CN115452783A - 检测装置及基因测序仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测装置及基因测序仪，检测装置包括：物镜，用于获取待检测样本发出的荧光信号；透镜模组，用于会聚物镜出射的荧光信号，以形成目标光信号，目标光信号的最大出射角小于物镜出射的荧光信号的最大出射角；至少一个套筒透镜，套筒透镜沿目标光信号的光路设置在透镜模组后方；至少一个相机，相机沿目标光信号的光路设置在套筒透镜后方，相机用于获取经过套筒透镜聚焦的目标光信号。本发明的检测装置能够对大孔径、大视野的荧光信号进行收集并会聚，以减小套筒透镜的尺寸，从而减少检测装置的加工成本和体积。

Description

检测装置及基因测序仪
技术领域
本发明涉及显微成像技术领域，尤其涉及一种检测装置及基因测序仪。
背景技术
目前，物镜能够对待检测样本激发产生的荧光信号进行准直，经过准直的荧光信号传输给透镜，并由透镜将荧光信号聚焦至相机进行检测。然而，由于准直后，边缘视野的荧光信号仍然具有较大的出射角，因此，在经过较长光程的传播后，会出现边缘视野的荧光信号孔径较大的情况。相关技术中为对大孔径、大视野的荧光信号进行收集并聚焦，需要设置口径更大的透镜，从而导致检测装置的加工难度、加工成本、体积与重量的增加。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种检测装置及基因测序仪，能够对大视场角的荧光信号进行会聚，以减小后续透镜的尺寸，从而减少检测装置的加工难度、加工成本、体积和重量。
第一方面，本申请提供了一种检测装置，包括：物镜，所述物镜用于获取待检测样本发出的荧光信号；透镜模组，所述透镜模组用于会聚所述物镜出射的荧光信号，以形成目标光信号，所述目标光信号的最大出射角小于所述物镜出射的荧光信号的最大出射角；至少一个套筒透镜，所述套筒透镜沿所述目标光信号的光路设置在所述透镜模组后方；至少一个相机，所述相机沿所述目标光信号的光路设置在所述套筒透镜后方，所述相机用于获取经过所述套筒透镜聚焦的目标光信号。
本实施例中检测装置通过在物镜和套筒透镜之间设置相应的透镜模组，能够对物镜出射的荧光信号进行会聚，以生成最大出射角比物镜出射荧光信号的最大出射角更小的目标光信号，从而减小套筒透镜的尺寸，并减少了检测装置的加工成本和体积。此外，检测装置还通过套筒透镜对目标光信号进行聚焦，以使相机对聚焦在其成像面上的目标光信号进行成像检测。由于加入透镜模组前后，所有视场的像差都得到了很好的矫正，因此，透镜模组未对成像质量造成影响，本实施例检测装置所有视场的像质均接近衍射极限。
在一些实施例中，所述透镜模组包括：第一透镜组，所述第一透镜组具有负光焦度，所述第一透镜组沿所述荧光信号的光轴设置于所述物镜的后方，用于对所述荧光信号进行像差矫正、增大光线孔径操作，以形成第一光信号；第二透镜组，所述第二透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组沿所述第一光信号的光轴设置于所述第一透镜组的后方，用于对所述第一光信号进行像差补偿、增大光线孔径及减小光线出射角操作，以形成所述目标光信号。
在一些实施例中，所述套筒透镜的直径范围为30mm至50mm。
在一些实施例中，所述第一透镜组包括：第一透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的双凹透镜；第二透镜，所述第二透镜与所述第一透镜胶合连接，所述第二透镜为具有正光焦度的弯月透镜。
在一些实施例中，所述第一透镜满足以下关系：-15.2<fL1<-10.5，其中，fL1为所述第一透镜的焦距；所述第二透镜满足以下关系：28.5<fL2<33.1，其中，fL2为所述第二透镜的焦距。
在一些实施例中，所述第一透镜包括第一入射面和第一出射面，所述第二透镜包括第二入射面和第二出射面；其中，所述第一出射面与所述第二入射面胶合连接，以形成第一胶合面；所述第一入射面的曲率半径为-31.393mm，厚度为8mm，折射率为1.77，阿贝数为49.6；所述第一胶合面的曲率半径为15.247mm，厚度为8mm，折射率为1.92，阿贝数为20.9；所述第二出射面的曲率半径为25.169mm，厚度为10mm。
在一些实施例中，所述第二透镜组包括：第三透镜，所述第三透镜沿所述第一光信号的光轴设置于所述第一透镜组的后方，所述第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜；第四透镜，所述第四透镜与所述第三透镜胶合连接，所述第四透镜为具有负光焦度的弯月透镜。
在一些实施例中，所述第三透镜满足以下关系：19.8<fL3<24.1，其中，fL3为所述第三透镜的焦距；所述第四透镜满足以下关系：-71.2<fL4<-66.3，其中，fL4为所述第四透镜的焦距。
在一些实施例中，所述第三透镜包括第三入射面和第三出射面，所述第四透镜包括第四入射面和第四出射面；其中，所述第三出射面与所述第四入射面胶合连接，以形成第二胶合面；所述第三入射面的曲率半径为107.462mm，厚度为8mm，折射率为1.59，阿贝数为68.4；所述第二胶合面的曲率半径为-14.587mm，厚度为7.85mm，折射率为1.73，阿贝数为28.4；所述第四出射面的曲率半径为-25.279mm，厚度为403.144mm。
在一些实施例中，所述检测装置还包括：至少一个分色镜，所述分色镜沿所述荧光信号的光轴设置于所述第二透镜组的后方；至少一个滤光片，所述滤光片沿所述目标光信号的光轴设置于所述套筒透镜的后方。
第二方面，本申请还提供了一种基因测序仪，包括：光源模块，所述光源模块用于发射激光信号；生物芯片，所述生物芯片承载有待检测样本，所述生物芯片用于被所述激光信号照射产生荧光信号；如上述任一项实施例所述的检测装置。
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。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例基因测序仪的一框架示意图；
图2为本发明实施例检测装置的一框架示意图；
图3为本发明实施例检测装置的一光路示意图；
图4为本发明实施例检测装置的另一光路示意图；
图5为本发明实施例检测装置的又一光路示意图；
图6a为本发明实施例检测装置的又一光路示意图；
图6b为本发明实施例检测装置的又一光路示意图；
图7为本发明实施例透镜模组的一结构示意图；
图8为本发明实施例物镜和套筒透镜的一关系示意图；
图9为本发明实施例检测装置的一像质示意图；
图10为本发明实施例检测装置的一结构示意图；
图11为本发明实施例基因测序仪的一框架示意图。
附图标记：检测装置100、物镜110、待检测样本200、透镜模组120、套筒透镜130、相机140、第一透镜组121、第二透镜组122、第一透镜123、第二透镜124、第三透镜125、第四透镜126、第一分色镜151、第二分色镜152、第三分色镜153、滤光片160、第一反射镜171、第二反射镜172、基因测序仪300、光源模块310、生物芯片320。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
需要说明的是，在显微镜系统中，成像光路可以包括物镜、透镜(套筒透镜)等。其中，物镜为无限远共轭物镜，其作用是获取外界的光信号，例如待检测样本产生的荧光信号。可以理解的是，待检测样本上每个样本点产生的荧光信号为发散光信号，物镜能够对发散的荧光信号进行收集并准直，以形成相应的平行光信号。透镜用于对所述平行光信号进行聚焦，以将平行光信号聚焦至采集设备(相机)，从而实现对待检测样本的成像、检测。在实际应用中，待检测样本视野中心部分的样本点产生的荧光信号在经过无限远共轭物镜准直后，能够以与物镜光轴平行的角度出射；然而，待检测样本视野边缘部分的样本点产生的荧光信号在经过无限远共轭物镜接收后，出射光线与物镜光轴呈夹角，即荧光信号经过物镜后以一定的角度出射，在经过一定距离的传输之后，会出现所述荧光信号最大孔径明显增大的情况。由于大视场荧光信号具有一定的出射角度，因此，随着传输距离的增加，物镜出射荧光信号的光束的直径也会逐渐增大。
可以理解的是，为了保证检测的质量与效率，透镜应当获取物镜出射的所有荧光信号，并全部聚焦至采集设备上进行检测。当透镜的尺寸较小，或者物镜发出的荧光信号最大出射角过大，大视场的荧光信号的的光线未全部经过透镜聚焦，而采集设备只能够对透镜聚焦的荧光信号进行成像检测。因此，采集设备会丢失待检测样本点产生的部分荧光信号，从而影响了检测的准确性。
可以理解的是，由上述内容可知，随着传输距离的增加，物镜出射荧光信号的光束直径会逐渐增大，为此，相关技术中，为了避免丢失荧光信号，物镜和透镜之间需要保持较小的距离，以使得全部荧光信号都能够被透镜进行聚焦。此外，还可以通过增大透镜的尺寸，以收集大视场的的荧光信号。
然而，在一些应用场景中，由于系统布局的原因，物镜和透镜之间的距离无法缩窄，且由于光路通道数目的增加，物镜与透镜的距离还需要进一步延长。因此，为了使得物镜出射的荧光信号都能够被透镜接收，只能对透镜的尺寸进行增加。而透镜尺寸的增加，首先带来的是加工成本的增加，且透镜的镜片面型精度难以保证。其次，透镜尺寸增加会使得相关设备中镜头的重量和体积增加，因此对镜头的固定和调节都会带来一定影响。
例如，请参阅图1，申请人在实践中发现，基因测序仪通过使用无限远共轭的物镜对待检测样本产生的荧光信号进行收集，并且通过四个成像通道分别采集ATCG四种碱基的荧光信号。其中，基因测序仪通过三个分色镜和反射镜，将ATCG四种碱基的荧光信号按照不同波长进行区分，并分别传输给四个成像通道，再由各个成像通道的透镜进行接收。透镜将荧光信号成像在对应的相机上。可以理解的是，在具有四个成像通道的基因测序仪中，物镜与透镜的距离会随着成像通道数目的增加而加长。如图1所示，不同通道对应的透镜与物镜的距离是不同的，经过分色镜的次数越多，荧光信号的光程越长，则对应成像通道内透镜的尺寸也越大，因此，基因测序仪的重量和体积也会增加。
为此，本申请提供了一种检测装置及基因测序仪，能够对最大出射角较大的荧光信号进行缩小，以减小透镜的尺寸，从而减少检测装置的加工成本和体积。
请参阅图2至图5、图6a和图6b，第一方面，本申请提供了一种检测装置100，包括：物镜110，所述物镜110用于获取待检测样本200发出的荧光信号；透镜模组120，所述透镜模组120用于会聚所述物镜110出射的荧光信号，以形成目标光信号，所述目标光信号的最大出射角小于所述物镜110出射的荧光信号的最大出射角；至少一个套筒透镜130，所述套筒透镜130沿所述目标光信号的光路设置在所述透镜模组120后方；至少一个相机140，所述相机140沿所述目标光信号的光路设置在所述套筒透镜130后方，所述相机140用于获取经过所述套筒透镜130聚焦的目标光信号。
可以理解的是，检测装置100通过对待检测样本200产生的荧光信号进行采集，从而实现对待检测样本200的检测。检测装置100包括物镜110、透镜模组120、多个套筒透镜130以及多个相机140。其中，待检测样本200用于产生荧光信号，且沿着荧光信号的光轴依次设置有物镜110、透镜模组120、多个套筒透镜130以及每个套筒透镜130对应的相机140。
在一些应用场景中，检测装置100包括物镜110、透镜模组120、一个套筒透镜130和一个相机140。具体的，由上述内容可知，物镜110用于收集待检测样本200产生的荧光信号，并对荧光信号进行准直后出射。且由于物镜110出射的荧光信号为平行光信号，因此本实施例中检测装置100设置了相应的套筒透镜130，套筒透镜130用于对物镜110出射的荧光信号进行聚焦。通过将相机140放置在套筒透镜130的焦点处，能够实现对物镜110收集的待检测样本200的荧光信号的成像、检测。此外，相比于普通的透镜，套筒透镜130包括至少一个透镜，并且能够根据实际需要设置相应的透镜参数和透镜组合，因此，本实施例中套筒透镜130能够实现较好的聚焦效果，且其像质接近衍射极限。
可以理解的是，如图3和图4所示，待检测样本200上样本点形成的荧光信号经过物镜110收集并出射。大视场的样本点经过物镜110出射后，具有一定的出射角度。其中，图3通过相应的箭头示出了荧光信号中具有最大出射角度的两组对称光线，其余出射角度较小的光线在图3中未示出。荧光信号在经过传输距离L1传输至套筒透镜130的入射镜面上后，荧光信号对应的光束半径为r1。可以理解的是，光束半径r1由物镜的出瞳尺寸、荧光信号的最大出射角和传输距离L1共同决定。为了保证检测的准确性，应当使得套筒透镜130的尺寸与荧光信号的最大出射角相匹配，即套筒透镜130的直径应当大于或等于荧光信号最大出射角对应的光束直径。此时，套筒透镜130能够对所有视场的全部荧光信号进行收集并聚焦，从而保证检测的准确性。然而，由上述内容可知，随着传输距离L1的增加，套筒透镜130的尺寸增加会使得加工难度与成本增加，以及相关设备中镜头的重量和体积增加。
具体的，本实施例以一款数值孔径为0.5，焦距为7mm，成像视野直径为832um的物镜110为例进行说明。当物镜110和套筒透镜130之间的距离为450mm时，对套筒透镜130的尺寸进行计算。具体的，物镜110的最大视场角为arctan(0.416/7)＝3.4°，且物镜110的出瞳直径为7mm。此时，可计算出套筒透镜130的尺寸随着距离的变化公式为：
S＝tan(3.4)×L+3.5
其中S为套筒透镜130的半径，L为套筒透镜130和物镜110之间的距离，即荧光信号的传输距离。当L＝450mm时，计算得到S＝30.23mm，也就是套筒透镜130的镜片直径为60.46mm。可以理解的是，当套筒透镜130的直径为60.46mm时，套筒透镜130的尺寸较大，此时，套筒透镜130生产的成本和良率，以及光学系统的装调都会受到较大影响。
可以理解的是，随着物镜110和套筒透镜130之间距离的变化而影响套筒透镜130尺寸的因素有两个，一个是物镜110的出瞳大小，一个是物镜110的视场角，其中，物镜110的视场角可以表征上述物镜110出射荧光信号的最大出射角θ1。为了减小套筒透镜130的尺寸，一方面，可以减小物镜110的出瞳，然而减小物镜110的出瞳会降低物镜110的数值孔径，而数值孔径决定了物镜110的分辨率，因此减小物镜110的出瞳会影响物镜110成像的分辨率。另一方面，可以通过改变物镜110的视场角，即控制荧光信号的最大出射角，以减小套筒透镜130的所需尺寸，且视场角的改变对物镜110的成像性能没有影响。因此，为了减小套筒透镜130的尺寸，且不影响成像性能，本实施例中检测装置100设置了相应的透镜模组120，透镜模组120放置于物镜110和套筒透镜130之间，透镜模组120用于对荧光信号进行会聚，以形成目标光信号，其中，目标光信号的最大出射角θ2小于物镜110出射的荧光信号的最大出射角θ1。
具体的，如图5和图6a、图6b所示，透镜模组120放置于透镜模组120的入瞳与物镜110的出瞳附近的位置。透镜模组120接收物镜110出射的荧光信号，并对荧光信号进行会聚，以形成目标光信号输出。其中，图5通过相应的箭头示出了荧光信号中具有最大出射角度的两组对称光线，其余出射角度较小的光线在图5中未示出。其中，物镜110出射荧光信号的最大出射角θ1大于透镜模组120出射目标光信号的最大出射角θ2，即目标光信号的光束相比于荧光信号的光束更加集中。由上述内容可知，在经过相同的传输距离L1后，由于目标光信号的最大出射角θ2较小，因此目标光信号在套筒透镜130的入射镜面对应的光束半径r2比荧光信号的光束半径r1更小，此时，套筒透镜130的直径也比上述未设置透镜模组120时套筒透镜130的直径更小。具体的，当未加入透镜模组120时，物镜110出射荧光信号的光路图如图6a所示，当加入透镜模组120时，物镜110出射荧光信号至透镜模组120，透镜模组120形成目标光信号的光路图如图6b所示。可以理解的是，本实施例的透镜模组120能够对物镜110出射的荧光信号进行会聚，以生成最大出射角度更小的目标光信号，从而减小套筒透镜130的尺寸。
本实施例中检测装置100通过在物镜110和套筒透镜130之间设置相应的透镜模组120，能够对物镜110出射的荧光信号进行会聚，以生成最大出射角比物镜110出射荧光信号的最大出射角更小的目标光信号，从而减小套筒透镜130的尺寸，并减少了检测装置100的加工成本和体积。此外，检测装置100还通过套筒透镜130对目标光信号进行聚焦，以使相机140对聚焦在其成像面上的目标光信号进行成像检测。由于加入透镜模组120前后，所有视场的像差都得到了很好的矫正，因此，透镜模组120未对成像质量造成影响，本实施例检测装置100所有视场的像质均接近衍射极限。
请参阅图7，在一些实施例中，所述透镜模组120包括：第一透镜组121，所述第一透镜组121具有负光焦度，所述第一透镜组121沿所述荧光信号的光轴设置于所述物镜110的后方，用于对所述荧光信号进行像差矫正、增大光线孔径操作，以形成第一光信号；第二透镜组122，所述第二透镜组122具有正光焦度，所述第二透镜组122沿所述第一光信号的光轴设置于所述第一透镜组121的后方，用于对所述第一光信号进行像差补偿、增大光线孔径及减小光线出射角操作，以形成所述目标光信号。
可以理解的是，第一透镜组121的光焦度用于表征第一透镜组121对光线的会聚本领或发散本领，第一透镜组121为负光焦度表示第一透镜组121对光线有发散作用。同理的，第二透镜组122的光焦度用于表征第二透镜组122对光线的会聚本领或发散本领，第二透镜组122为正光焦度表示第二透镜组122对光线有会聚作用。荧光信号经过第一透镜组121和第二透镜组122后，能够形成最大出射角更小的目标光信号，在经过一定的传输距离后，目标光信号的光束直径仍然较小。
可以理解的是，第一透镜组121和第二透镜组122用于共同平衡像差，使透镜模组120入射与出射的荧光信号均为准直光束。因此，本实施例第一透镜组121和第二透镜组122不仅能够形成最大出射角更小的目标光信号，同时能够保证良好的成像性能。
请再次参阅图7和图8，在一些实施例中，所述套筒透镜130的直径范围为30mm至50mm。
可以理解的是，透镜模组120中第一透镜组121和第二透镜组122的作用是将物镜110出射的大角度平行光(荧光信号)调整为小角度平行光(目标光信号)，即形成最大出射角更小的目标光信号。具体的，根据拉赫不变量原理，入射光(荧光信号)孔径和入射角度的乘积等于出射光(目标光信号)孔径和出射角度的乘积，因此，为了减小目标光信号的最大出射角，需要增加目标光信号的出射孔径。
本实施例以一款数值孔径为0.5，焦距为7mm，成像视野直径为832um的物镜110为例进行说明。可以理解的是，物镜110的最大视场角为3.4度，出瞳直径为7mm，当物镜110经过透镜模组120时视场角缩小至1.5度，且每个视场的光斑直径增加至15.856mm。此时，套筒透镜130能够完全接收透镜模组120出射的目标光信号的尺寸公式为：
S＝tan(1.5)×(L-46.85)+10.606
其中，S为套筒透镜130的半径，L为套筒透镜130和物镜110之间的距离，而10.606为透镜模组120出射目标光信号的最大孔径。如图8所示，根据以上公式能够求出套筒透镜130的直径与物镜110、套筒透镜130之间距离L的变化曲线。其中，图8中坐标系的横坐标为物镜110和套筒透镜130之间的距离L，纵坐标为套筒透镜130的直径。坐标系中虚线为设置有透镜模组120后套筒透镜130的尺寸曲线，实线为未设置透镜模组120时套筒透镜130的尺寸曲线。虚线和实现的交点对应的横坐标为177mm，也就是说，当物镜110和套筒透镜130的距离小于177mm时，未设置透镜模组120时套筒透镜130的尺寸更小；当物镜110和套筒透镜130的距离大于177mm时，设置了透镜模组120的套筒透镜130尺寸更小。可以理解的是，在实际应用中，由于物镜110和套筒透镜130之间还需要设置其他的光学器件，以实现丰富的成像效果，因此，物镜110和套筒透镜130之间的距离L往往会大于177mm。本发明实施例通过在物镜110和套筒透镜130之间设置透镜模组120，能够有效缩小套筒透镜130的尺寸。
在一些应用场景中，物镜110和套筒透镜130之间的距离为450mm。当未加入透镜模组120时，套筒透镜130的直径为60.46mm，当加入透镜模组120时。套筒透镜130的直径为42.33mm。可以理解的是，相比于未加入透镜模组120，加入透镜模组120的套筒透镜130尺寸减小了约30％。同理的，根据实际需求，还可以对透镜模组120中第一透镜组121和第二透镜组122进行调整，从而增大或者减小套筒透镜130的尺寸。
请再次参阅图7，在一些实施例中，所述第一透镜组121包括：第一透镜123，所述第一透镜123为具有负光焦度的双凹透镜；第二透镜124，所述第二透镜124与所述第一透镜123胶合连接，所述第二透镜124为具有正光焦度的弯月透镜。
可以理解的是，第一透镜123和第二透镜124胶合连接，从而组成双胶合透镜(第一透镜组121)。其中，第一透镜123用于接收物镜110出射的荧光信号，并对荧光信号进行发散，然后传输给第二透镜124。第二透镜124接收经过发散后的荧光信号，并对荧光信号进行会聚，同时对荧光信号的场曲进行矫正。其中，场曲指的是像场弯曲，当第一透镜123或第二透镜124存在场曲时，荧光信号的交点不再与理想像点重合，整个像平面是一个曲面，使得后续的相机140对目标光信号进行成像时不能同时看清整个像面，给检测造成困难。因此，本实施例中第二透镜124能够对荧光信号的场曲进行矫正，并形成相应的第一光信号。第二透镜组122接收第一光信号并形成小角度平行的目标光信号，并由套筒透镜130将目标光信号聚焦至相机140的成像面，从而进行成像检测。
在一些实施例中，所述第一透镜123满足以下关系：-15.2<fL1<-10.5，其中，fL1为所述第一透镜123的焦距；所述第二透镜124满足以下关系：28.5<fL2<33.1，其中，fL2为所述第二透镜124的焦距。
可以理解的是，为了实现相应的光学性能，第一透镜123和第二透镜124需要满足相应的参数设置。其中，第一透镜123的焦距fL1应当大于-15.2并且小于-10.5，第二透镜124的焦距fL2应当大于28.5并且小于33.1。
请再次参阅图7，在一些实施例中，所述第一透镜123包括第一入射面和第一出射面，所述第二透镜124包括第二入射面和第二出射面；其中，所述第一出射面与所述第二入射面胶合连接，以形成第一胶合面；所述第一入射面的曲率半径为-31.393mm，厚度为8mm，折射率为1.77，阿贝数为49.6；所述第一胶合面的曲率半径为15.247mm，厚度为8mm，折射率为1.92，阿贝数为20.9；所述第二出射面的曲率半径为25.169mm，厚度为10mm。
可以理解的是，第一入射面为第一透镜123的入射面，第一出射面为第一透镜123的出射面。第一入射面用于接收荧光信号，第一出射面用于出射经过第一透镜123处理后的荧光信号。此外，由上述内容可知，第一透镜123和第二透镜124胶合连接，即第二透镜124的第二入射面与第一透镜123的第一出射面胶合连接，形成第一胶合面。荧光信号经过第一出射面出射后通过第一胶合面入射至第二透镜124，经过第二透镜124处理后形成第一光信号，第一光信号由第二出射面出射。
可以理解的是，为了实现上述第一透镜123和第二透镜124的光学性能，第一入射面、第一胶合面和第二出射面需要满足相应的参数设置。在实际应用中，根据需求还可以对第一入射面、第一胶合面和第二出射面的参数进行调整，本实施例在此不一一说明。
请再次参阅图7，在一些实施例中，所述第二透镜组122包括：第三透镜125，所述第三透镜125沿所述第一光信号的光轴设置于所述第一透镜组121的后方，所述第三透镜125为具有正光焦度的双凸透镜；第四透镜126，所述第四透镜126与所述第三透镜125胶合连接，所述第四透镜126为具有负光焦度的弯月透镜。
可以理解的是，第三透镜125和第四透镜126胶合连接，从而组成双胶合透镜(第二透镜组122)。其中，第三透镜125用于接收第一透镜组121出射的第一光信号，并对第一光信号进行会聚，然后传输给第四透镜126。第四透镜126接收经过会聚后的第一光信号，并对第一光信号进行发散，以减小光线的会聚角度，使得光线能够平行出射。同时，第三透镜125和第四透镜126组成的双胶合透镜还用于对第一光信号的色差进行平衡，并对第一透镜组121产生的像差进行补偿。因此，本实施例中第二透镜组122能够对第一光信号进行会聚，以形成小角度平行的目标光信号。套筒透镜130接收目标光信号，并将目标光信号聚焦至相机140的成像面，从而进行成像检测。
在一些实施例中，所述第三透镜125满足以下关系：19.8<fL3<24.1，其中，fL3为所述第三透镜125的焦距；所述第四透镜126满足以下关系：-71.2<fL4<-66.3，其中，fL4为所述第四透镜126的焦距。
可以理解的是，为了实现相应的光学性能，第三透镜125和第四透镜126需要满足相应的参数设置。其中，第三透镜125的焦距fL3应当大于19.8并且小于24.1，第四透镜126的焦距fL4应当大于-71.2并且小于-66.3。
请参阅图7和图9，在一些实施例中，所述第三透镜125包括第三入射面和第三出射面，所述第四透镜126包括第四入射面和第四出射面；其中，所述第三出射面与所述第四入射面胶合连接，以形成第二胶合面；所述第三入射面的曲率半径为107.462mm，厚度为8mm，折射率为1.59，阿贝数为68.4；所述第二胶合面的曲率半径为-14.587mm，厚度为7.85mm，折射率为1.73，阿贝数为28.4；所述第四出射面的曲率半径为-25.279mm，厚度为403.144mm。
可以理解的是，第三入射面为第三透镜125的入射镜面，第三出射面为第三透镜125的出射镜面。第三入射面用于接收第一光信号，第三出射面用于出射经过第三透镜125处理后的第一光信号。此外，由上述内容可知，第三透镜125和第四透镜126胶合连接，即第三透镜125的第三出射面与第四透镜126的第四入射面胶合连接，以形成第二胶合面。第一光信号经过第三出射面出射后通过第二胶合面入射至第四透镜126，经过第四透镜126处理后形成目标光信号，目标光信号由第四出射面出射。
可以理解的是，为了实现上述第三透镜125和第四透镜126的光学性能，第三入射面、第二胶合面和第四出射面需要满足相应的参数设置。在实际应用中，根据需求还可以对第三入射面、第二胶合面和第四出射面的参数进行调整，本实施例在此不一一说明。
在一个具体的实施例中，物镜110的数值孔径为0.5，焦距为7mm，成像视野直径为832um；物镜110和套筒透镜130的距离为450mm，且套筒透镜130的焦距为200mm，第一透镜123、第二透镜124、第三透镜125和第四透镜126的各个透镜的面型按照上述参数进行设置。此时，检测装置100中光路的像质如图9所示，可以理解的是，在加入上述透镜模组120后，检测装置100的成像质量没有受到影响，所有视场的像质均接近衍射极限。
请参阅图10，在一些实施例中，所述检测装置100还包括：至少一个分色镜，所述分色镜沿所述荧光信号的光轴设置于所述第二透镜组122的后方；至少一个滤光片160，所述滤光片160沿所述目标光信号的光轴设置于所述套筒透镜130的后方。
可以理解的是，一个分色镜可以对应一个成像通道，且每个成像通道包括依次设置的分色镜、套筒透镜130、滤光片160和相机140。
可以理解的是，目标光信号中通常含有多种不同的光谱成分，在一些应用场景中，相机140可能只需要对其中的某些光谱成分(波段)进行检测。为此，本实施例中检测装置100设置了相应的分色镜，分色镜能够对所需波段的目标光信号进行透射或者反射，以使得所需波段的目标光信号进入分色镜对应的成像通道内，而对其他波段的目标光信号进行反射或者透射，以使得特定波段的目标光信号进入其他对应的成像通道，并提供给相机140进行扫描成像，避免其他波段目标光信号的干扰。同理的，各个分色镜能够透射或者反射的波段各不相同，从而使得检测装置100能够对目标光信号中的不同光谱成分进行成像检测。
具体的，如图10所示，目标光信号经过第一分色镜151时，部分特定频率的目标光信号被第一分色镜151透射，从而进入相应的成像通道，并传输给套筒透镜130进行会聚，再通过滤光片160对目标光信号中残存的干扰信号进行滤除，最终传输给相机140进行扫描成像。第一分色镜151还用于对其余的目标光信号进行反射，以使其传输至第二分色镜152，第二分色镜152可以对目标光信号中部分特定频率的目标光信号进行反射，以使该部分目标光信号进入相应的成像通道进行扫描成像。第二分色镜152还用于将其余的目标光信号进行透射，以使其传输至第三分色镜153，第三分色镜153能够对其中特定频率的目标光信号进行反射，以使该部分目标光信号进入相应的成像通道进行扫描成像。第三分色镜153还用于将其余的目标光信号进行透射，以使其传输至第一反射镜171。第一反射镜171能够对入射的目标光信号进行反射，以使其反射至相应的成像通道内进行扫描成像。此外，套筒透镜130还可以通过第二反射镜172接收透镜模组120出射的目标光信号。第二反射镜172能够对目标光信号进行反射，以将反射的目标光信号传输给第一分色镜151，从而提高检测装置100的集成度，减少其分布体积。
请参阅图11，第二方面，本申请还提供了一种基因测序仪300，包括：光源模块310，所述光源模块310用于发射激光信号；生物芯片320，所述生物芯片320承载有待检测样本200，所述生物芯片320用于被所述激光信号照射产生荧光信号；如上述任一项实施例所述的检测装置100。
可以理解的是，基因测序仪300能够对生物芯片320中基因的四种碱基进行检测，且四种碱基在激光信号的激发照明下能够产生不同光谱(波段)的荧光信号，为了进行全面的基因测序，本实施例设置了相应的四个成像通道，以分别对基因中的四种碱基进行检测。此外，按照实际需求还可以增加或减少成像通道的数目，以对不同波段的荧光信号分别进行检测，本实施例在此不进行限定。
可以理解的是，在基因测序仪300中，由于成像通道和系统布局的原因，物镜110和套筒透镜130之间的距离无法缩窄，且距离随着成像通道的数目增加而加长。具体的，不同成像通道对应的套筒透镜130和物镜110的距离是不同的，因此，为了使物镜110的荧光信号全都能不被遮挡的透过或反射，距离越远的套筒透镜130和对应的分色镜的尺寸就越大。然而，由于分色镜是45度放置的，当尺寸越大，导致固定分色镜的机械件直角边长度也越长。因此，为了满足分色镜的安装，对应的成像通道至少需要比前一个成像通道增加上述直角边长两倍距离的光程。此外，由于系统布局的原因，相邻分色镜的机械件之间不可能紧密贴合，因此后续成像通道的光程会更长，长度可能接近或超过450mm。由上述内容可知，套筒透镜130的尺寸由物镜出瞳尺寸、最大出射角和物镜110与套筒透镜130的距离(光程)决定，因此，当基因测序仪300中光程较长时，对应成像通道内套筒透镜130的尺寸也会随之增大，从而导致基因测序仪300的加工成本、体积增加。
可以理解的是，本实施例中检测装置100的透镜模组120能够将物镜110出射的大角度平行光(荧光信号)调整为小角度平行光(目标光信号)。从而减少基因测序仪300中套筒透镜130和分色镜的尺寸。
由此可见，上述检测装置100实施例中的内容均适用于本基因测序仪300的实施例中，本基因测序仪300实施例所具体实现的功能与上述检测装置100实施例相同，并且达到的有益效果与上述检测装置100实施例所达到的有益效果也相同。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (11)

1.检测装置，其特征在于，包括：
物镜，所述物镜用于获取待检测样本发出的荧光信号；
透镜模组，所述透镜模组用于会聚所述物镜出射的荧光信号，以形成目标光信号，所述目标光信号的最大出射角小于所述物镜出射的荧光信号的最大出射角；
至少一个套筒透镜，所述套筒透镜沿所述目标光信号的光路设置在所述透镜模组后方；
至少一个相机，所述相机沿所述目标光信号的光路设置在所述套筒透镜后方，所述相机用于获取经过所述套筒透镜聚焦的目标光信号。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述透镜模组包括：
第一透镜组，所述第一透镜组具有负光焦度，所述第一透镜组沿所述荧光信号的光轴设置于所述物镜的后方，用于对所述荧光信号进行像差矫正、增大光线孔径操作，以形成第一光信号；
第二透镜组，所述第二透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组沿所述第一光信号的光轴设置于所述第一透镜组的后方，用于对所述第一光信号进行像差补偿、增大光线孔径及减小光线出射角操作，以形成所述目标光信号。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述套筒透镜的直径范围为30mm至50mm。
4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述第一透镜组包括：
第一透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的双凹透镜；
第二透镜，所述第二透镜与所述第一透镜胶合连接，所述第二透镜为具有正光焦度的弯月透镜。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，
所述第一透镜满足以下关系：
-15.2<fL1<-10.5，其中，fL1为所述第一透镜的焦距；
所述第二透镜满足以下关系：
28.5<fL2<33.1，其中，fL2为所述第二透镜的焦距。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述第一透镜包括第一入射面和第一出射面，所述第二透镜包括第二入射面和第二出射面；其中，所述第一出射面与所述第二入射面胶合连接，以形成第一胶合面；
所述第一入射面的曲率半径为-31.393mm，厚度为8mm，折射率为1.77，阿贝数为49.6；
所述第一胶合面的曲率半径为15.247mm，厚度为8mm，折射率为1.92，阿贝数为20.9；
所述第二出射面的曲率半径为25.169mm，厚度为10mm。
7.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述第二透镜组包括：
第三透镜，所述第三透镜沿所述第一光信号的光轴设置于所述第一透镜组的后方，所述第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜；
第四透镜，所述第四透镜与所述第三透镜胶合连接，所述第四透镜为具有负光焦度的弯月透镜。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，
所述第三透镜满足以下关系：
19.8<fL3<24.1，其中，fL3为所述第三透镜的焦距；
所述第四透镜满足以下关系：
-71.2<fL4<-66.3，其中，fL4为所述第四透镜的焦距。
9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述第三透镜包括第三入射面和第三出射面，所述第四透镜包括第四入射面和第四出射面；其中，所述第三出射面与所述第四入射面胶合连接，以形成第二胶合面；
所述第三入射面的曲率半径为107.462mm，厚度为8mm，折射率为1.59，阿贝数为68.4；
所述第二胶合面的曲率半径为-14.587mm，厚度为7.85mm，折射率为1.73，阿贝数为28.4；
所述第四出射面的曲率半径为-25.279mm，厚度为403.144mm。
10.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，还包括：
至少一个分色镜，所述分色镜沿所述荧光信号的光轴设置于所述第二透镜组的后方；
至少一个滤光片，所述滤光片沿所述目标光信号的光轴设置于所述套筒透镜的后方。
11.基因测序仪，其特征在于，包括：
光源模块，所述光源模块用于发射激光信号；
生物芯片，所述生物芯片承载有待检测样本，所述生物芯片用于被所述激光信号照射产生荧光信号；
如权利要求1至10任一项所述的检测装置。
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