CN109211858B - 一种多通道激光扫描成像仪的光学模块 - Google Patents

一种多通道激光扫描成像仪的光学模块 Download PDF

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Abstract

本发明属于激光扫描成像仪设备技术领域，具体的说是一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，包括激光器、带通滤色片一、带通滤色片二、二向色镜一、二向色镜二、消色差透镜、会聚透镜、反射镜、带孔的平面、光电传感器和控制器，两激光器的前端各设置有一块带通滤色片一，沿激光器光线的传播方向各设置有一块二向色镜一；消色差透镜用于对合并后的激光光线进行聚焦；反射镜位于激光光线经二向色镜一反射后传播方向的反方向上；光电传感器位于荧光经反射后的传播方向上；会聚透镜用于反射镜反射后的荧光进行聚焦；带孔的平面安装在光电传感器的前端。本发明具有高灵敏度，高动态范围，高对比度，扫描时间短，多检测通道的特点。

Description

一种多通道激光扫描成像仪的光学模块
技术领域
本发明属于激光扫描成像仪设备技术领域，具体的说是一种多通道激光扫描成像仪的光学模块。
背景技术
激光共聚焦扫描成像仪光学模块采用共聚焦的光学结构，它每次采集1个像素，通过XY平面扫描即可采集整个平面的图像信息。它可以满足多种类型生物分子样品的成像需求。可成像的样品类型包括：蛋白凝胶，琼脂糖凝胶，凝胶三明治，杂交膜，96孔板，植物组织，动物组织切片等。
激光共聚焦扫描成像仪具有以下优势：极高的检测灵敏度、线性范围和分辨率；具有多用户和多重应用的平台通用性；各种成像模式之间轻松切换荧光、放射性同位素成像功能，应用范围广。
由于此设备涉及光学，机械，电子，软件等学科，技术门槛高，市场上同类产品很少。比较常见的荧光成像产品一般用制冷CCD或CMOS配镜头检测，灵敏度低，动态范围低，对比度低、扫描时间长。
类似的激光扫描产品，有的只能扫描面积小只有厘米级别，有的每次只能扫描一种颜色扫描时间长，有的1-2个检测通道。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块。本发明通过在光学模块上设置至少两组检测通道，能够同时对多种荧光进行光谱检测，提高了样品的检测效率，利用透镜的高NA值，实现高的分辨率，通过机械扫描装置使光学模块沿着XY平面扫描，兼顾了高分辨率和大视场的效果，具有高灵敏度，高动态范围，高对比度，扫描时间短，多检测通道的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，该光学模块安装在激光扫描成像仪的机械扫描装置上，机械扫描装置带动光学模块沿XY平面扫描，包括激光器、带通滤色片一、带通滤色片二、二向色镜一、二向色镜二、消色差透镜、会聚透镜、反射镜、带孔的平面、光电传感器和控制器，所述激光器数量为二，两激光器相互垂直放置，两激光器的前端各设置有一块带通滤色片一，带通滤色片一用于过滤掉波长不适合的光线，沿激光器光线的传播方向各设置有一块二向色镜一，带通滤色片一位于激光器和二向色镜一之间，二向色镜一用于使激光器发出的光线反射，所述二向色镜二数量为一，二向色镜二位于两激光器发射出的光线经反射后的光路上，二向色镜二用于使两激光器的光线合并，二向色镜一能够使样品中荧光物质被激光激发出的荧光顺利透过；所述消色差透镜数量为一，消色差透镜用于对合并后的激光光线进行聚焦，使激光光线聚焦在样品上，并对样品中荧光物质被激光激发出的荧光进行接收，并使光线透过消色差透镜沿着激光的路径反向传播；所述反射镜数量为二，反射镜位于激光光线经二向色镜一反射后传播方向的反方向上，反射镜用于使样品中荧光物质被激光激发出的荧光发生反射；所述光电传感器数量为二，光电传感器位于荧光经反射后的传播方向上，光电传感器用于将荧光信号转换为电信号；所述会聚透镜数量为二，会聚透镜用于反射镜反射后的荧光进行聚焦，使荧光打在光电传感器上；所述带孔的平面数量为二，带孔的平面安装在光电传感器的前端，会聚透镜使荧光的焦点位于带孔的平面的孔中心，带孔的平面用于滤除荧光焦点之外的散光；所述带通滤色片二数量为二，带通滤色片二位于带孔的平面与反射镜之间，带通滤色片二用于将荧光中混杂的激光滤除；所述控制器用于控制激光器的打开和关闭。控制器两控制激光器打开，发出的光通过带通滤色片一过滤掉波长不适合的光线，然后经过二向色镜一反射和二向色镜二后实现合并，再进入消色差透镜聚焦，打在带荧光物质的样品上，使样品中荧光物质被激光激发出的荧光，荧光穿过消色差透镜沿着激光的路径反向传播，二向色镜一使荧光透过后，荧光在反射镜的作用下发生反射，反射后的荧光经会聚透镜聚焦，聚焦后的荧光经带通滤色片二将荧光中混杂的激光滤除，焦点穿过带孔的平面打在传感器上，将光信号转换为电信号。
所述带孔的平面的孔径为0.02-1mm，带孔的平面用于滤除荧光焦点之外的杂散光。
所述激光器采用激光二极管。
所述激光器选用与荧光物质激发光谱相匹配的激光器，从而达到最大的光谱利用率。
所述光电传感器选用雪崩二极管(APD)或光电倍增管(PMT)，能够在提高探测极微弱信号能力的同时，保证极大地线性动态范围。
所述激光器上还安装有出射透镜，出射透镜用于对激光器发出的激光进行准直。
所述激光器的角度能够实现调节，使激光的光轴与出射透镜的光轴重合。
所述消色差透镜的前后位置能够实现调节，使不同光路的焦点位置同时与样品重合。
所述反射镜的角度能够调节，反射镜用于使光点移动至带孔的平面的孔中心处。
所述会聚透镜的前后位置能够调节，使不同光路焦距相同。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，本发明通过在光学模块上设置只少了两组检测通道，能够同时对多种荧光进行光谱检测，提高了样品的检测效率，利用透镜的高NA值，实现高的分辨率，通过机械扫描装置使光学模块沿着XY平面扫描，兼顾了高分辨率和大视场的效果，具有高灵敏度，高动态范围，高对比度，扫描时间短，多检测通道的特点。
2.本发明所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，本发明通过透镜的设置使多条光路的焦点同时与样品重合，能够同时进行多组检测，提高了检测效率。
3.本发明所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，本发明通过在传感器前加装带孔的平面，利用0.02-1mm的小孔对焦点之外的杂散光进行滤除，提高了检测的质量。
附图说明
图1是本发明光学模块的检测通道一的示意图；
图2是本发明光学模块的检测通道二的示意图；
图中：激光器1、带通滤色片一2、带通滤色片二3、二向色镜一4、二向色镜二5、消色差透镜6、会聚透镜7、反射镜8、带孔的平面9、光电传感器10。
具体实施方式
使用图1和图2对本发明一实施方式的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块进行如下说明。
如图1和图2所示，本发明所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，该光学模块安装在激光扫描成像仪的机械扫描装置上，机械扫描装置带动光学模块沿XY平面扫描，包括激光器1、带通滤色片一2、带通滤色片二3、二向色镜一4、二向色镜二5、消色差透镜6、会聚透镜7、反射镜8、带孔的平面9、光电传感器10和控制器，所述激光器1数量为二，两激光器1相互垂直放置，两激光器1的前端各设置有一块带通滤色片一2，带通滤色片一2用于过滤掉波长不适合的光线，沿激光器1光线的传播方向各设置有一块二向色镜一4，带通滤色片一2位于激光器1和二向色镜一4之间，二向色镜一4用于使激光器1发出的光线反射，所述二向色镜二5数量为一，二向色镜二5位于两激光器1发射出的光线经反射后的光路上，二向色镜二5用于使两激光器1的光线合并，二向色镜一4能够使样品中荧光物质被激光激发出的荧光顺利透过；所述消色差透镜6数量为一，消色差透镜6用于对合并后的激光光线进行聚焦，使激光光线聚焦在样品上，并对样品中荧光物质被激光激发出的荧光进行接收，并使光线透过消色差透镜6沿着激光的路径反向传播；所述反射镜8数量为二，反射镜8位于激光光线经二向色镜一4反射后传播方向的反方向上，反射镜8用于使样品中荧光物质被激光激发出的荧光发生反射；所述光电传感器10数量为二，光电传感器10位于荧光经反射后的传播方向上，光电传感器10用于将荧光信号转换为电信号；所述会聚透镜7数量为二，会聚透镜7用于反射镜8反射后的荧光进行聚焦，使荧光打在光电传感器10上；所述带孔的平面9数量为二，带孔的平面9安装在光电传感器10的前端，会聚透镜7使荧光的焦点位于带孔的平面9的孔中心，带孔的平面9用于滤除荧光焦点之外的散光；所述带通滤色片二3数量为二，带通滤色片二3位于带孔的平面9与反射镜8之间，带通滤色片二3用于将荧光中混杂的激光滤除；所述控制器用于控制激光器1的打开和关闭。控制器两控制激光器1打开，发出的光通过带通滤色片一2过滤掉波长不适合的光线，然后经过二向色镜一4反射和二向色镜二5后实现合并，再进入消色差透镜6聚焦，打在带荧光物质的样品上，使样品中荧光物质被激光激发出的荧光，荧光穿过消色差透镜6沿着激光的路径反向传播，二向色镜一4使荧光透过后，荧光在反射镜8的作用下发生反射，反射后的荧光经会聚透镜7聚焦，聚焦后的荧光经带通滤色片二3将荧光中混杂的激光滤除，焦点穿过带孔的平面9打在传感器上，将光信号转换为电信号。
所述带孔的平面9的孔径为0.02-1mm，带孔的平面9用于滤除荧光焦点之外的杂散光。
所述激光器1采用激光二极管。
所述激光器1选用与荧光物质激发光谱相匹配的激光器1，从而达到最大的光谱利用率。
所述光电传感器10选用雪崩二极管(APD)或光电倍增管(PMT)，能够在提高探测极微弱信号能力的同时，保证极大地线性动态范围。
所述激光器1上还安装有出射透镜，出射透镜用于对激光器1发出的激光进行准直。
所述激光器1的角度能够实现调节，使激光的光轴与出射透镜的光轴重合。
所述消色差透镜6的前后位置能够实现调节，使不同光路的焦点位置同时与样品重合。
所述反射镜8的角度能够调节，反射镜8用于使光点移动至带孔的平面9的孔中心处。
所述会聚透镜7的前后位置能够调节，使不同光路焦距相同。
具体流程如下：
控制器两控制激光器1打开，发出的光通过带通滤色片一2过滤掉波长不适合的光线，然后经过二向色镜一4反射和二向色镜二5后实现合并，再进入消色差透镜6聚焦，打在带荧光物质的样品上，使样品中荧光物质被激光激发出的荧光，荧光穿过消色差透镜6沿着激光的路径反向传播，二向色镜一4使荧光透过后，荧光在反射镜8的作用下发生反射，反射后的荧光经会聚透镜7聚焦，聚焦后的荧光经带通滤色片二3将荧光中混杂的激光滤除，焦点穿过带孔的平面9打在传感器上，将光信号转换为电信号。
以上，关于本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变更。
工业实用性
根据本发明，此通过在光学模块上设置至少两组检测通道，能够同时对多种荧光进行光谱检测，提高了样品的检测效率，利用透镜的高NA值，实现高的分辨率，通过机械扫描装置使光学模块沿着XY平面扫描，兼顾了高分辨率和大视场的效果，具有高灵敏度，高动态范围，高对比度，扫描时间短，多检测通道的特点，因此此多通道激光扫描成像仪的光学模块在激光扫描成像仪设备领域是有用的。

Claims (8)

1.一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，该光学模块安装在激光扫描成像仪的机械扫描装置上，机械扫描装置带动光学模块沿XY平面扫描，其特征在于：包括激光器(1)、带通滤色片一(2)、带通滤色片二(3)、二向色镜一(4)、二向色镜二(5)、消色差透镜(6)、会聚透镜(7)、反射镜(8)、带孔的平面(9)、光电传感器(10)和控制器，所述激光器(1)数量为二，两激光器(1)相互垂直放置，两激光器(1)的前端各设置有一块带通滤色片一(2)，带通滤色片一(2)用于过滤掉波长不适合的光线，沿激光器(1)光线的传播方向各设置有一块二向色镜一(4)，带通滤色片一(2)位于激光器(1)和二向色镜一(4)之间，二向色镜一(4)用于使激光器(1)发出的光线反射，所述二向色镜二(5)数量为一，二向色镜二(5)位于两激光器(1)发射出的光线经反射后的光路上，二向色镜二(5)用于使两激光器(1)的光线合并，二向色镜一(4)能够使样品中荧光物质被激光激发出的荧光顺利透过；所述消色差透镜(6)数量为一，消色差透镜(6)用于对合并后的激光光线进行聚焦，使激光光线聚焦在样品上，并对样品中荧光物质被激光激发出的荧光进行接收，并使光线透过消色差透镜(6)沿着激光的路径反向传播；所述反射镜(8)数量为二，反射镜(8)位于激光光线经二向色镜一(4)反射后传播方向的反方向上，反射镜(8)用于使样品中荧光物质被激光激发出的荧光发生反射；所述光电传感器(10)数量为二，光电传感器(10)位于荧光经反射后的传播方向上，光电传感器(10)用于将荧光信号转换为电信号；所述会聚透镜(7)数量为二，会聚透镜(7)用于反射镜(8)反射后的荧光进行聚焦，使荧光打在光电传感器(10)上；所述带孔的平面(9)数量为二，带孔的平面(9)安装在光电传感器(10)的前端，会聚透镜(7)使荧光的焦点位于带孔的平面(9)的孔中心，带孔的平面(9)用于滤除荧光焦点之外的杂散光；所述带通滤色片二(3)数量为二，带通滤色片二(3)位于带孔的平面(9)与反射镜(8)之间，带通滤色片二(3)用于将荧光中混杂的激光滤除；所述控制器用于控制激光器(1)的打开和关闭；所述带孔的平面(9)的孔径为0.02-1mm；所述激光器(1)上还安装有出射透镜，出射透镜用于对激光器(1)发出的激光进行准直。
2.根据权利要求1所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，其特征在于：所述激光器(1)采用激光二极管。
3.根据权利要求1所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，其特征在于：所述激光器(1)选用与荧光物质激发光谱相匹配的激光器(1)。
4.根据权利要求1所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，其特征在于：所述光电传感器(10)选用雪崩二极管(APD)或光电倍增管(PMT)。
5.根据权利要求1所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，其特征在于：所述激光器(1)的角度能够实现调节，使激光的光轴与出射透镜的光轴重合。
6.根据权利要求1所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，其特征在于：所述消色差透镜(6)的前后位置能够实现调节，使不同光路的焦点位置同时与样品重合。
7.根据权利要求1所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，其特征在于：所述反射镜(8)的角度能够调节，反射镜(8)用于使光点移动至带孔的平面(9)的孔中心处。
8.根据权利要求1所述的一种多通道激光扫描成像仪的光学模块，其特征在于：所述会聚透镜(7)的前后位置能够调节，使不同光路焦距相同。
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