CN108776103A - 一种检测仪光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生化分析检测技术领域，具体指一种检测仪光学系统；包括照射光源、光通待测物、滤光机构和探测器，滤光机构设置在照射光源和光通待测物之间的入射光路上，所述光通待测物的透射光路上设有第一分光机构、多组不同波长的窄带滤光片和光信号接收器；所述与光通待测物透射光路垂直的光路上设有第二分光机构、光信号接收器和荧光接收器；本发明结构合理，照射光源通过透镜组成的聚光阵列产生的准直光线在滤光机构的筛选后进入光通待测物，光信号分别在不同波长的窄带滤光片和荧光滤光片的单色过滤后由探测器接收，从而实现一套系统的多重检测组合，整体结构紧凑、成本不高、使用灵活，可满足目前大部分光学检测试验的需求。
Description
技术领域
本发明涉及生化分析检测技术领域，具体指一种检测仪光学系统。
背景技术
生化检测原理有比色、比浊和激发荧光的方法，为了检测更多项目需要用到很多波长，这就需要将复色光分成很多的单色光。目前常用的分光方式有以下几种：1.旋转滤光片轮分光方案，一般用于前分光，将不同波长的滤光片圆周阵列放置于安装轮内，需要用到哪个波长检测时就将旋转轮转到对应波长，这种方案简单且易于实现，但效率较低、设备体积较大；2.分光镜阵列分光方案，一般用于后分光方式，将经反应杯的复色光分成多个通道，每个通道放置对应波长的滤光片进行单色；这种方案没有传动机构，其可靠性高，结构相对紧凑；3.光栅分光方案，一般用于后分光方案，光栅分光一次性可以分成很多波长，结构紧凑且效率高，但也有成本高、定位要求高、杂散光较高的缺点。
现有生化检测仪器可以根据分析需求实现比色检测和透射比浊检测，无法实现散射比浊检测，但透射比浊信噪比和灵敏度没有散射比浊高，而且生化仪器也不支持激发荧光检测，功能较少，不能满足多项目分析和高精确度的应用需求，因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、可以实现透射、散射和激发荧光的三种光学检测，可满足多种对象的浓度检测要求的检测仪光学系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种检测仪光学系统,包括照射光源、光通待测物、滤光机构和探测器，滤光机构设置在照射光源和光通待测物之间的入射光路上，所述光通待测物的透射光路上设有第一分光机构和对应的探测器，探测器包括多组窄带滤光片和光信号接收器；所述光通待测物的折射光路上设有第二分光机构和对应探测器，探测器包括光信号接收器和荧光接收器。
根据以上方案，所述滤光机构包括滤光轮盘，照射光源和滤光轮盘依次排列设置在光通待测物的入射光路上，所述滤光轮盘上设有出射通孔和若干单色滤光片，出射通孔和若干单色滤光片分布在同一圆周轨迹上，且该转动圆周轨迹与光通待测物的入射光路相交从而使出射通孔和若干单色滤光片可分别与照射光源配对设置。
根据以上方案，所述第一分光机构包括若干分光镜，若干分光镜依次间隔地在光通待测物的透射光路上排列成分光阵列；所述任一分光镜的反射光路上均设有窄带滤光片和对应的光信号接收器，若干窄带滤光片分别对应不同的单色波长范围以过滤分光镜反射的光信号。
根据以上方案，所述分光阵列中相邻两个分光镜的反射光路方向相反。
根据以上方案，所述第二分光机构包括分光镜和荧光滤光片，分光镜和光信号接收器依沿光通待测物的折射光路设置，荧光接收器设于分光镜的反射光路上，且荧光滤光片设于所述分光镜和荧光接收器之间。
根据以上方案，所述分光镜可以是二向色镜或中性分束镜中的任意一种。
根据以上方案，所述光路采用光纤作为光传播介质。
根据以上方案，所述照射光源和滤光机构之间的入射光路上设有聚光阵列，聚光阵列由若干依次排列的透镜组成，照射光源在聚光阵列的作用下形成准直光线并投射于光通待测物上。
根据以上方案，所述光通待测物与第一分光机构、第二分光机构、滤光机构之间的光路上均设有透镜。
本发明有益效果为：本发明结构合理，照射光源通过透镜组成的聚光阵列产生的准直光线在滤光机构的筛选后进入光通待测物，产生的透射、散射光信号分别经由第一和第二分光机构传导，光信号分别在不同波长的窄带滤光片和荧光滤光片的单色过滤后由探测器接收，从而实现一套系统的多重检测组合，整体结构紧凑、成本不高、使用灵活，可满足目前大部分光学检测试验的需求。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的滤光机构部分结构示意图。
图中：
1、照射光源；2、光通待测物；3、滤光机构；4、分光镜；5、光纤；11、聚光阵列；12、透镜；31、滤光轮盘；32、出射通孔；33、单色滤光片；41、窄带滤光片；42、荧光滤光片；43、光信号接收器；44、荧光接收器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，一种检测仪光学系统,包括照射光源1、光通待测物2、滤光机构3和探测器，滤光机构3设置在照射光源1和光通待测物2之间的入射光路上，所述光通待测物2的透射光路上设有第一分光机构和对应的探测器，探测器包括多组窄带滤光片41和光信号接收器43；所述光通待测物2的折射光路上设有第二分光机构和对应探测器，探测器包括光信号接收器43和荧光接收器44；所述照射光源1产生光线进入光通待测物2发生透射和散射现象，其中透射光线沿光路穿过第一分光机构，第一分光机构依次反射不同波长的光信号给对应的探测器，通过多个光信号接收器43接收对应的信息以实现比色检测，而散射光线沿光路穿过第二分光机构，对应的散射光信号接收器43和荧光接收器44用于实现比浊和激发荧光项目检测。
上述入射光路和透射光路处于穿过光通待测物2的同一直线上，从而使照射光源1发出的光线沿入射光路投射于光通待测物2上，光线在光通待测物2上产生透射光信号和散射光信号，其中透射光信号沿透射光路继续传播，而散射光信号沿折射光路传播，该折射光路泛指除了光通待测物2的入射光路和透射光路以外的任意散射方向，本案中所述的折射光路与光通待测物2的透射光路垂直以获得最强的散射光信号和最佳的结构布局，则该折射光路可以是以透射光路为轴心的任意径向。
如图2所示，所述滤光机构3包括滤光轮盘31，照射光源1和滤光轮盘31依次排列设置在光通待测物2的入射光路上，所述滤光轮盘31上设有出射通孔32和若干单色滤光片33，出射通孔32和若干单色滤光片33分布在同一圆周轨迹上，且该转动圆周轨迹与光通待测物2的入射光路相交从而使出射通孔32和若干单色滤光片33可分别与照射光源1配对设置；所述滤光机构3用于根据检测项目过滤照射光源1的光谱范围，出射通孔32则对应全波长光线以进行比色检测，当对应的单色滤光片33随滤光轮盘31转动到入射光路时，仅允许单色滤光片33波长范围内的单色光线能穿过并经由入射光路照射在光通待测物2，从而过滤多余光信号以降低对检测结果的干扰。
所述第一分光机构包括若干分光镜4，若干分光镜4依次间隔地在光通待测物2的透射光路上排列成分光阵列，若干分光镜4均与光通待测物2的透射光路呈45°夹角设置；所述任一分光镜4的反射光路上均设有窄带滤光片41和对应的光信号接收器43，若干窄带滤光片41分别对应不同的单色波长范围以过滤分光镜4反射的光信号；从光通待测物2中穿透的光线依次经过分光阵列中的若干分光镜4，分光镜4反射并在窄带滤光片41的过滤后输出给光信号接收器43，而剩余的其他波长光线继续穿透下一个分光镜4并反射对应光信号，本方案的分光镜4数量可根据检测需求进行增加和缩减，但分光阵列中应当至少包含了340、405、505、546、578、630、660、700这些常用波长的分光镜4和窄带滤光片41。
所述分光镜4可以是二向色镜或中性分束镜中的任意一种，二向色镜是指仅反射特定波长光线的分光镜4，当需要波长种类较多时采用二向色镜，可以提高长波波长的信号值；中性分束镜可在分光阵列数量较小时使用，从而在特定范围检测时减少元器件种类以缩减结构成本。
所述分光阵列中相邻两个分光镜4的反射光路方向相反，在如图1所示的分光阵列布局中，相邻的两个分光镜4之间呈90°夹角设置，第一分光机构两侧的探测器对称布局，可有效地缩减和紧凑检测仪整体结构，提高光信号传递效率。
所述第二分光机构包括分光镜4和荧光滤光片42，分光镜4和光信号接收器43依沿光通待测物2的折射光路设置，荧光接收器44设于分光镜4的反射光路上，且荧光滤光片42设于所述分光镜4和荧光接收器44之间，从光通待测物2中散射的光线进入第二分光机构，第二分光机构用于散射光比浊检测和激发荧光检测，散射光线穿透分光镜4后由对应的光信号接收器43接收，而经分光镜4反射的光线经过荧光滤光片42截止激发光输出给荧光接收器44。
所述光路可采用光纤5作为光传播介质，所述光路包括了照射光源1与光通待测物2之间的入射光路、光通待测物2与第一分光机构之间的透射光路、光通待测物2与第二分光机构之间的折射光路；所述光纤5用于搭建本系统的光路以连接各主体部件，起到隔离热源、维持光线传播方向和降低信号损失的作用。
所述照射光源1可采用卤素灯或LED光源，照射光源1和滤光机构3之间的入射光路上设有聚光阵列，聚光阵列由若干依次排列的透镜12组成，透镜12通过聚焦作用对光线进行汇聚和校准，照射光源1在聚光阵列的作用下形成准直光线并投射于光通待测物2上从而提高光信号的输出强度。
所述光通待测物2与第一分光机构、第二分光机构、滤光机构3之间的光路上均设有透镜12，所述透镜12通过汇聚光线实现增强系统中传递的光信号强度的目的。
本发明的工作流程如下，所述照射光源1、聚光阵列11、滤光轮盘31、光通待测物2和若干分光镜4依次设置在光传播的直线路径上，与若干对应的窄带滤光片41和光信号接收器43组成第一分光检测系统；另一个分光镜4与对应的光信号接收器43、荧光滤光片42和荧光信号接收器44设置在光通待测物2一侧的光路上组成第二分光检测系统；所述照射光源1发出的白色光通过聚光阵列11汇聚形成准直光线，滤光轮盘31对其进行筛选以输出单色光斑照射于光通待测物2上，光线在光通待测物2上产生透射光信号和散射光信号；其中的透射光信号依次经过第一分光机构中的若干分光镜4，分光镜4反射部分透射光信号给对应的窄带滤光片41，窄带滤光片41仅允许特定波长的光信号穿过并由光信号接收器43获得，而剩余的透射光信号继续穿透下一个分光镜4重复上述步骤；相应的，光通待测物2产生的散射光信号投射于第二分光机构中的分光镜4，分光镜4反射部分散射光信号并投射于荧光滤光片42上，激发产生荧光信号并由其后的荧光信号接收器44获得，而剩余散射光信号穿透分光镜4由其后的信号接收器43获得；本发明优选的光通待测物2的光信号入射端、出射端分别设有透镜12，从而提高光信号的输入输出强度。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (9)
1.一种检测仪光学系统,包括照射光源(1)、光通待测物(2)、滤光机构(3)和探测器，滤光机构(3)设置在照射光源(1)和光通待测物(2)之间的入射光路上，其特征在于：所述光通待测物(2)的透射光路上设有第一分光机构和对应的探测器，探测器包括多组窄带滤光片(41)和光信号接收器(43)；所述光通待测物(2)的折射光路上设有第二分光机构和对应探测器，探测器包括光信号接收器(43)和荧光接收器(44)。
2.根据权利要求1所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述滤光机构(3)包括滤光轮盘(31)，照射光源(1)和滤光轮盘(31)依次排列设置在光通待测物(2)的入射光路上，所述滤光轮盘(31)上设有出射通孔(32)和若干单色滤光片(33)，出射通孔(32)和若干单色滤光片(33)分布在同一圆周轨迹上，且该转动圆周轨迹与光通待测物(2)的入射光路相交从而使出射通孔(32)和若干单色滤光片(33)可分别与照射光源(1)配对设置。
3.根据权利要求1所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述第一分光机构包括若干分光镜(4)，若干分光镜(4)依次间隔地在光通待测物(2)的透射光路上排列成分光阵列；所述任一分光镜(4)的反射光路上均设有窄带滤光片(41)和对应的光信号接收器(43)，若干窄带滤光片(41)分别对应不同的单色波长范围以过滤分光镜(4)反射的光信号。
4.根据权利要求3所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述分光阵列中相邻两个分光镜(4)的反射光路方向相反。
5.根据权利要求1所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述第二分光机构包括分光镜(4)和荧光滤光片(42)，分光镜(4)和光信号接收器(43)依沿光通待测物(2)的折射光路设置，荧光接收器(44)设于分光镜(4)的反射光路上，且荧光滤光片(42)设于所述分光镜(4)和荧光接收器(44)之间。
6.根据权利要求3-5任一所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述分光镜(4)可以是二向色镜或中性分束镜中的任意一种。
7.根据权利要求1-5任一所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述光路采用光纤(5)作为光传播介质。
8.根据权利要求1所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述照射光源(1)和滤光机构(3)之间的入射光路上设有聚光阵列，聚光阵列由若干依次排列的透镜(12)组成，照射光源(1)在聚光阵列的作用下形成准直光线并投射于光通待测物(2)上。
9.根据权利要求1所述的检测仪光学系统，其特征在于：所述光通待测物(2)与第一分光机构、第二分光机构、滤光机构(3)之间的光路上均设有透镜(12)。
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