光学系统和荧光信号检测装置制造方法及图纸

本公开涉及光学系统和荧光信号检测装置。提供了一种光学系统，该光学系统包括：分束器，被配置为接收入射光并且按照分束器的分束比将入射光分离成具有第一光量的第一部分和具有比第一光量小的第二光量的第二部分；第一图像传感器，被配置为接收并检测入射光的第一部分；第二图像传感器，被配置为接收并检测入射光的第二部分；以及控制器，被配置为使第一图像传感器基于入射光的第一部分而生成第一图像，使第二图像传感器基于入射光的第二部分而生成第二图像，以及融合第一图像和第二图像以生成融合图像。生成融合图像。生成融合图像。

【技术实现步骤摘要】
光学系统和荧光信号检测装置


[0001]本公开总体上涉及光学领域，并且更具体地涉及光学系统和荧光信号检测装置。

技术介绍

[0002]动态范围(DR)是评估成像装置的重要技术指标，其可以被简单地定义为成像装置可检测的最大光强与最小光强的范围的能力，例如由下式所定义的，
[0003][0004]例如在荧光信号检测装置中，成像模块中的诸如图像传感器或相机之类的成像装置是最重要的部件。成像装置的动态范围直接决定了荧光信号检测的动态范围。以使用荧光信号检测装置运用454测序技术来对DNA序列进行测序的情况为例，假设当待测序列中出现一个或多个碱基A时，测序反应会相应地加上一个或多个与之配对的碱基T(已用荧光团标记)，因此，待测序列中的碱基A越多，被荧光团标记的碱基T就越多，荧光信号就越强，故而可以根据荧光信号来确定碱基T进而实现对待测序列中的碱基A的测量。然而，样品中可能存在多段待测序列，其中各个待测序列所包括的碱基A的数量可能差异较大(例如从1个到10个变化)。当荧光信号检测的动态范围(取决于成像装置的动态范围)不够时，就无法准确地从由成像装置捕获的样品图像中对被荧光团标记的碱基T进行测量，造成测序结果不准确。
[0005]因而，提高成像装置的动态范围是非常重要的。常见的提高动态范围的方法包括增大图像传感器的满阱容量，但是这也意味着更大的像素尺寸。当图像传感器的尺寸一定时，更大的像素尺寸会导致更少的像素数量，即导致降低的分辨率。另外，也可以针对不同的光强条件来改变成像装置的诸如曝光时间、曝光增益等之类的参数。例如，可以使用短的曝光时间或低的曝光增益来确保强光不会溢出，也可以使用长的曝光时间或高的曝光增益来确保暗处的细节可以被观察到，但是在这种情况下，长时间/高增益曝光与短时间/低增益曝光不能同时进行，导致帧率降低，尤其在拍摄运动对象时会造成图像模糊。
[0006]因此，期望改进的提高动态范围的光学系统。

技术实现思路

[0007]根据本公开的第一方面，提供了一种光学系统，该光学系统包括：分束器，被配置为接收入射光并且按照分束器的分束比将入射光分离成具有第一光量的第一部分和具有比第一光量小的第二光量的第二部分；第一图像传感器，被配置为接收并检测入射光的第一部分；第二图像传感器，被配置为接收并检测入射光的第二部分；以及控制器，被配置为使第一图像传感器基于入射光的第一部分而生成第一图像，使第二图像传感器基于入射光的第二部分而生成第二图像，以及融合第一图像和第二图像以生成融合图像。
[0008]根据本公开的第二方面，提供了一种荧光信号检测装置，该荧光信号检测装置包
括：照明模块，包括被配置为发射用于激发样品的激发光的光源；物镜，被配置为将来自照明模块的激发光引导至样品并将来自样品的发射光引导至成像模块；成像模块，包括：管镜，接收来自物镜的发射光；具有第一分束比的第一分束器，接收传输通过管镜的发射光并且按照第一分束比将发射光分离成具有第一光量的第一部分和具有比第一光量小的第二光量的第二部分；以及第一图像传感器和第二图像传感器，第一图像传感器被配置为接收并检测发射光的第一部分，以及第二图像传感器被配置为接收并检测发射光的第二部分；以及二向色镜，设置在激发光从光源到物镜之间的光路上并且设置在发射光从物镜到管镜之间的光路上，二向色镜被配置为透射激发光和发射光中的一者并反射激发光和发射光中的另一者。
[0009]通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
[0010]从结合附图示出的本公开的实施例的以下描述中，本公开的前述和其它特征和优点将变得清楚。附图结合到本文中并形成说明书的一部分，进一步用于解释本公开的原理并使本领域技术人员能够制造和使用本公开。其中：
[0011]图1是根据本公开的一个实施例的光学系统的示意图；
[0012]图2A和图2B是根据本公开的另一些实施例的光学系统的示意图；
[0013]图3A示意性示出了图1的光学系统中的第一图像传感器和第二图像传感器的输出信号强度与入射光强的关系；
[0014]图3B至图3E示意性描绘了如何融合根据本公开的实施例的光学系统中的多个图像传感器的信号以得到融合信号；
[0015]图4是根据本公开的一个实施例的图像融合方法的流程图；
[0016]图5是根据本公开的一个实施例的图像融合装置的示意图；
[0017]图6是根据本公开的一个实施例的荧光信号检测装置的示意图；
[0018]图7是根据本公开的另一个实施例的荧光信号检测装置的示意图；
[0019]图8是根据本公开的一个实施例的用于安装分束器的驱动装置的示意图；以及
[0020]图9是根据本公开的一个实施例的用于安装分束器的可旋转盘的示意图。
[0021]注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步讨论。
[0022]为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
[0023]下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
[0024]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
[0025]另外，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
[0026]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0027]待成像的空间中可能同时包括非常明亮的特征和非常昏暗的特征。当成像装置的动态范围相对有限时，在给定的曝光条件下可能无法避免地损失一些信息。例如在前文描述的通过荧光信号检测来对DNA序列进行测序的情况下，待测样品中可能存在多段待测序列，其中各个待测序列所包括的碱基A的数量可能差异较大(例如从1个到10个变化)。在激发光的照射下，相比于包含较小数量(例如1个)的碱基A的DNA序列，包含较大数量(例如10个)的碱基A的DNA序列由于被配对有较大数量的被荧光团标记的碱基T而会发出强得多的发射光。为了最好地对包含较大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统包括：分束器，所述分束器被配置为接收入射光并且按照所述分束器的分束比将所述入射光分离成具有第一光量的第一部分和具有比第一光量小的第二光量的第二部分；第一图像传感器，所述第一图像传感器被配置为接收并检测所述入射光的第一部分；第二图像传感器，所述第二图像传感器被配置为接收并检测所述入射光的第二部分；以及控制器，所述控制器被配置为：使所述第一图像传感器基于所述入射光的第一部分而生成第一图像；使所述第二图像传感器基于所述入射光的第二部分而生成第二图像；以及融合所述第一图像和所述第二图像以生成融合图像。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器具有不同的曝光时间和/或不同的曝光增益。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括：第二分束器，所述第二分束器被配置为接收所述入射光的第二部分并按照所述第二分束器的第二分束比将所述第二部分分离成具有第三光量的第三部分和具有比第三光量小的第四光量的第四部分；以及第三图像传感器，所述第三图像传感器被配置为接收并检测所述入射光的第四部分；其中，所述第二图像传感器被配置为接收并检测所述入射光的第三部分。4.一种荧光信号检测装置，其特征在于，所述荧光信号检测装置包括：照明模块，所述照明模块包括被配置为发射用于激发样品的激发光的光源；物镜，所述物镜被配置为将来自所述照明模块的激发光引导至所述样品并将来自所述样品的发射光引导至成像模块；成像模块，所述成像模块包括：管镜，所述管镜接收来自所述物镜的所述发射光，具有第一分束比的第一分束器，所述第一分束器接收传输通过所述管镜的所述发射光并且按照所述第一分束比将所述发射光分离成具有第一光量的第一部分和具有比第一光量小的第二光量的第二部分，以及第一图像传感器和第二图像传感器，所述第一图像传感器被配置为接收并检测所述发射光的第一部分，以及所述第二图像传感器被配置为接收并检测所述发射光的第二部分；以及二向色镜，所述二向色镜设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设置在所述发射光从所述物镜到所述管镜之间的光路上，所述二向色镜被配置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。5.根据权利要求4所述的荧光信号检测装置，其特征在于，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器具有不同的曝光时间和/或不同的曝光增益。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗坤，孙英华，李军辉，
申请(专利权)人：上海芯像生物科技有限公司，
类型：新型
国别省市：