进行补偿后将其作为入射光射入第二二向色镜320进行分色，形成新的第三分色光信号S3和第四分色光信号S4，第二补偿镜423对第四分色光信号S4进行补偿，第二滤光片421对第二补偿镜423出射的光信号进行滤光，第二相机424检测第二滤光片421出射的光信号；
第三光测试通道430包括：第三光处理元器件组和第三相机433，其中第三光处理元器件组包括：第三滤光片431。第三滤光片431对第六分色光信号S6进行滤光，第三相机433检测第三滤光片431出射的光信号；
第四光测试通道440包括：第四光处理元器件组和第四相机444；第四光处理元器件组包括：第四滤光片441和第三补偿镜432。第三补偿镜432用于对第五分色光信号S5进行补偿，第四滤光片441对第三补偿镜432出射的光信号进行滤光，第四相机444检测第四滤光片441出射的光信号。
在一些实施例中，激光器发射的激光可先经过光束整形模块进行整形后，再经过物镜，照射到生物芯片，以激发生物芯片产生荧光。
需要说明的是，相机可以用于捕获静态图像或视频。物体通过镜头生成光学图像透射到相机的感光元件。感光元件可以是电荷耦合器件(Charge Couled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Comlementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)光电晶体管。感光元件把光信号转换成电信号，之后将电信号传递给IS(Image Signal rocessor，图像信号处理器)转换成数字图像信号。IS将数字图像信号输出到DS加工处理。DS将数字图像信号转换成标准的RGB，YUV等格式的图像信号。
以上是对光检测显微系统110的一些举例说明，下面继续对基因测序仪中的其他部件和结构进行说明。
输入模块240用于接收用户的输入。常见地，输入模块240可以是鼠标和键盘等，在一些情况下，也可以是触控显示屏，触控显示屏带来供用户输入和显示内容的功能，因此这种例子中输入模块240和显示模块220是集成在一起的。当然，在一些例子中，输入模块240甚至可以是带来识别语音的语音输入设备等。
显示模块220可以用于显示信息。在有的实施例中，基因测序仪本身可以集成显示模块，在有的实施例中，基因测序仪也可以连接一个计算机设备(例如电脑)，通过计算机设备的显示单元(例如显示屏)来显示信息，这些都属于本文中显示模块220所限定和保护的范围。
在一些实施例中，控制器可以包括一个或多个处理单元，例如：控制器可以包括应用处理器(Alication rocessor，A)，调制解调处理器，图形处理器(Grahics rocessingUnit，GU)，图像信号处理器(Image Signal rocessor，IS)，存储器，视频编解码器，数字信号处理器(Digital Signal rocessor，DS)，基带处理器，和/或神经网络处理器(Neural-network rocessing Unit，NU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。控制器可以是基因测序仪的神经中枢和指挥中心。控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。例如，控制器可以获取来自相机拍摄得到的基因图片并输出到显示模块进行显示；也可以发出控制指令控制电机带动套筒透镜中的透镜组移动，以调节对应套筒透镜的焦距。
需要说明的是，本发明实施例描述的基因测序仪的结构是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着设备架构的演变和新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，图1、图2、图3和图4中示出的基因测序仪或光检测显微系统或套筒透镜并不构成对本发明实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图5所示，本发明实施例提供一种套筒透镜，包括：
套筒；
第一透镜L1，设置于套筒中，第一透镜具有负光焦度，能够增加套筒透镜的后工作距离。
第二透镜L2，设置于套筒中，且沿套筒透镜的光轴设置在第一透镜的后方，第二透镜具有正光焦度，能够补偿第一透镜L1在光学系统中引入的部分像差。
第三透镜组LC，设置于套筒中，且沿套筒透镜的光轴设置在第二透镜的后方，第三透镜组具有正光焦度。
其中，正光焦度在光学系统中对光束产生会聚效应，负光焦度在光学系统中对光束产生发散效应。
在一实施例中，为产生会聚效应设置第一透镜L1为双凹透镜，第二透镜L2为双凸透镜，第三透镜组LC可以包括一个透镜，也可以包括多个透镜，只要使得第三透镜组LC呈正光焦度即可，当第三透镜组LC包括多个透镜时，将多个透镜进行胶合连接，能够校正色差。
参照图6，为本发明实施例提供一种套筒透镜结构示意图。
该实施例中，第三透镜组LC包括3个透镜，依次分别是：第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6，其中第五透镜L5的一端和第四透镜L4胶合连接，第五透镜L5的另一端与第六透镜L6胶合连接，三个透镜互相胶合连接形成具有正光焦度的第三透镜组LC。射入套筒透镜的入射光首先入射第一透镜L1，然后从第一透镜L1出射到第二透镜L2，从第二透镜L2出射到第四透镜L4，再从第四透镜L4出射到第五透镜L5，最后从第五透镜L5出射到第六透镜L6。
参照图6，射入套筒透镜的入射光的光路为：从套筒透镜入射面M1->第一透镜入射面M2->第一透镜出射面M3->第二透镜入射面M4->第二透镜出射面M5->第四透镜入射面M6->第四透镜出射面M7->第五透镜出射面M8->第六透镜出射面M9。其中，第一透镜入射面M2和第一透镜出射面M3属于第一透镜L1的两面，第二透镜入射面M4和第二透镜出射面M5属于第二透镜L2的两面，第四透镜入射面M6和第四透镜出射面M7属于第四透镜L4的两面，第四透镜出射面M7属于第四透镜L4和第五透镜L5的公共面，即上述胶合连接的面，第五透镜出射面M8属于第五透镜L5和第六透镜L6的公共面，即上述胶合连接的面，第五透镜出射面M8和第六透镜出射面M9属于第六透镜L6的两面。
示例性的，套筒为直筒，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜组LC均设置在套筒中，且套筒的轴线、第一透镜L1的光轴、第二透镜L2的光轴和第三透镜组LC的光轴同轴。
本发明实施例提供的套筒透镜，与相关技术相比，通过第一透镜L1增加套筒透镜的后工作距离，第二透镜L2补偿第一透镜L1带来的部分像差，第三透镜组LC矫正色差，使得该套筒透镜的后工作距远大于焦距，使其在显微成像技术应用时，结构上的排布空间余量更加充裕，在结构空间上可以使多个测试通道均能排布多个镜片及装载镜片的机械结构，确保提高所有成像通道的像质，可达到衍射极限，以满足不同的检测要求。
衍射极限是指一个理想物点经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到一个夫朗和费衍射像。由于一般光学系统的口径都是圆形，夫朗和费衍射像就是所谓的艾里斑，这样每个物点的像就是一个弥散斑，如果两个弥散斑靠近，就不好对其进行区分，这样就限制了光学成像系统的分辨率，这个斑越大，分辨率越低。本申请实施例提供的套筒透镜能够确保所有成像通道的像质，可达到衍射极限，满足成像清晰度要求，适应不同的检测需求。
示例性的，套筒透镜的入瞳与成像视野分别为10mm和16*16mm，预设的焦距为150mm，对应的后工作距为245mm，可见，本申请实施例的套筒透镜的后工作距远大于其焦距。
在一些可选择的实施方式中，为了实现相应的光学性能，第一透镜L1满足以下关系：
-0.35<fL1/fM<-0.28，其中，fL1为第一透镜L1的焦距，fM为套筒透镜的焦距。需要说明的是，套筒透镜的焦距fM指的是套筒透镜中的光学元件(如透镜)组成的光学系统的焦距。
可以理解的是，第一透镜L1的焦距fL1和套筒透镜的焦距fM满足上述关系，可以较好地实现负光焦度，能够增加套筒透镜的后工作距离，以使套筒透镜组件在预设的焦距范围内均可达到衍射极限，从而满足成像清晰度要求。
第二透镜L2满足以下关系：
0.45<fL2/fM<0.51，其中，fL2为第二透镜的焦距，fM为套筒透镜的焦距。
第三透镜组LC满足以下关系：
2.05<fLC/fM<2.18，其中，fLC为第三透镜组的焦距，fM为套筒透镜的焦距。
在一些可选择的实施方式中，第三透镜组LC中，第四透镜L4为具有正光焦度的弯月透镜，第五透镜L5为具有负光焦度的双凹透镜，第六透镜L6为具有正光焦度的双凸透镜。可以理解的是，可以通过对第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6的光学参数的合理设计，以满足第三透镜组LC的光学参数要求。
在一些可选择的实施方式中，为了实现第三透镜组LC的光学性能，第四透镜L4满足以下关系：
-0.91<fL4/fLC<-0.83，其中，fL4为第四透镜的焦距，fLC为第三透镜组的焦距。
第五透镜L5满足以下关系：
0.61<fL5/fLC<0.7，其中，fL5为第五透镜的焦距，fLC为第三透镜组的焦距。
第六透镜L6满足以下关系：
0.43<fL6/fLC<0.53，其中，fL6为第六透镜的焦距，fLC为第三透镜组的焦距。
在一些可选择的实施方式中，上述各透镜可以固定在套筒内，或者通过螺纹连接的方式设置在套筒内。例如套筒内壁形成有内螺纹，第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6上形成有与内螺纹配合的外螺纹。
在一些可选择的实施方式中，套筒透镜的系统参数如表1所示：
面编号 曲率半径/mm 厚度/mm 折射率 阿贝数
M1 平面 100
M2 -100.856 15.004 1.76 27.5
M3 61.900 22.447
M4 235.856 13.984 1.92 18.9
M5 -91.897 23.065
M6 -1148.541 7.418 1.62 63.4
M7 -61.574 2.800 1.81 25.5
M8 112.736 11.161 1.60 65.5
M9 -73.941 245.011
表1
表1中，阿贝数为27.5，阿贝数也称”色散系数”，用来衡量透明介质的光线色散程度。阿贝数就是用以表示透明介质色散能力的指数。套筒透镜入射面M1为平面，在150mm、200mm及250mm焦距的情况下，套筒透镜入射面M1，厚度为100mm。第一透镜L1的折射率为1.76，其中第一透镜入射面M2的厚度为15.004mm，曲率半径为-100.856mm，第一透镜出射面M3的厚度为22.447mm，曲率半径为61.900mm。第二透镜L2的折射率为1.92，阿贝数为18.9，其中第二透镜入射面M4的厚度为13.984mm，曲率半径为235.856mm，第二透镜出射面M5的厚度为23.065mm，曲率半径为-91.897mm。第四透镜L4的折射率为1.62，阿贝数为63.4，其中第四透镜入射面M6的厚度为7.418mm，曲率半径为-1148.541mm，第四透镜出射面M7的厚度为2.800mm，曲率半径为-61.574mm。第五透镜L5的折射率为1.81，阿贝数为25.5。第六透镜L6的折射率为1.60，阿贝数为65.5，其中第六透镜出射面M8的厚度为11.161mm，曲率半径为112.736mm。
在一些可选择的实施方式中，参照图7，为套筒透镜的成像参考图。其中包含第一光测试通道、第二光测试通道、第三光测试通道和第四光测试通道的成像图，对蓝色光(波长0.486133μm)、绿色光(波长0.587562μm)和红色光(波长0.656273μm)的分布情况进行示意，可以看出，本示例的套筒透镜主要能量(大部分光线)集中在中心区域，均可达到衍射极限。
在一些可选择的实施方式中，参照图8a～图8d，为四个光测试通道的光路示意图。图中省略个光测试通道的相机以及二向色镜的反射镜部分，即只体现穿透二向色镜的光信号的流向。
其中，图8a为第一光测试通道的光路图，入射光经过套筒透镜后经过进入第一滤光片411进行滤光。
图8b为第二光测试通道的光路图，入射光经过套筒透镜后经过第一二向色镜310和第二二向色镜320进行分光后进入第一补偿镜422和第二补偿镜423，然后进入第二滤光片421进行滤光。
图8c为第三光测试通道的光路图，入射光经过套筒透镜后经过第一二向色镜310分光后进入第三补偿镜432，然后进入第三滤光片431进行滤光。
图8d为第四光测试通道的光路图，入射光经过套筒透镜后经过第一二向色镜310和第三二向色镜330进行分光后进入第四补偿镜442和第五补偿镜443，然后进入第四滤光片441进行滤光。
在一些可选择的实施方式中，参照图9a～图9d，为四个光测试通道的成像参考图。其中，图9a、图9b、图9c和图9d分别为：第一光测试通道、第二光测试通道、第三光测试通道和第四光测试通道的成像图。其中包含对蓝色光(波长0.486133μm)、绿色光(波长0.587562μm)和红色光(波长0.656273μm)的分布情况示意，可以看出，本示例的套筒透镜主要能量(大部分光线)集中在中心区域，均可达到衍射极限。
本发明实施例通过第一透镜增加套筒透镜的后工作距离，第二透镜补偿第一透镜带来的部分像差，第三透镜组矫正色差及残余像差，使得该套筒透镜的后工作距远大于焦距，使其在显微成像技术应用时，结构上的排布空间余量更加充裕，在结构空间上可以使多个测试通道均能排布多个镜片及装载镜片的机械结构，确保提高所有成像通道的像质，可达到衍射极限，以满足不同的检测要求。
另外，本发明实施例还提供一种基因测序仪，包括：
激光器，用于发射激光；
生物芯片，生物芯片承载有待测基因样本，生物芯片用于被激光照射激发产生荧光信号；
如前述的光检测显微系统，用于接收并检测荧光信号。
基因测序仪的相关说明请参照前述，在此不作赘述。
另外，本发明实施例还提供一种基因测序仪的控制方法，应用于上述基因测序仪。
需要说明的是，本实施例中的基因测序仪的控制方法，可以在如图1、图2或图3所示实施例的基因测序仪中的使用，即是说，本实施例中的基因测序仪的控制方法和如图1、图2或图3所示实施例的基因测序仪具有相同的发明构思，因此这些实施例具有相同的实现原理以及技术效果，此处不再详述。
本发明实施例提供的套筒透镜，与相关技术相比，通过在套筒内依次设置第一透镜、第二透镜和第三透镜组，其中第一透镜具有负光焦度，第二透镜具有正光焦度，第三透镜组具有正光焦度，并且沿套筒透镜的光轴，第二透镜设置在第一透镜的后方，第三透镜组设置在第二透镜的后方。该结构通过第一透镜增加套筒透镜的后工作距离，第二透镜补偿第一透镜带来的部分像差，第三透镜组矫正色差，使得该套筒透镜的后工作距远大于焦距，使其在显微成像技术应用时，结构上的排布空间余量更加充裕，在结构空间上可以使多个测试通道均能排布多个镜片及装载镜片的机械结构，确保提高所有成像通道的像质，可达到衍射极限，以满足不同的检测要求。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明实施例的较佳实施进行了具体说明，但本发明实施例并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明实施例精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明实施例权利要求所限定的范围内。

Claims (13)

1.一种套筒透镜，其特征在于，包括：
套筒；
第一透镜，设置于所述套筒中，所述第一透镜具有负光焦度；
第二透镜，设置于所述套筒中，且沿所述套筒透镜的光轴设置在所述第一透镜的后方，所述第二透镜具有正光焦度；
第三透镜组，设置于所述套筒中，且沿所述套筒透镜的光轴设置在所述第二透镜的后方，所述第三透镜组具有正光焦度。
2.根据权利要求1所述的套筒透镜，其特征在于，所述第一透镜为双凹透镜，所述第一透镜满足：-0.35<fL1/fM<-0.28，其中，fL1为所述第一透镜的焦距，fM为所述套筒透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的套筒透镜，其特征在于，所述第二透镜为双凸透镜，所述第二透镜满足：0.45<fL2/fM<0.51，其中，fL2为所述第二透镜的焦距，fM为所述套筒透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的套筒透镜，其特征在于，所述第三透镜组包括：
第四透镜；
第五透镜，所述第五透镜的一端和所述第四透镜胶合连接；
第六透镜，所述第六透镜和所述第五透镜的另一端胶合连接。
5.根据权利要求4所述的套筒透镜，其特征在于，
所述第四透镜为具有正光焦度的弯月透镜；
所述第五透镜为具有负光焦度的双凹透镜；
所述第六透镜为具有正光焦度的双凸透镜。
6.根据权利要求5所述的套筒透镜，其特征在于，所述第三透镜组满足：
2.05<fLC/fM<2.18，其中，fLC为所述第三透镜组的焦距，fM为所述套筒透镜的焦距。
7.根据权利要求6所述的套筒透镜，其特征在于，
所述第四透镜满足：-0.91<fL4/fLC<-0.83，其中，fL4为所述第四透镜的焦距，fLC为所述第三透镜组的焦距；
所述第五透镜满足：0.61<fL5/fLC<0.7，其中，fL5为所述第五透镜的焦距，fLC为所述第三透镜组的焦距；
所述第六透镜满足：0.43<fL6/fLC<0.53，其中，fL6为所述第六透镜的焦距，fLC为所述第三透镜组的焦距。
8.一种光检测显微系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至7中任一项所述的套筒透镜；
分色镜组，包括至少一个分色镜，用于将通过所述套筒透镜的入射光分色后形成多路光信号；
多个光测试通道，用于对应接收并检测所述光信号；
所述光测试通道包括：
光处理元器件，所述光处理元器件用于接收所述光信号；
相机，所述相机沿所述光测试通道的光轴设置于所述光处理元器件的后方，用于检测所述光信号。
9.根据权利要求8中所述的光检测显微系统，其特征在于，所述分色镜组包括：
第一二向色镜，用于将所述通过所述套筒透镜的入射光进行分色，形成第一分色光信号和第二分色光信号；
第二二向色镜，用于将所述第二分色光信号进行分色，形成第三分色光信号和第四分色光信号；
第三二向色镜，用于将利用所述第三分色光信号进行分色，形成第五分色光信号和第六分色光信号。
10.根据权利要求9所述的光检测显微系统，其特征在于，所述光测试通道包括：第一光测试通道、第二光测试通道、第三光测试通道和第四光测试通道；
所述第一光测试通道包括：第一光处理元器件组和第一相机；所述第一光处理元器件组包括：第一滤光片；所述第一滤光片用于对所述第一分色光信号进行滤光，所述第一相机用于检测所述第一滤光片出射的光信号；
所述第二光测试通道包括：第二光处理元器件组和第二相机；所述第二光处理元器件组包括：第二滤光片、第一补偿镜和第二补偿镜；所述第一补偿镜用于对所述第四分色光信号进行补偿，所述第二补偿镜用于对所述第一补偿镜出射的光信号进行补偿，所述第二滤光片用于对所述第二补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第二相机用于检测所述第二滤光片出射的光信号；
所述第三光测试通道包括：第三光处理元器件组和第三相机；所述第三光处理元器件组包括：第三滤光片和第三补偿镜；所述第三补偿镜用于对所述第六分色光信号进行补偿，所述第三滤光片用于对所述第三补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第三相机用于检测所述第三滤光片出射的光信号；
所述第四光测试通道包括：第四光处理元器件组和第四相机；所述第四光处理元器件组包括：第四滤光片、第四补偿镜和第五补偿镜；所述第四补偿镜用于对所述第五分色光信号进行补偿，所述第五补偿镜用于对所述第四补偿镜出射的光信号进行补偿，所述第四滤光片用于对所述第五补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第四相机用于检测所述第四滤光片出射的光信号。
11.根据权利要求9所述的光检测显微系统，其特征在于，所述光测试通道包括：第一光测试通道、第二光测试通道、第三光测试通道和第四光测试通道；
所述第一光测试通道包括：第一光处理元器件组和第一相机；所述第一光处理元器件组包括：第一滤光片；所述第一滤光片用于对所述第一分色光信号进行滤光，所述第一相机用于检测所述第一滤光片出射的光信号；
所述第二光测试通道包括：第二光处理元器件组和第二相机；所述第二光处理元器件组包括：第二滤光片、第一补偿镜和第二补偿镜；所述第一补偿镜用于对所述第二分色光信号进行补偿，所述第二二向色镜用于对所述第一补偿镜出射的光信号进行分色，形成所述第三分色光信号和第四分色光信号；
所述第二补偿镜用于对所述第四分色光信号进行补偿，所述第二滤光片用于对所述第二补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第二相机用于检测所述第二滤光片出射的光信号；
所述第三光测试通道包括：第三光处理元器件组和第三相机；所述第三光处理元器件组包括：第三滤光片；所述第三滤光片用于对所述第六分色光信号进行滤光，所述第三相机用于检测所述第三滤光片出射的光信号；
所述第四光测试通道包括：第四光处理元器件组和第四相机；所述第四光处理元器件组包括：第四滤光片和第三补偿镜；所述第三补偿镜用于对所述第五分色光信号进行补偿，所述第四滤光片用于对所述第三补偿镜出射的光信号进行滤光，所述第四相机用于检测所述第四滤光片出射的光信号。
12.一种基因测序仪，其特征在于，包括：
激光器，用于发射激光；
生物芯片，所述生物芯片承载有待测基因样本，所述生物芯片用于被所述激光照射激发产生荧光信号；
如权利要求8至11所述的光检测显微系统，用于接收并检测所述荧光信号。
13.一种基因测序仪的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求12所述的基因测序仪。
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