光线整形匀化组件、激光照明装置和基因测序系统

文档序号:1936141 发布日期:2021-12-07 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 光线整形匀化组件、激光照明装置和基因测序系统 (Light shaping homogenization assembly, laser lighting device and gene sequencing system ) 是由 梁倩 陈龙超 王谷丰 于 2021-08-19 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种光线整形匀化组件,包括:准直光学元件、匀光元件和焦距可调整的聚光元件,其中,入射光入射所述准直光学元件后被准直成第一光线,所述第一光线经所述匀光元件匀化后形成第二光线,所述第二光线经所述聚光元件聚光后形成目标光线。本发明还公开了一种激光照明装置以及基因测序系统。本发明至少解决了如何在光线整形过程中,提高光线均匀性以及调整光斑尺寸的技术问题。(The invention discloses a light shaping and homogenizing component, which comprises: the device comprises a collimating optical element, a light evening element and a light condensing element with adjustable focal length, wherein incident light is collimated into first light after entering the collimating optical element, the first light is homogenized by the light evening element to form second light, and the second light is condensed by the light condensing element to form target light. The invention also discloses a laser lighting device and a gene sequencing system. The invention at least solves the technical problems of improving the light uniformity and adjusting the spot size in the light shaping process.)

光线整形匀化组件、激光照明装置和基因测序系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域。更具体地说,本发明涉及一种光线整形匀化组件、激光照明装置和基因测序系统。

背景技术

基因测序仪需要使用激光光源照明待检验样本,光激发设备(例如激光器)输出的激光光源通常为高斯或超高斯分布光线,即光线中心与边缘光强分布不均匀。传统的基因测序仪通常采用柱面镜整形光线的方式将激光光源整形成线状光线,但是,柱面镜整形方式无法改变照明光斑的均匀性,对于高斯或超高斯分布的二维光线,经过柱面镜向一维方向整形压缩后,中心光强会远大于边缘光强,依旧存在光线不均匀的缺陷。

传统的基因测序仪还采用调整入射光线强度方式,将入射光线整体强度提高,以提高视野边缘的样品的信噪比。然而,此种方案使得光线中心强度超过一定限度,光吸收趋于饱和,从而造成光毒性,导致待检验样本光漂白。

发明内容

本发明的一个目的是至少解决上述问题,并提供相应的有益效果。

本发明的另一个目的是,提供一种光线整形匀化组件、激光照明装置和基因测序系统,至少解决了如何在光线整形过程中,提高光线均匀性以及调整光斑尺寸的技术问题。本发明主要通过以下诸方面中的技术方案实现:

<本发明的第一方面>

第一方面提供了一种光线整形匀化组件,包括:

准直光学元件、匀光元件和焦距可调整的聚光元件,其中,

入射光入射所述准直光学元件后被准直成第一光线,所述第一光线经所述匀光元件匀化后形成第二光线,所述第二光线经所述聚光元件聚光后形成目标光线。

本发明的第一方面,可以对光激发设备输出的入射光进行整形匀化处理。具体而言,是将入射光准直成二维的第一光线。然后将第一光线进行匀化处理,使得第一光线的均匀性得到大幅度的提升。最后再将匀化处理后的光线聚集成一维的目标光线。因此,本发明提供的上述技术方案在光线整形匀化过程中,能够消除高斯或者超高斯分布光源的中心热点和褪色边缘分布,极大地提高了光线的均匀性,避免了产生低信噪比或者造成光毒性的现象。

再者,应用上述技术方案进行光线整形匀化时,一维的目标光线通过聚光元件汇聚在聚光元件的成像面上,基于此,通过调整聚光元件的焦距,即可调整目标光线的光斑尺寸,能够适应更多的基因测序场景。

在一些技术方案中,所述准直光学元件被设置为双胶合透镜。

在一些技术方案中,所述双胶合透镜由弯月透镜和双凸透镜胶合而成。

在一些技术方案中,所述准直光学元件还用于矫正色差。

在一些技术方案中,所述匀光元件被设置为鲍威尔棱镜。

在一些技术方案中,所述匀光元件还用于调整光斑尺寸。

在一些技术方案中,所述准直光学元件和所述匀光元件还用于调整光斑尺寸。

在一些技术方案中,所述聚光元件被设置为物镜。

<本发明的第二方面>

第二方面提供了一种激光照明装置,包括:

第一方面所述的光线整形匀化组件;

激光器;和

激光耦合器,用于将所述激光器出射的激光光源耦合成所述光线整形匀化组件的入射光。

<本发明的第三方面>

第三方面提供了一种基因测序系统,包括:

基因测序仪;和

第二方面所述的激光照明装置,用于为所述基因测序仪提供照明光源。

本发明的实施例至少具备以下有益效果:

本发明通过可以对光激发设备输出的入射光进行整形匀化处理。具体而言,是将入射光准直成二维的第一光线。然后将第一光线进行匀化处理,使得第一光线的均匀性得到大幅度的提升。最后再将匀化处理后的光线聚集成一维的目标光线。因此,本发明提供的上述技术方案在光线整形匀化过程中,能够消除高斯或者超高斯分布光线的中心热点和褪色边缘分布,极大地提高了光线的均匀性,避免了产生低信噪比或者造成光毒性的现象。

再者,应用上述技术方案进行光线整形匀化时,一维的目标光线汇聚于聚光元件的成像面上,基于此,通过调整聚光元件的焦距,即可调整目标光线的光斑尺寸,能够适应更多的基因测序场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例的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申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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为本发明的光线整形匀化组件在一些实施例中的示意图;

图2为本发明的光线整形匀化组件在一些实施例中在像面成像出的照明光斑;

图3为本发明的目标光线的照明光斑的均匀性分布图;

图4为本发明的激光照明装置在一些实施例中的框图;

图5为本发明的基因测序系统在一些实施例中的框图;

附图标记说明:

10、光线整形匀化组件;

11、准直光学元件;

12、匀光元件;

13、聚光元件;

14、入射光;141、第一光线;142、第二光线;143、目标光线;1431、照明光斑;

20、激光照明装置;

21、激光器;

22、激光耦合器;

30、基因测序系统;

31、基因测序仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除以上所述外,仍需要强调的是,在本文中提及“实施方式”意味着,结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式,也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。

为了更好地理解本发明提供的技术方案,在此对本文中出现的术语进行相应地说明:

二维:指的是在一个平面上的内容,在本文中,“二维的第一光线”可以理解为第一光线的光斑均为非线状的平面光斑,可以是圆形、方形或者其他形状。

一维:指的是一条线。在本文中,“一维的目标光线”可以理解为目标光线中的光斑均为线状光斑。

<光线整形匀化组件>

如图1所示,为本发明提供的光线整形匀化组件10在一些实施例中的示意图。在图1中,所述光线整形匀化组件10包括准直光学元件11、匀光元件12和焦距可调整的聚光元件13,其中,入射光14入射所述准直光学元件11后被准直成第一光线141,所述第一光线141经所述匀光元件12整形匀化后形成第二光线142,所述第二光线142经所述聚光元件13聚光后形成目标光线143。

所述准直光学元件11、所述匀光元件12和所述聚光元件13可以沿入射光14的入射方向依次设置。具体地设置顺序可以参照图1所示。

所述入射光14可以是一束含有多波段的光线,亦可以是单波段的光线。示例性的,所述入射光14可以包含532nm和640nm波段的双波段光线,亦可以是532nm单波段的光线。本申请的光线主要用于照明待检测样本,因此,可以由本领域技术人员根据实际需求确定光线的波段,本申请并不对此进行限制。

所述目标光线143在像面成像出的照明光斑1431可以如图2所示。经过光学设计与仿真软件仿真,图2中照明光斑1431在短边中心位置,沿着长边方向的能量分布均匀性可以参照图3所示。

需要说明的是,图2是使用光学设计与仿真软件Zemax输出的示例照明光斑1431,图2中横坐标为沿照明光斑1431长边方向的光斑长度,纵坐标为沿照明光斑1431短边方向的光斑宽度。

图3是在照明光斑1431于短边中心处,沿长边方向的强度均匀性结果,横坐标为沿照明光斑1431长边方向的光斑长度,纵坐标为光斑强度。

通过上述技术方案,可以对光激发设备输出的入射光14进行整形匀化处理。具体而言,是将入射光14准直成二维的第一光线141。然后将第一光线141进行匀化处理,使得第一光线141的均匀性得到大幅度的提升。最后再将匀化处理后的光线聚集成一维的目标光线143。因此,本发明提供的上述技术方案在光线整形匀化过程中,能够消除高斯或者超高斯分布光线的中心热点和褪色边缘分布,极大地提高了目标光线沿着长边方向上的均匀性,避免了产生低信噪比或者造成光毒性的现象。

再者,应用上述技术方案进行光线整形匀化时,一维的目标光线143汇聚在聚光元件13的成像面上,基于此,通过调整聚光元件13的焦距,即可调整目标光线143的光斑尺寸,能够适应更多的基因测序场景。

进一步地,所述光线整形匀化组件10可以应用于落射式照明装置,能够使得照明光路与成像光路处于同一方向,适用于非透明物体,如金属,矿物等。

在一些实施方式中,所述准直光学元件11被设置为双胶合透镜。所述双胶合透镜可以由弯月透镜和双凸透镜胶合而成。所述双胶合透镜入光面、胶合面和出光面对应的设计参数可以参照表1实施。当所述入射光14入射至所述准直光学元件11后,所述准直光学元件11将所述入射光14准直成平行光,即第一光线141。

在一些实施方式中,所述准直光学元件11还用于矫正色差。当所述入射光14为一束含有多波段的光线时,所述准直光学元件11则需要对所述入射光14进行色差矫正。

在一些实施方式中,所述匀光元件12被设置为鲍威尔棱镜。所述鲍威尔棱镜的入光面和出光面的设计参数可以参照表1实施。所述鲍威尔棱镜将第一光线141匀化后,形成第二光线142。所述第二光线142从所述鲍威尔棱镜出光面出射后,朝着与所述鲍威尔棱镜对应的焦点逐渐汇聚并发散,发散后的第二光线142入射所述聚光元件13。应当理解的是,与所述鲍威尔棱镜对应的焦点被设置成靠近所述聚光元件13的入光面,具体距离由本领域技术人员根据实际需求而设置。

在一些实施方式中,所述匀光元件12还用于调整光斑尺寸。具体地,可以通过改变所述匀光元件12的曲率半径与圆锥系数来调整光斑尺寸。

在一些实施方式中,所述准直光学元件11和所述匀光元件12还用于调整光斑尺寸。具体地,可以通过改变所述准直光学元件11的焦距、所述匀光元件12的曲率半径和所述匀光元件12的圆锥系数来调整光斑尺寸。

在一些实施方式中,所述聚光元件13被设置为物镜。所述物镜用于将第二光线142聚焦成目标光线143,照射到对应的基因测序芯片上。

在一些实施方式中,所述准直光学元件11、所述匀光元件12和所述聚光元件13的参数设计可以如表1所示。

表1

编号 曲率半径/mm 厚度/mm 折射率 阿贝数 圆锥系数 焦距
1 247.2 2 1.8052 25.36 - -
2 46.4 16 1.67 47.112 - -
3 -54.9 30 - - - -
4 82 15 1.5168 64.167 -26 -
5 平面 219.221 - - - -
6 - 10 - - - 10

需要说明的是,在表1中,编号1对应的参数信息为所述准直光学元件11入光面的参数信息;编号2对应的参数信息为所述准直光学元件11胶合面的参数信息;编号3对应的参数信息为所述准直光学元件11出光面的参数信息;编号4对应的参数信息为所述匀光元件12的入光面的参数信息;编号5对应的参数信息为所述匀光元件12的出光面的参数信息;编号6对应的参数信息为所述聚光元件13的参数信息。

除了上述列举出的参数信息,本领域技术人员应当理解的是,从光学设计意义上来讲,所述准直光学元件11、所述匀光元件12和所述聚光元件13的参数信息还可以有其他的匹配方案,并不限制为表1所示的参数信息。

<激光照明装置>

如图4所示,为本发明的激光照明装置20在一些实施例中的框图。在图4中,所述激光照明装置20包括:

第一方面所述的光线整形匀化组件10;

激光器21;

激光耦合器22,用于将所述激光器出射的激光光源耦合成所述光线整形匀化组件的入射光。

在一些实施方式中,所述激光耦合器22,还用于对所述入射光进行匀化处理。

<基因测序系统>

如图5所示,为本发明的基因测序系统30在一些实施例中的框图。在图5中,所述基因测序系统30包括:

基因测序仪31;和

第二方面所述的激光照明装置20,用于为所述基因测序仪提供光源。

尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和本文示出与描述的图例。

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