TW201835634A - 連續球形像差修正管透鏡 - Google Patents

Abstract

本文中描述用於成像儀器之管透鏡。管透鏡可利用包括未經完全無限修正之物鏡的成像儀器來實施。一管透鏡可包括：一第一光學元件，其經組態以接收來自一物鏡的沿著該物鏡與該管透鏡之間的一光學路徑之發散光；及一第二光學元件。該第一光學元件將自該物鏡接收的該發散光會聚至該第二光學元件上，且該第一光學元件沿著其縱向軸線相對於該第二光學元件可移動。

Description

連續球形像差修正管透鏡

本申請案關於一種連續球形像差修正管透鏡。

〔相關申請案之交叉參考〕

本申請案主張2017年3月8日申請之題為「連續球形像差修正管透鏡(Continuous Spherical Aberration Correction Tube Lens)」的美國臨時專利申請案第62/468,792號之權利，該美國臨時專利申請案係以全文引用的方式併入本文中。本申請案亦主張2017年5月5日申請之題為「連續球形像差修正管透鏡(Continuous Spherical Aberration Correction Tube Lens)」的荷蘭專利申請案第N2018859之權利。

成像系統中之球形像差是由不能將來自點光源之離軸光及軸向光聚焦至單一焦點導致。第一級像差影響對具有可變厚度之樣品(即，多平面樣品)成像之高數值光圈透鏡的成像效能。對於具有可變厚度之樣品，球形像差可隨樣品之厚度變化。在一些情況下，變化的熱環境(例如，樣本之熱膨脹)亦可引入球形像差。傳統上，顯微鏡供應商提供調整物鏡中之修正軸環以補償球形像差的能力。

因設計考慮因素所致，一些成像儀器可不包括物鏡上的用於修正球形像差之元件。在多平面樣品之成像系統的一個當前實施中，視焦點在第 一成像平面(例如，樣品之頂部表面)上抑或在第二成像平面(例如，樣品之底部表面)上而定，補償器透鏡可移動進出自物鏡至影像感測器的光學路徑。然而，此種設計僅提供沿著兩個平面之分散球面像差修正，且可不適應具有不同蓋玻璃厚度或環境中之熱變化的樣品。

在本文中之一些實例中提供了用於成像儀器之管透鏡。

在一第一實例中，一種用於一成像系統之管透鏡包括：一第一光學元件、一第二光學元件以及一第三光學元件。在此實例中，該第一光學元件經組態以接收來自一物鏡的沿著該物鏡與該管透鏡之間的一光學路徑之發散光；且將自該物鏡接收的該發散光會聚至該第二光學元件上。在此實例中，該第一光學元件沿著其縱向軸線相對於該第二光學元件可移動，且該第三光學元件經組態以將光會聚至該成像系統之一影像感測器上。

在此第一實例之各種實施中，該第一光學元件係一正元件，該第二光學元件係一負元件，且該第三光學元件係一正元件。該第一光學元件及該第二光學元件可為一雙重透鏡。該第三光學元件可為一單重或雙重透鏡。在一些實施中，該第三光學元件經組態以使一成像系統在一影像感測器上係遠心的。

在一些實施中，如利用射出該物鏡之一後部光圈的視場邊緣射線之一中心所量測，自該物鏡接收的該發散光發散約0.25度至約1度。該第一光學元件可沿著其縱向軸線平移至多約25mm之一距離。該管透鏡可具有在約150mm與約350mm之間的一焦距。

在一些實施中，該管透鏡可包括用於使該第一光學元件沿著其縱向軸線平移之一載台，其中該第一光學元件之平移改變該第一光學元件與該 第二光學元件之間的一光學路徑之一長度。

在一第二實例中，一種成像系統包括：一物鏡，其光學耦接至一光產生模組，該物鏡用於將光聚焦至一樣品上；及一管透鏡，其光學耦接至該物鏡。該成像系統可使用如本文中所描述之管透鏡。在一特定實施中，該成像系統係一定序系統(例如，DNA定序系統)。在一些實施中，該成像系統可不包含用於調整該物鏡以修正球形像差之一機構。

結合藉助於實例說明根據所揭示技術之實施之特徵的附圖，所揭示技術之其他特徵及態樣將自以下實施方式變得顯而易見。概述不意欲限制本文中所描述之任何發明的範圍，該等發明由申請專利範圍及等效物來界定。

應瞭解，前述概念(假設此等概念相互不一致)之所有組合預期為本文中所揭示之發明性標的物的部分。詳言之，在本發明結尾處出現的所主張標的物之全部組合預期為本文中所揭示之發明性標的物的部分。

100‧‧‧成像系統

105‧‧‧流體遞送模組或裝置

110‧‧‧樣品容器

120‧‧‧廢料閥

130‧‧‧溫度站致動器

135‧‧‧加熱器/冷卻器

140‧‧‧攝影機系統

142‧‧‧物鏡

145‧‧‧濾光片切換組合件

150‧‧‧聚焦雷射/聚集雷射組合件

160‧‧‧光源

165‧‧‧低瓦燈

170‧‧‧樣品台

175‧‧‧聚焦(z軸)組件

200‧‧‧雙通道式線掃描模組光學成像系統

210‧‧‧線產生模組(LGM)

211‧‧‧光源/雷射源

212‧‧‧光源/雷射源

213‧‧‧光束整形透鏡

214‧‧‧鏡

215‧‧‧半反射鏡

216‧‧‧快門元件

220‧‧‧攝影機模組(CAM)

221‧‧‧光學感測器

225‧‧‧控制器

230‧‧‧發射光學模組(EOM)

231‧‧‧濾光片元件

232‧‧‧管透鏡

233‧‧‧半反射鏡

234‧‧‧半反射鏡

235‧‧‧物鏡

236‧‧‧z載台

240‧‧‧焦點追蹤模組(FTM)

250‧‧‧目標/樣品

251‧‧‧透明蓋板

252‧‧‧液體層

310‧‧‧線產生模組(LGM)

320‧‧‧發射光學模組(EOM)

350‧‧‧精密安裝板

400‧‧‧管透鏡/物鏡

408‧‧‧鏡

450‧‧‧接合元件/透鏡元件

455‧‧‧運動台

460‧‧‧中間負雙重透鏡

465‧‧‧光佔據面積

468‧‧‧光佔據面積

470‧‧‧後部正單重透鏡

500‧‧‧物鏡

510‧‧‧後部光圈

550‧‧‧影像感測器

700‧‧‧樣品

800‧‧‧方法

810‧‧‧操作

822‧‧‧決策

824‧‧‧決策

826‧‧‧決策

830‧‧‧操作

參看以下圖式詳細地描述根據一或多個各種實施的本發明。僅出於說明目的提供諸圖，且該等圖僅描繪實例實施。此外，應注意，出於說明清楚及簡單起見，諸圖中之元件未必已按比例繪製。

本文中所包括之諸圖中的一些自不同視角說明所揭示技術之各種實施。儘管隨附描述性文字可將此等視圖稱為「俯視」、「仰視」或「側視」視圖，但此等參考僅係描述性的且不暗示或要求所揭示技術應以特定空間定向實施或使用，除非另有明確規定。

圖1A說明實例影像掃描系統之一般化方塊圖，利用該實例影像掃描系統可實施本文中所揭示之系統及方法。

圖1B是說明可實施於特定實施中之實例兩通道線掃描模組化光學成像系統 的方塊圖。

圖2A是說明根據本文中所揭示之實例模組化光學分析系統的側視圖圖式。

圖2B是根據本文中所揭示之實施針對管透鏡元件的兩個不同位置說明圖2A之系統的發射光學件模組之光學組合件之實例組態的射線追蹤方塊圖。

圖2C是根據本文中所揭示之實施針對管透鏡元件的第一位置說明圖2A之系統的發射光學件模組之光學組合件之實例組態的方塊圖。

圖2D是根據本文中所揭示之實施針對管透鏡元件的第二位置說明圖2A之系統的發射光學件模組之光學組合件之實例組態的方塊圖。

圖2E是說明遠心透鏡元件將發散主射線準直至影像感測器上的光線追蹤方塊圖。

圖2F是光線追蹤方塊圖，其說明管透鏡藉由接合前端正雙重透鏡以調整管透鏡的前端正透鏡元件與中間負透鏡元件之間的光學路徑之長度，且相應地調整看到來自透鏡元件之會聚光的透鏡元件之區域來修正球形像差。

圖3A是說明包括當物鏡聚焦在樣品之第一表面時呈第一組態的實例管透鏡之實例成像系統的射線追蹤方塊圖。

圖3B是說明包括當物鏡聚焦在樣品之第二表面時呈第二組態的實例管透鏡之圖3A的實例成像系統的射線追蹤方塊圖。

圖4是說明根據實施的控制持續球形像差修正管透鏡之實例方法的操作流程圖。

諸圖並非詳盡的且不將本發明限於所揭示之精確形式。

如本文中所使用，術語「xy平面」打算意指由直線軸x及y界定之2維區域。當參考偵測器及由偵測器觀測到之物件而使用時，區域可進一步 指定為正交於偵測器與正在偵測之物件之間的觀測方向。當在本文中使用以指線掃描儀時，術語「y方向」指掃描方向。

如本文中所使用，術語「z方向」或「z軸」意欲指定正交於由偵測器觀測之物件的區域之方向或軸線。舉例而言，光學系統之焦點方向可沿著z軸指定。

如本文中所使用，術語「光學耦接」意欲指一個元件經調適以直接地或間接地將光賦予至另一元件。

如上文所提及，在預先存在之成像儀器中，對藉由樣品上之蓋玻璃的厚度引入之球形像差的修正可藉由調整物鏡中之元件的位置來進行。然而，在一些成像儀器中，調整物鏡中之元件可為非所要的或不可行。此特別係例如物鏡係使用z載台將焦點保持在樣品中之目標上的焦點追蹤機構之關鍵部件的情況。在此種實施中，z載台可充當必須快速地回應焦點之變化且補償樣品之移動的高頻寬系統。z載台頻寬可與物鏡之質量負相關。因此，添加額外質量(例如，用以調整物鏡之馬達或其他機構)將必然減小z載台之頻寬。此外，如上文所論述，精密追蹤系統上之馬達引入潛在的交叉偶合誤差，因為可在球形像差補償馬達與聚焦馬達之間引發共振。

本文中所揭示之實施藉由改為移動管透鏡之元件以修正藉由樣品之蓋玻璃之厚度(或出於其他原因)引入的球形像差來解決此等前述問題。管透鏡可包括可移動以調整管透鏡與物鏡之間的光學路徑之長度的前部正元件、中心負元件及後部正元件。藉由接合管透鏡的前部正元件，針對一系列樣品厚度(例如，不同的蓋玻璃厚度)及熱環境之變化，諸如熱引發之透鏡變化及影響球形像差的折射率變化，可連續地調整球形像差。

本文中所描述之管透鏡結構利用包含未經完全無限修正之物鏡的成像儀器。因而，藉由物鏡自成像樣品收集之光在其射出物鏡的後部光圈時 未經準直。實際上，該光略微發散(例如，如利用射出物鏡的後部光圈之視場邊緣射線之中心所量測，0.25度至1度)。在此接近無限之組態中，管透鏡可接合前部正透鏡元件，以調整前部正元件與中間元件之間的光學路徑之長度，且相應地調整接收會聚光之中間透鏡元件的區域。對光在管透鏡之中間負元件上的佔據面積之調整可用以調節球形像差。因而，系統中之球形像差可藉由接合前部元件以改變藉由管透鏡之中間元件接收的光之佔據面積來修正。如下文進一步描述，此可修正球形像差而不改變光學成像系統中之放大率、失真或其他像差。

在描述本文中所揭示之系統及方法的各種實施之前，描述可藉以實施本文中所揭示之技術的實例環境係有用的。一個此種實例環境係圖1A中所說明之成像系統100之環境。實例成像系統可包括用於獲得或產生樣品之影像的裝置。圖1A中所概述之實例展示背光設計實施之實例成像組態。應注意，儘管本文中可在實例成像系統100之上下文中不時地描述系統及方法，但此等系統及方法僅係可實施本文中所揭示之技術的實施之實例。在閱讀本說明書之後，一般熟習此項技術者將理解，本文中所描述之管透鏡可如何利用此及其他掃描儀、顯微鏡及其他成像系統來實施。

如在圖1A之實例中可見，受試樣品位於樣品容器110(例如，如本文中所描述之流量槽)上，該樣品容器在物鏡142下定位於樣品台170上。光源160及相關聯光學件將諸如雷射光之光束引導至樣品容器110上的所選樣品位置。樣品發螢光且所得光由物鏡142收集且被引導至攝影機系統140之影像感測器以偵測螢光。樣品台170相對於物鏡142移動以將樣品容器110上之下一個樣品位置定位在物鏡142之焦點處。樣品台110相對於物鏡142之移動可藉由移動樣品台本身、物鏡、成像系統之某一其他組件或前述各者之任何組合來達成。其他實施亦可包括使整個成像系統在靜止樣品上方移動。

流體遞送模組或裝置105將試劑(例如，經螢光標記之核苷酸、緩衝液、酶類、分裂劑等)流引導至(及經過)樣品容器110及廢料閥120。樣品容器110可包括一或多個基板，其上提供有樣品。舉例而言，在系統要分析大量不同的核酸序列之情況下，樣品容器110可包括一或多個基板，待定序之核酸係在該一或多個基板上結合、附接或關聯。在各種實施中，基板可包括核酸可附接至的任何惰性基板或基質，諸如玻璃表面、塑膠表面、乳膠、聚葡萄糖、聚苯乙烯表面、聚丙烯表面、聚丙烯醯胺凝膠、金表面以及矽晶圓。在一些應用中，基板係在通道或其他區域內，處於樣品容器110上形成為矩陣或陣列的複數個位置。

在一些實施中，樣品容器110可包括使用一或多種螢光染料成像之生物樣品。舉例而言，在特定實施中，樣品容器110可實施為包括半透明蓋板、基板及包夾於其間之液體的圖案化流量槽，且生物樣品可位於半透明蓋板之內表面或基板之內表面處。流量槽可包括大量(例如，數千、數百萬或數十億)井或區，該等井或區係以界定陣列(例如，六邊形陣列、矩形陣列等)圖案化至基板中。每一區可形成諸如DNA、RNA或可例如使用藉由合成之定序來定序之另一基因體材料的生物樣品之簇(例如，單克隆簇)。流量槽可進一步分成數個隔開的通路(例如，八個通路)，每一通路包括簇之六邊形陣列。可用於本文中所揭示之實施中的實例流量槽係描述於美國專利第8,778,848號中。

該系統亦包含溫度站致動器130及加熱器/冷卻器135，該兩者可視情況調節樣品容器110內之流體的溫度條件。可包括攝影機系統140以監測及追蹤樣品容器110之定序。攝影機系統140可實施為例如電荷耦合裝置(CCD)攝影機(例如，時間延遲積分(TDI)CCD攝影機)，其可與濾光片切換組合件145內之各種濾光片、物鏡142及聚焦雷射/聚焦雷射組合件150相互作用。攝影機系統140不限於CCD攝影機，且可使用其他攝影機及影像感測器技術。在 特定實施中，攝影機感測器可具有在約5μm與約15μm之間的像素大小。

來自攝影機系統140之感測器的輸出資料可傳達至可實施為軟體應用程式之即時分析模組(圖中未示)，該即時分析模組分析影像資料(例如，影像品質評分)、向圖形使用者介面(GUI)報告或顯示雷射束之特性(例如，焦點、形狀、強度、功率、亮度、位置)，且如下文所進一步描述，動態地修正影像資料中之失真。

可包括光源160(例如，視情況包含多個雷射之組合件內的激發雷射)或其他光源，以經由穿過光纖界面(其可視情況包含一或多個重新成像透鏡、光纖座架等)的照明來照明樣品內之螢光定序反應物。所示之實例中亦存在低瓦燈165、聚焦雷射150及逆向二向色件。在一些實施中，聚焦雷射150可在成像期間關閉。在其他實施中，替代的聚焦組態可包括第二聚焦攝影機(圖中未示)，其可為象限偵測器、位置靈敏偵測器(Position Sensitive Detector；PSD)或類似偵測器，以量測自表面反射的散射光束的位置，同時進行資料收集。

儘管說明為背光裝置，但其他實例可包括來自雷射或其他光源之光，該光經引導穿過物鏡142而到達樣品容器110上之樣品上。樣品容器110可最終安裝於樣品台170上，以提供樣品容器110相對於物鏡142之移動及對準。樣品台可具有一或多個致動器以允許樣品台在三個維度中之任一者中移動。舉例而言，就笛卡爾座標系而言，可提供致動器以允許載台相對於物鏡在X、Y及Z方向上移動。此可允許樣品容器110上之一或多個樣品位置與物鏡142光學對準而定位。

聚焦(z軸)組件175在此實例中展示為經包括以控制光學組件相對於樣品容器110在聚焦方向(通常稱為z軸或z方向)上的定位。聚焦組件175可包括一或多個致動器，該一或多個致動器實體地耦接至光學載台或樣本 台或兩者，以使樣品台170上之樣品容器110相對於光學組件(例如，物鏡142)移動，從而提供用於成像操作的恰當聚焦。舉例而言，致動器可諸如藉由與各別載台直接或間接進行機械、磁性、流體或其他附接或接觸而實體地耦接至該載台。該一或多個致動器可經組態以使載台在z方向上移動，同時將樣品台維持在同一平面中(例如，維持垂直於光軸的水平(level或horizontal)姿態)。該一或多個致動器亦可經組態以使載台傾斜。舉例而言，該傾斜動作可以使得樣品容器110可依照其表面中之任何斜坡進行動態調整。

系統之聚焦可指使物鏡之焦平面與待在所選樣品位置處成像的樣品對準。然而，聚焦亦可指對系統進行調整以獲得樣品之表示的所需特性，諸如測試樣品之影像的所要位準之清晰度或對比度。因為物鏡之焦平面場的可用深度可能較小(有時約為1μm或更小)，所以聚焦組件175要緊隨成像之表面。因為樣品容器並非完全平整地固定在儀器中，所以聚焦組件175在沿著掃描方向(在本文中稱為y軸)移動時可按照此輪廓進行設置。

可將自處於正經成像之樣品位置之測試樣品發出的光引導至攝影機系統140之一或多個偵測器。可包括且定位光圈以僅允許自聚焦區域發出的光傳至偵測器。可包括光圈，其用以藉由濾出自該聚焦區域之外的區域發出的光之分量來改良影像品質。發射濾光片可包括於濾光片切換組合件145中，發射濾光片可經選擇以記錄判定之發射波長且切斷任何雜散雷射光。

儘管未說明，但可提供控制器以控制掃描系統之操作。可實施控制器以控制系統操作之態樣，諸如聚焦、載台移動及成像操作。在各種實施中，控制器可使用硬體、演算法(例如，機器可執行指令)或前述各者之組合來實施。舉例而言，在一些實施中，控制器可包括具有相關聯記憶體之一或多個CPU或處理器。作為另一實例，控制器可包含用以控制操作之硬體或其他電路系統，諸如電腦處理器及其上儲存有機器可讀指令之非暫時性電腦可讀媒 體。舉例而言，此電路系統可包括以下各項中之一或多者：場可程式化閘陣列(field programmable gate array；FPGA)、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit；ASIC)、可程式化邏輯裝置(programmable logic device；PLD)、複雜可程式化邏輯裝置(complex programmable logic device；CPLD)、可程式化邏輯陣列(programmable logic array；PLA)、可程式化陣列邏輯(programmable array logic；PAL)或其他類似的處理裝置或電路系統。作為又一實例，控制器可包含此電路系統與一或多個處理器之組合。

圖1B係說明可實施於特定實施中之實例兩通道線掃描模組化光學成像系統200的方塊圖。應注意，儘管本文中可在實例成像系統200之上下文中不時地描述系統及方法，但此等系統及方法僅係可實施本文中所揭示之技術的實施之實例。本文中所描述之管透鏡可用此及其他掃描儀、顯微鏡及其他成像系統來實施。

在一些實施中，系統200可以用於核酸之定序。適用技術包括核酸係按陣列(例如，流量槽之井)附著在固定位置處且重複地對陣列成像的彼等技術。在此等實施中，系統200可獲得兩個不同色彩通道中之影像，該等影像可用以區別一特定核苷酸鹼基類型與另一類型。更特定言之，系統200可實施被稱為「鹼基識別(base calling)」之程序，其通常指針對成像循環處之影像的給定光點位置判定鹼基響應(例如，腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)或胸嘧啶(T))之程序。在兩通道鹼基識別期間，自兩個影像提取之影像資料可用以藉由將鹼基識別項編碼為兩個影像之強度的組合來判定四個鹼基類型中之一者的存在。對於兩個影像中之每一者中的給定光點或位置，可基於信號識別項之組合係[接通，接通]、[接通，斷開]、[斷開，接通]抑或[斷開，斷開]而判定鹼基識別項。

如所描繪，系統200包括線產生模組(line generation module； LGM)210，具有安置於其中的兩個光源211及212。光源211及212可為相干光源，諸如輸出雷射光束之雷射二極體。光源211可發射第一波長(例如，紅色波長)之光，且光源212可發射第二波長之光(例如，綠色波長)。自雷射源211及212輸出之光束可經引導穿過一或多個光束整形透鏡213。在一些實施中，單一光整形透鏡可用以整形自兩個光源輸出之光束。在其他實施中，單獨光束整形透鏡可用於每一光束。成像系統之LGM 210或其他光學組件的光束塑形透鏡可經組態以將由光源211及212發射之光整形成線圖案(例如，藉由使用一或多個鮑威爾透鏡或其他光束整形透鏡、繞射或散射組件)。

LGM 210可進一步包括經組態以引導光束穿過單一界面通口至發射光學模組(emission optics module；EOM)230之鏡214及半反射鏡215。光束可穿過快門元件216。在一些實施中，鮑威爾透鏡可用以在線光束穿過快門元件216之前將其整形成線圖案。EOM 230可包括物鏡235及z載台236，該z載台使物鏡235縱向地更接近或更遠離目標250移動。舉例而言，目標250可包括液體層252及半透明蓋板251，且生物樣品可位於半透明蓋板的內表面處以及位於液體層下方之基板層的內表面處。該z載台接著可使物鏡移動以便將光束聚焦至流量槽之任一內表面上(例如，聚焦於生物樣品上)。如此項技術中已知的，生物樣品可為回應於光學定序的DNA、RNA、蛋白質或其他生物材料。

EOM 230可包括半反射鏡233以將自焦點追蹤模組(focus tracking module；FTM)240發射之焦點追蹤光束反射至目標250上，接著將自目標250返回之光反射回至FTM 240中。FTM 240可包括焦點追蹤光學感測器，以偵測傳回的焦點追蹤光束之特性且產生回饋信號以最佳化物鏡235在目標250上之焦點。

EOM 230亦可包括半反射鏡234以將光引導穿過物鏡235，同時允許自目標250返回之光穿過。EOM 230可包括管透鏡232，如下文所進一步描 述，該管透鏡可包括可在縱向方向上連續地接合以調整物鏡235與管透鏡232之間的光學路徑之長度且修正(例如，由聚焦在樣品250的不同平面中導致之)球形像差的元件。透射穿過管透鏡232之光可穿過濾光片元件231且進入攝影機模組(CAM)220中。CAM 220可包括一或多個光學感測器221以偵測回應於入射光束而自生物樣品發射之光(例如，回應於自光源211及212接收之紅光及綠光的螢光)。

可提供控制器225以控制成像系統210之操作。控制器225可整合至系統200中或實施於以通信方式耦接至系統200之計算裝置上。可實施控制器225，以控制系統操作之態樣，諸如聚焦、載台移動、成像操作、影像處理以及接合管透鏡232之元件(例如，接合帶有該元件之載台)以修正球形像差或出於其他原因。在各種實施中，控制器可使用硬體、演算法(例如，機器可執行指令)或前述各者之組合來實施。舉例而言，在一些實施中，控制器可包括具有相關聯記憶體之一或多個CPU或處理器。作為另一實例，控制器可包含用以控制操作之硬體或其他電路系統，諸如電腦處理器及其上儲存有機器可讀指令之非暫時性電腦可讀媒體。舉例而言，此電路系統可包括以下各項中之一或多者：場可程式化閘陣列(FPGA)、特殊應用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯裝置(PLD)、複雜可程式化邏輯裝置(CPLD)、可程式化邏輯陣列(PLA)、可程式化陣列邏輯(PAL)或其他類似的處理裝置或電路系統。作為又一實例，控制器可包含此電路系統與一或多個處理器之組合。

來自CAM 220之感測器的輸出資料可傳達至即時分析模組(圖中未示)。在各種實施中，即時分析模組執行用於分析影像資料(例如，影像品質評分、鹼基識別等)、向圖形使用者介面(GUI)報告或顯示光束之特性(例如，焦點、形狀、強度、功率、亮度、位置)等的電腦軟體程式指令。

圖2A係說明根據本發明之實例模組化光學分析系統的側視截面 圖，該模組化光學分析系統可實施具有接合元件450之管透鏡400以修正球形像差。如圖2A中所說明，LGM 310及EOM 320可經對準且以機械方式耦接至精密安裝板350，以及彼此耦接。EOM 320可包括經由鏡408與管透鏡400對準之物鏡500，其又光學耦接至LGM 310，以使得由LGM 310產生之光束透射穿過LGM 310與EOM 320之間的介面擋板，穿過物鏡500，且照在一光學目標上。來自目標之回應性光輻射接著可返回穿過物鏡500且進入管透鏡400中。

在一些實施中，EOM 320可以機械方式耦接至例如由對準上之致動器控制的z載台。在一些實例中，z載台可由精密線圈接合且由聚焦機構致動，該聚焦機構可調整及移動物鏡500以將焦點保持在流量槽上。舉例而言，用以控制以調整焦點之信號可自焦點追蹤模組輸出。此z載台可例如藉由接合物鏡500、管透鏡400及/或管透鏡400之透鏡元件450來對準EOM光學件。

如上文所論述，本文中所描述之管透鏡結構利用包含未經完全無限修正以修正球形像差之物鏡的成像儀器。因而，在各種實施中，物鏡500未經完全無限修正。藉由物鏡500自成像樣本收集之光在其射出物鏡的後部光圈時未經完全準直。實際上，該光略微發散(例如，如利用射出物鏡的後部光圈之視場邊緣射線之中心所量測，約0.25度至約1度)。在此組態中，管透鏡400包括可使用運動台455沿著其縱向軸線平移的接合前透鏡450。在一特定實施中，運動台455可為使用控制器(例如，控制器225)平移之步進器運動台。前透鏡450之此接合用以修正藉由物鏡500經由樣品基板或蓋玻璃(例如，流量槽)之變化厚度成像引入的球形像差假影。參看圖2B至圖2D進一步描述此態樣。

圖2B係根據本文中所揭示之實施針對管透鏡元件450的兩個不同位置說明EOM 320的光學組合件之實例組態的射線追蹤方塊圖。圖2C至圖2D係類似地說明EOM 320之光學組合件之組態的方塊圖(無射線追蹤)。

如圖2B至圖2D之組態中所說明，射出物鏡500的後部光圈510之光沿著自元件510至管透鏡400之元件450的光學路徑略微發散(例如，如利用射出後部光圈之視場邊緣射線之中心所量測，0.25度至1度)。在此實例組態中，管透鏡400包括前端正雙重透鏡450、中間負雙重透鏡460及後部正單重透鏡470。在藉由圖2B說明之組態中，保持攝影機透鏡固定且僅移動單一元件管透鏡400以調整管透鏡400之球形像差可為較佳的。另外，後部透鏡元件470可組態為遠心透鏡，其保持跨過正交於影像感測器550之表面的場空間之主射線角空間。此藉由圖2E來說明，該圖展示透鏡元件470準直至影像感測器550上之發散主射線。在此種組態中，後部透鏡元件470可不用以修正球形像差。

另外，在此實例中，由於物鏡400與前端正透鏡元件450之間的光基本上經準直，因此即使有輕微發散，藉由此透鏡元件450看到的光實質上可不改變。因而，在此接近無限組態中，管透鏡400可藉由接合前端正雙重透鏡450以調整管透鏡的前端正透鏡元件450與中間負透鏡元件460之間的光學路徑之長度，且相應地調整看到來自透鏡元件450之會聚光的透鏡元件460之區域(即，光在透鏡元件460上之「佔據面積」)來修正球形像差。此藉由圖2F來說明。由於正元件450遠離中間元件460而接合，因此兩個元件之間的光學路徑之長度增大且光佔據面積465的大小縮小。相反地，當正元件450物件朝向中間元件460時，兩個元件之間的光學路徑之長度減小且光佔據面積465之大小增大(即，兩個元件之間的光不太會聚)。光佔據面積465之變化可因此引入補償球形像差。對球形像差之此調整可關於波前與透鏡460的表面之間的相互作用來理解，其中較小波前佔據面積可導致因光學表面之較小曲率下陷所致的較小像差。

因而，可藉由接合遠離或更接近透鏡元件460的前端正透鏡元件450以改變由管透鏡400之元件460接收到的光之佔據面積來補償此組態中之球 形像差。此可修正系統中之球形像差而不改變光學成像系統中之放大率、失真或其他像差。

在一些實施中，管透鏡400可具有在約150mm與約350mm之間的焦距。在一個特定實施中，管透鏡400可具有在約200mm與約300mm之間的焦距。在一些實施中，透鏡元件450可縱向地平移約5mm至至多約25mm之總距離。

圖3A至圖3B係說明包括兩種不同組態下的管透鏡400之實例成像系統之側視圖的射線追蹤方塊圖。在此環境中，成像系統對包括半透明蓋板、基板及包夾於其間之樣品區域(例如，液體)的樣品700成像。舉例而言，樣品700可為流量槽，其包括由流體通道隔開的頂部內部表面及底部內部表面，內部表面中之每一者具有用螢光標記的複數個核酸位點。

在第一組態中(圖3A)，對樣品700之頂部內部表面成像，且透鏡元件450處於在透鏡元件460上產生補償系統中之球形像差的光佔據面積468的第一位置中。在第二組態中(圖3B)，對樣品700之底部內部表面成像，且透鏡元件450更接近透鏡元件460接合以補償球形像差。

圖4係說明根據實施的控制持續球形像差修正管透鏡之實例方法800的操作流程圖。在操作810處，使用呈第一組態之管透鏡對樣品之第一平面(例如，頂部表面)成像。在決策822、824及826處，判定是否存在已將足夠的球形像差引入至需要前端管透鏡元件之平移之系統中的條件。在實施中，此判定可藉由系統之控制器225來進行。舉例而言，可判定系統中存在引入球形像差之熱變化，經取樣影像展示球形像差，或正對樣品之新的焦平面(例如，底部表面)成像。回應於此等條件中之任一者，在操作830處，可接合管透鏡的前端元件，以調整管透鏡的前端元件與中間元件之間的光學路徑之長度。

應瞭解，前述概念(假設此等概念相互不一致)之所有組合預 期為本文中所揭示之發明性標的物的部分。詳言之，在本發明結尾處出現的所主張標的物之全部組合預期為本文中所揭示之發明性標的物的部分。

貫穿包括申請專利範圍之本發明所使用的術語「實質上」及「約」用以描述且考量諸如歸因於處理中之變化的小波動。舉例而言，其可指小於或等於±5%，諸如小於或等於±2%、諸如小於或等於±1%、諸如小於或等於±0.5%、諸如小於或等於±0.2%、諸如小於或等於±0.1%、諸如小於或等於±0.05%。

在適用範圍內，術語「第一」、「第二」、「第三」等在本文中僅用以展示藉由此等術語描述為單獨實體的各別物件，且並不意圖意味著時間次序之意義，除非本文中以其他方式明確地陳述。

儘管上文就各種例示性實施及實施進行了描述，但應理解，在個別實施中之一或多者中所描述之各種特徵、態樣及功能性在其適用性上不限於對其進行描述時所涉及之特定實施，而是可單獨或以各種組合應用於本申請案之其他實施中之一或多者，無論此等實施是否進行了描述，以及此等特徵是否作為所描述實施之一部分而呈現。因此，本申請案之廣度及範圍應不由上述例示性實施中之任一者來限制。

除非另有明確規定，否則本文件中所使用之術語及片語及其變體應解釋為與限制性相反之開放式。作為前述內容之實例：術語「包括」應理解為意謂「包括，但不限於」或其類似者；術語「實例」用以提供所論述之項目的例示性例子，而非該項目之詳盡或限制性清單；術語「一」應理解為意謂「至少一個」、「一或多個」或其類似者；且諸如「預先存在」、「傳統」、「一般」、「標準」、「已知」及具類似含義之術語的形容詞不應解釋為將所描述項目限於給定時間段或限於截至給定時間可獲得之項目，而是應理解為涵蓋現在或在未來之任何時間可獲得或已知的預先存在、傳統、一般或標準技 術。同樣，在本文檔提及對一般熟習此項技術者將顯而易見或已知之技術時，此等技術涵蓋現在或在未來之任何時間對熟練技術人員顯而易見或已知之技術。

在一些情況下，拓寬詞語及片語(諸如「一或多個」、「至少」、「但不限於」或其他類似片語)之存在不應理解為意謂在可能不存在此等拓寬片語之例子中預期或需要較狹窄情況。術語「模組」之使用不暗示描述或主張作為模組之部分的組件或功能性應全部組態在共同封裝中。實際上，模組之各種組件之任一者或全部，無論控制邏輯或其他組件，可組合在單一封裝中或分開地維持，且可進一步分佈於多個分組或封裝中或跨多個位置分佈。

另外，本文中所闡述之各種實施係關於例示性方塊圖、流程圖及其他說明而描述。如一般熟習此項技術者在閱讀本文件之後將變得顯而易見，可實施所說明之實施其各種替代方案而不限於所說明之實例。舉例而言，方塊圖及其隨附描述不應被視為要求特定架構或組態。

雖然上文已描述了本發明之各種實施，但應理解，該等實施已藉由實例呈現且並非限制性的。同樣地，各種圖式可描繪用於本發明之實例架構或其他組態，可進行描繪以輔助理解可包括於本發明中之特徵及功能性。本發明不限於所說明之實例架構或組態，但所要特徵可使用多種替代性架構及組態來實施。實際上，熟習此項技術者將顯而易見可如何實施替代性功能性、邏輯或實體分割及組態以實施本發明之所要特徵。又，除本文中所描繪之名稱外的眾多不同構成模組名稱可應用於各種分區。另外，關於流程圖、操作描述及方法技術方案，步驟在本文中呈現之次序不應要求各種實施經實施以相同次序來執行列舉功能性，除非上下文另有規定。

Claims (20)

1. 一種成像系統，其包含：物鏡，其光學耦接至光產生模組，該物鏡用於將光聚焦至樣品上；管透鏡，其光學耦接至該物鏡，該管透鏡包含第一光學元件及第二光學元件，其中該第一光學元件用於將自該物鏡接收的發散光會聚至該第二光學元件上，且其中該第一光學元件沿著其縱向軸線相對於該第二光學元件可移動。
2. 如請求項1所述之成像系統，其進一步包含：第三光學元件，其光學耦接至該第二光學元件，其中該第三光學元件用於將光會聚至該成像系統之影像感測器上。
3. 如請求項2所述之成像系統，其中該第一光學元件是正元件，其中該第二光學元件是負元件，且其中該第三光學元件是正元件。
4. 如請求項3所述之成像系統，其中該第一光學元件是雙重透鏡且該第二光學元件是雙重透鏡。
5. 如請求項3所述之成像系統，其中該第三光學元件用於使該成像系統在該影像感測器上是遠心的。
6. 如請求項3所述之成像系統，其中如利用射出該物鏡之後部光圈的視場邊緣射線之中心所量測，自該物鏡接收的該發散光發散約0.25度至約1度。
7. 如請求項3所述之成像系統，其進一步包含：用於使該第一光學元件沿著其縱向軸線平移之載台。
8. 如請求項3所述之成像系統，其中該第一光學元件可沿著其縱向軸線平移至少約5mm之距離。
9. 如請求項2所述之成像系統，其中該成像系統不包含用於調整該物鏡以修正球形像差之機構。
10. 如請求項1所述之成像系統，其中該成像系統是定序系統。
11. 一種用於成像系統之管透鏡，該管透鏡包含：第一光學元件，其用於接收來自物鏡的沿著該物鏡與該管透鏡之間的光學路徑之發散光；第二光學元件，其中該第一光學元件將自該物鏡接收的該發散光會聚至該第二光學元件上，其中該第一光學元件沿著其縱向軸線相對於該第二光學元件是可移動的；及第三光學元件，其用於將光會聚至該成像系統之影像感測器上。
12. 如請求項11所述之管透鏡，其中該第一光學元件是正元件，其中該第二光學元件是負元件，且其中該第三光學元件是正元件。
13. 如請求項12所述之管透鏡，其中該第一光學元件是雙重透鏡且該第二光學元件是雙重透鏡。
14. 如請求項12所述之管透鏡，其中該第三光學元件使該成像系統在該影像感測器上是遠心的。
15. 如請求項14所述之管透鏡，其中該第三光學元件是一單重或雙重透鏡。
16. 如請求項12所述之管透鏡，其中如利用射出該物鏡之一後部光圈的視場邊緣射線之一中心所量測，自該物鏡接收的該發散光發散約0.25度至約1度。
17. 如請求項12所述之管透鏡，其中該第一光學元件可沿著其縱向軸線平移至少約5mm之距離。
18. 如請求項17所述之管透鏡，其中該第一光學元件可沿著其縱向軸線平移至多約25mm之距離。
19. 如請求項11所述之管透鏡，其進一步包含：用於使該第一光學 元件沿著其縱向軸線平移之載台，其中該第一光學元件之平移改變該第一光學元件與該第二光學元件之間的光學路徑之長度。
20. 如請求項12所述之管透鏡，其中該管透鏡具有在約150mm與約350mm之間的焦距。