一种用于基因测序仪的光学系统以及图像校正装置
1.本发明主要涉及到的领域有光学系统的设计、图像校正以及基因测序技术领域，尤其涉及一种用于基因测序仪的光学系统以及图像校正装置。
背景技术：
2.目前针对基因测序仪的光学系统的设计研究中，主要包括照明系统的设计，分光镜组的选择以及成像装置的设计等。现有的直接照明系统照射样品时，照明光斑会不均匀，从而导致成像图片质量下降，导致测序准确性降低，所以合理考虑照明系统对基因测序过程是有意义的。分光镜组选择不当会直接导致测序信息的减弱甚至丢失，根据激发样品所发射的荧光信息，合理选择分光镜组，能有效的收集测序信息，达到测序目的。另外，合理考虑光学元件空间布置能尽可能的将光学系统占用空间缩小，光学系统的占用空间越小，整个产品就更加小巧紧凑。
3.在碱基测序判断过程中，拍摄图像的像素一致性有着很高的要求，像素一致性指的就是将拍摄图像的坐标位置尽可能的达到重合，为了鉴定待测序列碱基的类别，需要得到大量的碱基图像，而碱基图像通过专业的ccd相机获得，由于ccd相机拍摄过程中可能因为系统各个元件定位误差，相机的自身定位误差，相机之间所拍摄的不同碱基类型的图像视野不满足像素一致性等因素影响，这对后续的图像处理以及碱基识别等操作会带来不能分析出正确碱基序列的后果，导致测序失败。现有技术采用算法来进行弥补，例如专利cn201810032793.3中提及到的相机标定方法及图像配准方法，虽然能进行图像配准，但当不同ccd相机拍摄图像相对位置相差过大时，这种方法就不适用，所以设计与提出一种图像校正装置是有必要的，这对后续分析碱基类型与碱基序列起着重要作用。
技术实现要素：
4.本发明实施方式提供一种用于基因测序仪的光学系统以及图像校正装置，所述光学系统包括：
5.所述样品模块包括样品；
6.所述照明模块包括光源、透镜组、激光二向镜、激光滤片以及物镜；
7.所述对焦模块包括对焦模组、对焦二向镜、对焦滤片；
8.所述分光模块包括分光二向镜组；
9.所述成像模块包括管透镜、图像传感器、图像校正装置以及滤片；
10.照明模块包括光源、透镜组、激光二向镜、激光滤片以及物镜；所述光源用于发射激发样品的激发光，所述透镜组包括准直镜，成像透镜，激光二向镜以及物镜，所述准直镜配置在所述光源到所述激光二向镜之间的光路中，所述准直镜的作用为将所述光源激发光进行扩束，所述成像透镜配置在所述光源到所述激光二向镜之间的光路中，所述成像透镜的作用为将扩束后的光源激发光成像在所述物镜的后焦面上，所述激光二向镜配置在物镜到所述管透镜之间的光路上，所述激光二向镜的作用为反射所述光源激发
第一相机、13-第二管透镜、14-第四相机、15-第四滤片、16-第二反射调节镜、17-第四管透镜、18-第三二向镜、19-第三管透镜、20-第三反射调节镜、21-第二滤片、22-第二相机、23-第三滤片、24-第三相机、25-对焦二向镜、26-对焦滤片、27-对焦模组、28-激光滤片、101-第一调节螺杆、103-第二调节螺杆、螺杆102-第三调节、200-第三底板、201-第二底板、202-相机连接板、203-第一竖版、204-定位键、204-1-固定槽、
27.205-第一固定键、206-第二固定键、1000-荧光亮点、2000-背景、3000-荧光特征点、1b-第一螺纹孔、2b-第二螺纹孔、4b-第三螺纹孔、5b-第四螺纹孔、7b-第五螺纹孔、8b-第六螺纹孔、101a-第七螺纹孔、102a-第八螺纹孔、103a-第九螺纹孔、102b-第一螺帽槽、103b-第二螺帽槽、101b-第三螺帽槽、1a-第一滑动槽、4a-第二滑动槽、204-2-第三滑动槽、2a-第一通孔、3a-第二通孔、5a-第三通孔、6a-第四通孔、7a-第五通孔、111-第一螺钉、222-第二螺钉、333-第三螺钉、444-第四螺钉、555-第五螺钉、666-第六螺钉、777-第七螺钉、
ⅰ‑
样品模块、
ⅱ‑
照明模块、
ⅲ‑
对焦模块、
ⅳ‑
分光模块、
ⅴ‑
成像模块。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
29.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。
30.本发明专利提供一种用于基因测序仪的光学系统以及图像校正装置，所述光学系统示意图如图1，所述光学系统模块组成示意图如图2。
31.所述光学系统分为五个模块：样品模块ⅰ、对焦模块ⅱ、照明模块ⅲ、分光模块ⅳ以及接受图像信息的成像模块
ⅴ
。
32.如图1光学系统示意图，根据模块组成示意图图2分类，样品模块ⅰ包括样品1，样品1通常携带4种荧光标记，例如a染料分子、b染料分子、c染料分子以及d染料分子，这四种荧光激发波长分别为λ1、λ1、λ2以及λ2，荧光发射波长的波段的波峰为λ3、λ4、λ5以及λ6；照明模块ⅲ包括激光器7，所述激光器7发射荧光激发所需的λ1和λ2的激发光束，所述激发光束投射过激光滤片28经过准直镜6进行扩束，激光成像透镜5将光纤成像的物镜2后焦面处，成像过程中，光束经过激光二向镜3反射并透射对焦二向镜25进入物镜2，两种不同波长的激发光束经过物镜2均匀照射到样品1上。
33.样品1受激发光束激励，发出不同荧光，所述不同荧光经过分光模块ⅳ分为若干路，所述光学系统成像模块中的第一反射调节镜10、第二反射调节镜16、第三反射调节镜20呈45度转向状态，根据图像比较后，所述第一反射调节镜10、第二反射调节镜16、第三反射调节镜20以及所述图像校正装置对图像进行像素校正，经由成像模块
ⅴ
进行成像拍照，使得四个相机图像荧光特征点3000的像素差异在15个像素内，我们就认为相机所拍的图像视野是重合的。
34.在拍摄图片前，对焦模块ⅱ中的对焦模组27发射对焦激光，经过对焦滤片26，经由对焦二向镜25反射物镜接收后打入样品并反射回物镜，调节物镜与样品之间的垂直距
离直到对焦模组判断其样品在物镜工作面时，对焦认为完成。
35.对焦完成后，所述光学系统所拍摄的荧光图片如图3所示，所述荧光亮点1000为基因碱基信息，黑区域为背景2000，白圆圈部位为荧光特征点3000根据各个相机拍摄的图像，利用软件(如imagej等图像处理软件)对拍摄图像荧光特征点3000进行像素位置确定，进而得出每个相机需要调整的像素距离，通过所述图像校正装置进行调节，从而达到图像像素一致性的目的。
36.所述光学系统示意图中的第一二向镜4、第二二向镜8、第三二向镜18的作用就是反射样品荧光发射光，例如上述波段的波峰为λ3、λ4荧光，透射样品荧光发射光，例如上述波段的波峰为λ5、λ6荧光；所述光学系统示意图成像模块
ⅴ
中第一相机12、第二相机22、第三相机24、第四相机14与所述图像校正装置中的相机连接板202由螺钉连接，用于调节相机像素一致性。
37.所述成像模块
ⅴ
包括第三滤片23和第三相机24、第四滤片15和第四相机14；所述成像模块
ⅴ
包括第二滤片21和第二相机22、第一滤片11和第一相机12。所述分光模块ⅳ包括第一二向镜4、第二二向镜8以及第三二向镜18，第一二向镜4将激光器7发射波长为λ1所激发的两种荧光反射进入成像模块
ⅴ
，将激光器7发射波长为λ2所激发的两种荧光透射进入成像模块
ⅴ
；第二二向镜8将λ1所激发的一种荧光反射，经过第二管透镜13成像，相机前在经过第二滤片21，阻挡除荧光以外的杂散光进入第二相机22；第二二向镜8将λ1所激发的一种荧光透射，经过第一管透镜9成像，成像模块
ⅴ
中图像校正装置中的第一反射调节镜10对图像像素一致性进行初步校正，并且可以缩短光学系统占用空间，使产品能更加紧凑，经过图像校正装置对像素一致性进行细调，经过第一滤片11，阻挡除荧光以外的杂散光进入第一相机12。第三二向镜18将λ2所激发的一种荧光反射，经过第四管透镜17成像，成像模块
ⅴ
中图像校正装置中的第二反射调节镜16对图像像素一致性进行初步校正，经过图像校正装置对像素一致性进行细调，经过第四滤片15，阻挡除荧光以外的杂散光进入第四相机14；第三二向镜18将λ2所激发的一种荧光透射，经过第三管透镜19成像，成像模块
ⅴ
中图像校正装置中的第三反射调节镜20对图像像素一致性进行初步校正，经过图像校正装置对像素一致性进行细调，相机前在经过第三滤片23，阻挡除荧光以外的杂散光进入第三相机24。图像校正装置结构模型示意图如图4，图像校正装置结构模型细节示意图如图5。
38.图像校正装置结构部分：
39.本实施例中的所述图像校正装置包括连接板、图像传感器调节装置以及反射调节镜。所述连接板与光学系统成像模块中的图像传感器连接，所述反射调节镜配置在图像传感器前，所述反射调节镜调节绕光轴旋转方向以及垂直光轴旋转方向以校正图像。以图右下角所标坐标系方向为例，所述图像传感器调节装置主要包含固定安装相机连接板202(模型示意图如图6)、调节第一方向自由度(z方向)第一竖版203(模型示意图如图7)、调节第二方向自由度(y方向)第二底板201(模型示意图如图8)、调节第三方向自由度(x方向)第三底板200(模型示意图如图9)以及定位键204、第一固定键205与第二固定键206(模型示意图如图10)。
40.所述图像传感器调节装置在结构上可以实现前后x、上下z、左右y的多自由度调节，满足调控需求的同时操作又简单，装置细节装配图如图。所述第三底板200上开有4个第
一螺纹孔1b,所述第二底板201开有第一滑动槽1a，第一滑动槽1a的长度就是y自由度的量程范围。第一螺钉111穿过第一滑动槽1a，进而与第一螺纹孔1b配合起着紧固定位作用，所述第三底板200底部开有固定槽204-1，所述定位键204与整机面板固定，所述第三底板200与所述定位键204通过固定槽204-1进行配合定位，这样的目的是当调节第三底板200的位置时，第三底板200能笔直的朝着调节方向移动，避免第三底板200旋转导致调节误差；所述第二底板201上开有2个第二螺纹孔1b，所述第一竖版203上具有第一通孔2a，第二螺钉222穿过第一竖版203上第一通孔2a与第二底板201上的第二螺纹孔1b配合固定；所述第一竖版203上开有第二滑动槽4a,第二滑动槽4a的长度就是z自由度的量程范围，所述相机连接板202上开有第三螺纹孔4b,第四螺钉444穿过第一竖版203上第二滑动槽4a与相机连接板202上的第三螺纹孔4b配合固定；第三螺钉333穿过相机连接板202上的第二通孔3a与相机上的螺纹孔进行配合固定。定位键204固定在整机面板(这里整机面板并未画出上)，与第三底板200中的滑动槽204-1配合；另外两个定位键204通过第五螺钉555以及第七螺钉777穿过第三通孔5a和7a与第三底板200上的第四螺纹孔5b、第五螺纹孔7b配合固定，其中一个定位键204与第二底板201上的第三滑动槽204-2配合，定位键204与第三调节螺杆103配合。第二固定键206上开有第四通孔6a,螺钉888通过固定件206上第四通孔6a，与第三底板200上的第六螺纹孔8b配合固定；第一固定键205上有第四通孔6a，第六螺钉666通过固定件205上第四通孔6a，与整机面板上的螺纹孔配合固定。
41.所述第一调节螺杆101与所述第一竖版203上第七螺纹孔101a配合固定，调节螺钉的螺帽卡在相机连接板202上的第三螺帽槽101b，当需要调节第一方向自由度(z方向)时，利用第一调节螺杆101与旋转第一竖版203上第二螺纹孔101a的配合长度，第一调节螺杆101螺帽将相机连接板连同相机向z方向移动达到调节目的。
42.所述第二调节螺杆103与所述固定键204上第九螺纹孔103a配合固定，调节螺钉的螺帽卡在第二底板201上的第二螺帽槽103b，当需要第二方向自由度(y方向)时，利用第三调节螺杆102与定位键204上第八螺纹孔102a的配合长度，第二调节螺杆103螺帽将第二底板201向y方向移动达到调节目的。
43.所述第三调节螺杆102与第一固定键205上第八螺纹孔102a配合固定，调节螺钉的螺帽卡在第三底板200上第二固定键206上的第一螺帽槽102b，当需要第三方向自由度(x方向)时，利用第三调节螺杆102与第一固定键205上第三螺纹孔102a的配合长度，第三调节螺杆102螺帽将第三底板200向x方向移动达到调节目的。
44.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简沽，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
45.在上述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
技术特征：
1.一种用于基因测序仪的光学系统，其特征在于，包括：样品模块、照明模块、对焦模块、分光模块以及成像模块；所述样品模块包括样品；所述照明模块包括光源、透镜组、激光二向镜、激光滤片以及物镜；所述对焦模块包括对焦模组、对焦二向镜、对焦滤片；所述分光模块包括分光二向镜组；所述成像模块包括管透镜、图像传感器、图像校正装置以及滤片。2.根据权利要求1所述的一种用于基因测序仪的光学系统，其特征在于：所述样品模块包括带有荧光标记碱基序列信息的样品，所述样品能通过所述光源发射激发光激发，激发出不同波长的荧光信号发射光，所述荧光信号发射光经过所述分光模块后进入所述成像模块，所述成像模块中的图像传感捕捉碱基序列信息。3.根据权利要求1所述的一种用于基因测序仪的光学系统，特征在于：所述光源用于发射激发样品的激发光，所述透镜组包括准直镜，成像透镜，激光二向镜以及物镜，所述准直镜配置在所述光源到所述激光二向镜之间的光路中，所述准直镜的作用为将所述光源激发光进行扩束，所述成像透镜配置在所述光源到所述激光二向镜之间的光路中，所述成像透镜的作用为将扩束后的光源激发光成像在所述物镜的后焦面上，所述激光二向镜配置在物镜到所述管透镜之间的光路上，所述激光二向镜的作用为反射所述光源激发光进入所述物镜激发样品并透射所述样品激发出的发射光进入所述图像传感器上，所述激光滤片配置在所述光源到所述激光二向镜之间的光路中，所述激光滤片保证光源激发光的洁净度，所述物镜收集用于激发样品的激发光至所述样品并将来自样品的发射光收集至成像模块。4.根据权利要求1所述的一种用于基因测序仪的光学系统，特征在于：所述对焦模组发射对焦激光，所述对焦滤片配置在对焦模组到对焦二向镜之间的光路上，所述对焦滤片保证对焦激光的洁净度，所述对焦二向镜配置在物镜到所述管透镜之间的光路上，所述对焦二向镜将所述对焦激光反射进入物镜至所述样品，调整所述物镜与所述样品垂直相对位置，所述样片反射对焦激光返回至对焦模组以确定所述物镜与所述样品垂直相对位置，从而达到对焦目的。5.根据权利要求1所述的一种用于基因测序仪的光学系统，特征在于：所述分光模块包括二向镜组，所述二向镜组包括第一二向镜、第二二向镜、第三二向镜以及保证来自所述样品特定发射光洁净度的滤片；所述二向镜组配置在所述激发光从所述光源到所述物镜之间的光路上并且配置在所述发射光从所属物镜到所述管透镜之间的光路上，所述二向镜作用为透射所述激发光和所述发射光中的一者并反射所述激发光和所述发射光中的另一者。6.根据权利要求1所述的一种用于基因测序仪的光学系统，特征在于：所述成像模块包括对来自样品的所述发射光进行成像的图像传感器以及配置在将来自所述物镜的所述发射光收集至所述图像传感器的管透镜，其中，所述物镜与所述管透镜构成无穷远共轭，所述图像校正装置包括图像传感器调节装置以及反射调节镜，所述图像传感器安装在图像传感器调节装置上，所述反射调节镜也用于图像校正，所述滤片配置在图像传感器前，所述滤片保证荧光信号发射光的洁净度。
7.一种图像校正装置，用于权利要求6中所述成像模块中，其特征在于：所述图像校正装置包括连接板、图像传感器调节装置以及反射调节镜，所述连接板与光学系统成像模块中的图像传感器连接，所述图像传感器可拆卸地安装在连接板上，所述连接板与图像传感器调节装置连接，所述图像传感器调节装置包括第一调节竖板、第一调节螺钉、第二调节底板、第二调节螺钉、第三调节底板和第三调节螺钉，所述第一调节竖板用于调节第一方向自由度，所述第二调节底板用于调节第二方向自由度，所述第三调节底板用于调节第三方向自由度，所述反射调节镜配置在图像传感器前，所述反射调节镜调节绕光轴旋转方向以及垂直光轴旋转方向以校正图像。8.根据权利要求7所述的一种图像校正装置，其特征在于：所述连接板具有至少4个通孔定位槽，所述通孔定位槽内安装有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉将连接板与图像传感器锁紧在连接板上；所述图像传感器具有至少四个螺纹孔，所述通孔定位槽内安装有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉将连接板与图像传感器锁紧在连接板上。9.根据权利要求7所述的一种图像校正装置，其特征在于：所述第一调节竖板垂直与第二调节底板，所述第一调节竖板与所述第二调节底板连接；所述第二调节底板与第三调节底板连接；所述第一竖板侧面具有可以沿第一方向滑动的第一滑动槽，所述第一滑动槽内有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉将第一竖板与连接板锁紧在第一竖板上；所述第三底板具有两个定位键和两个固定键，所述第一定位键固定在所述第二底板中的第二滑动槽，所述第一定位键限制第二底板相对第三底板只能朝着第二调节方向移动；所述第三底板底部具有可以沿第三方向滑动的第三滑动槽，所述第三滑动槽内安装第二定位键，所述定位键限制第三底板只能朝着第三调节方向调节移动；所述第一固定键安装在所述第三底板上，所述第二固定键安装在所述第三底板上。10.根据权利要求7所述的一种图像校正装置，其特征在于：所述连接板具有通孔槽，所述成像装置插装在所述连接板的通孔槽内；所述连接板具有螺帽槽和阶梯孔，所述第一调节螺钉的螺帽安装在所述连接板的螺帽槽内，所述第一竖板上侧具有螺纹孔，所述第一调节螺钉与所述第一竖板的螺纹孔连接；所述第二底板具有螺帽槽，所述第二调节螺钉的螺帽安装在所述第二底板的螺帽槽内；所述第二调节螺钉与所述第一固定键连接，所述第一固定键具有螺纹孔；所述第三调节螺钉安装在所述第二固定键的螺帽槽内。
技术总结
本发明提供一种用于基因测序仪的光学系统以及图像校正装置，光学系统包括样品模块、照明模块、对焦模块、分光模块以及成像模块；图像校正装置用于光学系统成像模块中，图像校正装置包括连接板、图像传感器调节装置以及反射调节镜；连接板与光学系统成像模块中的图像传感器连接，图像传感器可拆卸地安装在连接板上，连接板与图像传感器调节装置连接；反射调节镜配置在图像传感器前，反射调节镜可调节绕光轴旋转方向以及垂直光轴旋转方向以校正图像。本发明中的系统和装置调节操作简单可靠，能有效校正图像，多自由度的图像调节校正能更加满足成像精度，对分析碱基类型与碱基序列起着重要作用。着重要作用。着重要作用。
