一种高通量平场复消色差物镜的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种高通量平场复消色差物镜。


背景技术：

2.测序通量是基因测序仪的核心指标之一，体现的是单位时间的数据输出量；测序通量大小影响着检测结果的输出时间，同时也关系着测序成本。测序仪中，影响测序通量大小的核心光学器件就是显微物镜。显微物镜中有两个核心参数：一个是数值孔径，该参数决定着物镜的成像分辨率，成像分辨率的大小，决定了测序芯片上dna的密度；另一个为成像视野，视野越大，一次拍摄的范围越大，完成测序芯片扫描成像的时间就越短。由此可见，高数值孔径和大视野物镜是提升测序通量的关键。
3.成像视野和数值孔径是决定测序通量的两个关键参数，但是这两个参数大小往往是此消彼长的，即大数值孔径物镜的视野范围较小，而大视野范围的物镜数值孔径较小，无法同时兼顾大成像视野和高清晰度。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种高通量平场复消色差物镜，可以同时实现大成像视野和大数值孔径，提升测序通量。
5.本发明实施例提供了一种高通量平场复消色差物镜，包括沿物方到像方依次同轴排列的第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组，其中，
6.第一透镜组包括顺次设置的第一弯月透镜和第二弯月透镜；
7.第二透镜组包括顺次设置的第一双凸透镜、第一双凹透镜、第二双凸透镜、第三双凸透镜、第三弯月透镜及第四双凸透镜，所述第一双凸透镜、所述第一双凹透镜及所述第二双凸透镜组成第一胶合透镜，所述第三弯月透镜及所述第四双凸透镜组成第二胶合透镜；
8.第三透镜组包括顺次设置的第四弯月透镜、第五弯月透镜、第二双凹透镜及第五双凸透镜，所述第四弯月透镜及所述第五弯月透镜组成第三胶合透镜，所述第二双凹透镜及所述第五双凸透镜组成第四胶合透镜。
9.可选地，所述第一透镜组的焦距满足以下关系式：
10.10.2《f
l23
/f《11
11.其中，f
l23
表示第一透镜组的焦距，f表示所述物镜的焦距。
12.可选地，所述第一胶合透镜的焦距满足以下关系式：
13.6.42《f
l456
/f《7.15
14.其中，f
l456
表示第一胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
15.可选地，所述第三双凸透镜的焦距满足以下关系式：
16.2.91《f
l7
/f《3.32
17.其中，f
l7
表示第三双凸透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
18.可选地，所述第二胶合透镜的焦距满足以下关系式：
19.10.6《f
l89
/f《12.3
20.其中，f
l89
表示第二胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
21.可选地，所述第三胶合透镜的焦距满足以下关系式：
[0022]-6.01《f
l1011
/f《-5.66
[0023]
其中，f
l1011
表示第三胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0024]
可选地，所述第四胶合透镜的焦距满足以下关系式：
[0025]-69.1《f
l1213
/f《-70.2
[0026]
其中，f
l1213
表示第四胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0027]
可选地，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组中的所有透镜均为球面透镜。
[0028]
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中物镜包括从物方到像方同轴排列的三个透镜组，第一透镜组包括两个弯月透镜；第二透镜组包括两个胶合透镜和一个具有中光焦度的双凸透镜，其中，由两个双凸透镜和一个双凹透镜组成的第一胶合透镜，由一个弯月透镜和一个双凸透镜组成第二胶合透镜；第三透镜组包括两个胶合透镜，其中，由两个弯月透镜组成第三胶合透镜，由一个双凹和一个双凸组成第四胶合透镜；待检测物体发出的光首先经过第一透镜组减小孔径角，然后通过第二透镜组矫正球差、慧差或色差中的一个或多个，然后通过第三透镜组消除场曲、像散或色差中的一个或多个，从而实现同时增大成像视野和数值孔径，提升测序通量。
附图说明
[0029]
图1是本发明实施例提供的一种高通量平场复消色差物镜的结构示意图；
[0030]
图2是本发明实施例提供的一种高通量平场复消色差物镜的mtf曲线；
[0031]
图3是本发明实施例提供的一种高通量平场复消色差物镜的点列图；
[0032]
图4是本发明实施例提供的一种高通量平场复消色差物镜的场曲和畸变曲线；
[0033]
图5是本发明实施例提供的一种高通量平场复消色差物镜的衍射能量分布曲线。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0035]
如图1所示，本发明实施例提供了一种高通量平场复消色差物镜，包括沿物方到像方依次同轴排列的第一透镜组g1、第二透镜组g2及第三透镜组g3，其中，
[0036]
第一透镜组g1包括顺次设置的第一弯月透镜l2和第二弯月透镜l3；
[0037]
第二透镜组g2包括顺次设置的第一双凸透镜l4、第一双凹透镜l5、第二双凸透镜l6、第三双凸透镜l7、第三弯月透镜l8及第四双凸透镜l9，所述第一双凸透镜l4、所述第一双凹透镜l5及所述第二双凸透镜l6组合第一胶合透镜，所述第三弯月透镜l8及所述第四双凸透镜l9组成第二胶合透镜；
[0038]
第三透镜组g3包括顺次设置的第四弯月透镜l10、第五弯月透镜l11、第二双凹透镜l12及第五双凸透镜l13，所述第四弯月透镜l10及所述第五弯月透镜l11组成第三胶合透
镜，所述第二双凹透镜l12及所述第五双凸透镜l13组成第四胶合透镜。
[0039]
具体地，l1为样品的盖玻片，也可以是测序芯片流道上层的玻璃。第一透镜组g1包括l2和l3，第一透镜组形成前置齐明面，收集大发散角光信号并将其转变成小角度光信号，在有效增大数值孔径的同时，避免产生过大的球差和/或慧差。第二透镜组g2包括透镜l4～l9，第二透镜组用于矫正球差、慧差和色差。第三透镜组g3包括透镜l10～l13，用于消除场曲、像散和色差，其中，l11为厚弯月透镜。
[0040]
可选地，所述第一透镜组的焦距满足以下关系式：
[0041]
10.2《f
l23
/f《11
[0042]
其中，f
l23
表示第一透镜组的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0043]
具体地，参阅图1，f
l23
表示透镜l2和l3形成的第一透镜组的焦距。
[0044]
可选地，所述第一胶合透镜的焦距满足以下关系式：
[0045]
6.42《f
l456
/f《7.15
[0046]
其中，f
l456
表示第一胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0047]
具体地，参阅图1，f
l456
表示透镜l4、l5和l6形成的第一胶合透镜的焦距。
[0048]
可选地，所述第三双凸透镜的焦距满足以下关系式：
[0049]
2.91《f
l7
/f《3.32
[0050]
其中，f
l7
表示第三双凸透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0051]
具体地，参阅图1，f
l7
表示透镜l7的焦距。
[0052]
可选地，所述第二胶合透镜的焦距满足以下关系式：
[0053]
10.6《f
l89
/f《12.3
[0054]
其中，f
l89
表示第二胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0055]
具体地，参阅图1，f
l89
表示透镜l8和l9形成的第二胶合透镜的焦距。
[0056]
可选地，所述第三胶合透镜的焦距满足以下关系式：
[0057]-6.01《f
l1011
/f《-5.66
[0058]
其中，f
l1011
表示第三胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0059]
具体地，参阅图1，f
l1011
表示透镜l10和l11形成的第三胶合透镜的焦距。
[0060]
可选地，所述第四胶合透镜的焦距满足以下关系式：
[0061]-69.1《f
l1213
/f《-70.2
[0062]
其中，f
l1213
表示第四胶合透镜的焦距，f表示所述物镜的焦距。
[0063]
具体地，参阅图1，f
l1213
表示透镜l12和l13形成的第四胶合透镜的焦距。
[0064]
在一个具体的实施例中，物镜中各透镜的具体涉及参数参阅表一。参阅图1，图1中的r1-r21分别依次对应表一中的面编号1-21。
[0065]
表一
[0066][0067][0068]
参阅图2，图2为上述具体实施例中物镜mtf(modulation transfer function，调制传递函数)曲线。从图2可知，物镜的截止频率大于3100lp/mm，全视野范围接近衍射极限；表明该物镜的像质优良，像差得到了很好的矫正。
[0069]
参阅图3，图3为上述具体实施例中物镜的点列图，从图3可知，在可见光波长下，全视场弥散斑尺寸均在艾里斑尺寸范围附近。参阅图4，图4(a)为上述具体实施例中物镜的场曲图，图4(b)为上述具体实施例中物镜的畸变曲线，从图4可知，镜头的成像视场很平，同时畸变小于0.85％。综合图3和图4的结果数据可知，该物镜达到了平场复消色差的效果。
[0070]
参阅图5，图5为该上述具体实施例中物镜的衍射能量分布曲线，横坐标为弥散斑
直径，纵坐标为弥散斑能量百分比。从图5可知，90％的弥散斑能量都集中在1um的范围内，能量集中度高，因而此物镜特别适合用于基因测序中微弱荧光信号成像。
[0071]
在上述具体实施例中，该物镜数值孔径为0.75，成像物方视野直径为1.6mm，平场复消色差，焦距10mm，以上参数能满足大部分的高通量测序应用。
[0072]
可选地，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组中的所有透镜均为球面透镜。
[0073]
具体地，第一透镜组至第三透镜组中的所有透镜l2～l13均为球面透镜，从而降低透镜的加工成本。
[0074]
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中物镜包括从物方到像方同轴排列的三个透镜组，第一透镜组包括两个弯月透镜；第二透镜组包括两个胶合透镜和一个具有中光焦度的双凸透镜，其中，由两个双凸透镜和一个双凹透镜组成的第一胶合透镜，由一个弯月透镜和一个双凸透镜组成第二胶合透镜；第三透镜组包括两个胶合透镜，其中，由两个弯月透镜组成第三胶合透镜，由一个双凹和一个双凸组成第四胶合透镜；待检测物体发出的光首先经过第一透镜组减小孔径角，然后通过第二透镜组矫正球差、慧差或色差中的一个或多个，然后通过第三透镜组消除场曲、像散或色差中的一个或多个，从而实现同时增大成像视野和数值孔径，提升测序通量。
[0075]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作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技术权利要求所限定的范围内。