CN112577932A - 一种单光源多样本的荧光检测光学系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单光源多样本的荧光检测光学系统及其工作方法，属于分子诊断检测仪器领域，其设计要点在于，包括：光源发射组件，光源接收组件，导光‑反应组件；其中，光源发射组件包括：光源、透镜组件、激发滤光片、导光条组件；所述导光条组件包括N个竖向设置的导光条；其中，导光‑反应组件包括:导光板，反应池组件；其中，光源接收组件包括：CCD相机、相机镜头、接收滤光片；CCD相机的下端部设置有相机镜头，在相机镜头的下端部设置有接收滤光片；所述CCD相机设置在导光板的上方且镜头朝向导光板。本发明旨在提供一种一种单光源多样本的荧光检测光学系统及其工作方法，能够可以一次性检测128个样本。

Description

一种单光源多样本的荧光检测光学系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种医用检查检验仪器、分子诊断检测仪器领域，更具体地说，尤其涉及一种单光源多样本的荧光检测光学系统及其工作方法。

背景技术

多样本荧光检测光学系统，是现今分子诊断检测仪器设备发展的一个方向。

关于多样本荧光检测光学系统而言，现有技术如下：

上海蓝怡科技有限公司在CN104964927A公开了一种多样本微生物检测装置，其通过扫描的方式同时完成一个矩阵样本孔的比色、比浊及荧光的多参数检测，可以同时检测16个待测样本。本发明的检测装置检测方法简便、高效，具有很好的应用和推广前景。

苏州丹宝医疗科技有限公司在CN 111157498 A公开了一种微流控多样本多色荧光采集装置，包括微流控芯片和光电采集器，微流控芯片中部与第一旋转电机连接，光电采集器设置在微流控芯片的上方，光电采集器与微流控芯片之间还设置有滤镜轮，滤镜轮中部与第二旋转电机连接。

苏州雅睿生物技术有限公司的CN111239093A一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，包括：平面式激发光组件及平面式采光组件；反应池组件分别通过光纤连接至上述两个组件；平面式激发光组件包括：单个LED光源光经滤光、准直后作为单通道光线穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后聚焦至光纤；不同方向上的单通道光线经由第一级的二向色镜后输出为相同出射方向上的一组光线束；不同方向上的光线束经由第二级的二向色镜后输出为同一出射方向的一组多通道光线束组；平面式采光组件包括：荧光反应经柱面透镜后穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后分离成多个不同方向的单通道荧光，单通道荧光经聚焦、滤光后传输至光电二极管光敏面上；单一方向上的荧光经由第二级的二向色镜后输出为不同出射方向上的荧光束；每组荧光束再经第一级的二向色镜后输出为不同出射方向的单通道荧光。

上述三种技术方案代表了现有技术(多样本荧光检测光学系统)的几种技术路线。

但是，上述方案普遍存在以下几点不足：

第一，采用电机扫描结构，对多样本进行扫描才能实现多样本的检测(如：CN104964927A)；

第二，需要二向色镜的使用，才能实现对样品顶部采光。

为了避免上述技术问题，申请人在先申请(申请号为：2020111862680)提出了一种荧光检测光学系统，包括：M个单通道组件；所述单通道组件包括：单色LED灯、准直透镜、激发光系统滤光片、聚焦透镜、发射光纤；所述N试剂孔导光-反应组件包括：N个单试剂孔导光-反应组件；所述每个单试剂孔导光-反应组件包括：发射光纤、反应池组件、接收光纤组件、接收端滤光片组件、锥形导光棒、光电传感器；所述M通道组件的每个单通道组件的发射光纤均连接到塑料导光棒的第一端；N试剂孔导光-反应组件的每个单试剂孔导光-反应组件包括发射光纤均连接到塑料导光棒的第二端。

上述方案不需要“电机扫描结构”，也不需要采用“二向色镜”。但是，其难点在于：塑料导光棒的设计，即塑料导光棒的尺寸需要满足一定条件才能有较佳的工作状态。

对此，如何研究一种不使用电机扫描结构、也不使用二向色镜，即体积小，能够大批量进行检测的光学系统成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种单光源多样本的荧光检测光学系统及其工作方法。

本发明的技术方案是：

一种单光源多样本的荧光检测光学系统，包括：光源发射组件，光源接收组件，导光-反应组件；

其中，光源发射组件包括：光源、透镜组件、激发滤光片、导光条组件；所述光源、透镜组件、激发滤光片、导光条组件从上至下依次设置，

所述导光条组件包括N个竖向设置的导光条，按照距离同一条沟槽的长度依次减少的顺序，称为：第一导光条、……第i导光条、……第N导光条；每个导光条均包括：上部导光条、下部导光条；

所述第一上部导光条、……第i上部导光条、……第N上部导光条的结构相同，且均为矩形板结构、平行设置在所述激发滤光片的下方；

其中，导光-反应组件包括:导光板，反应池组件；所述的导光板水平设置，其上表面设置有M处沟槽组，所述每个沟槽组均包括有若干个平行设置的沟槽，所述沟槽的长度方向记为X向，宽度方向记为Y向；多条沿着Y向排列成1列的沟槽共同构成1个沟槽组；M个沟槽组为P行Q列的形成分布，M＝P×Q；所述行间距的方向为Y向，列间距的方向为X向；所述沟槽组的数量与反应池组件的数量相同；所述沟槽组与反应池组件位置对应设置，且反应池设置在沟槽组的下方；

其中，光源接收组件包括：CCD相机、相机镜头、接收滤光片；CCD相机的下端部设置有相机镜头，在相机镜头的下端部设置有接收滤光片；所述CCD相机设置在导光板的上方且镜头朝向导光板。

进一步，N为大于等于3的自然数；优选的，N＝3-10(N过小，例如N取1，2，无法满足光束的均匀性；但是，N太大，例如大于10，导光条组件的厚度太大，超过激发滤光片的直径)，更优选的，N＝5。

进一步，M＝P×Q；P、Q均为大于等于1的自然数，优选的，Q为偶数；更优选的，P＝2、Q＝2。

进一步，所述反应池组件的数量为M个，单个反应池组件包括有若干个反应池。

进一步，所述单个反应池组件包括U×V个反应池,即采用矩阵形式：U行V列个反应池，即沿着X向呈V列，沿着Y向呈U行,所述反应池的行间距的方向为Y向、列间距的方向为X向；所述构槽组的沟槽的数量比与其与对应的反应池组件的反应池的行数多1；并且，所述构槽组的沟槽之间沿Y向的间距与反应池组件的反应池沿着Y向的长度对应。

进一步，所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统能够同时测量P×Q×U×V个样本。

进一步，光源发射组件与导光-反应组件相配合的是：

其中，导光板包括：导光板本体以及导光板本体一与X向平行的侧面突出的N个导光台阶，所述N个导光台阶的上表面的Y向长度按照依次递减的顺序，称为：第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶；第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶的宽度方向为X向；第一～第N导光台阶的边部均为一三棱柱结构(所述第i导光条的下表面设置在三棱柱的上表面)，三棱柱结构的上表面均与导光板的表面齐平，三棱柱结构包括一与上表面呈40°～50°的斜面；且第一～第N导光台阶的上表面的Y向长度大于第一～第N导光台阶的下表面的Y向长度；

其中，所述第一上部导光条、……第i上部导光条、……第N上部导光条沿着Y向排成1列；

所述导光条组件的N个导光条分别与导光板的一边设置有N处导光台阶对应，即第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的下部分别与第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶对应，即所述第一下部导光条、……、第i下部导光条、……、第N下部导光条均为斜条型板且分别对应第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶；

所述第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的表面与X向平行；

第二导光台阶与第一导光台阶的在Y方向的长度差＝第一导光条的厚度；

……

第i+1导光台阶与第i导光台阶的在Y方向的距离差＝第i导光条的厚度；

……

第N导光台阶与第N-1导光台阶的在Y方向的距离差＝第N-1导光条的厚度；

第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶的X向宽度分别与第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的下部的X向宽度相同。

进一步，所述N个导光台阶的X向宽度等长，第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶沿着X向依次分布，即N个导光台阶沿着X向依次缩进或凸出。

进一步，第一～第N导光台阶的斜面与上表面呈45°时，第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的厚度相同，且等于导光板的厚度h。

进一步，所述导光板包括：镂空部组件；Q列沟槽组的中间线称为D线；镂空部组件的厚度与导光板厚度相同，包括：1个等边三角形镂空部、2个钝角三角形镂空部；所述镂空部组件关于D线对称；所述钝角三角形镂空部的一边与Y向平行，且钝角三角形镂空部的其中1个锐角为30°，另外一个锐角指向D线；钝角三角形镂空部指向D线的端点距离发射组件的Y向距离，大于等边三角形镂空部的指向光源发射组件的锐角端点距离光源发射组件的Y向距离，小于等边三角形镂空部的与X向平行的一边距离光源发射组件的Y向距离；所述等边三角形的锐角指向光源发射组件；钝角三角形镂空部对应的导光板边部的延伸方向与Y方向夹角在5°～10°，特别的，钝角三角形镂空部对应的导光板边部其延伸方向为直线，且距离源发射组件的Y向距离越小，距离D线的X向距离越小。

进一步，所述沟槽沿着X向的形状为三角形，所述三角形为直角三角形；沿着Y向且是从沿着光源发射组件到光源接收组件的方向定义为Y向正向，沟槽直角三角形的直边在斜边的Y向前方；

沿着Y向正向，沟槽的深度逐步加大，具体增大的规律如下：

以距离光源发射组件100最近的沟槽的直边记为O线；导光板厚度方向为Z向，具体而言，以竖直向下为Z向正向；

导光板的厚度为h，距离为O线距离为Y的沟槽的直线的深度z，即：沟槽的直线与O线的Y向距离为y采用下式：

z＝{0.45-(24.6h-y)/[A(24.6h-y)+B]}h；

其中，A、B均为参数。

进一步，A＝2.5836×(1±5％),B＝17.238(1±5％)。

进一步，A＝2.5836,B＝17.238。

一种单光源多样本的荧光检测光学系统的工作方法如下：

(1)光源发射组件的光源发出母光束，首先，母光束通过透镜组件进行准直处理；其次，准直的母光束通过激发滤光片，再通过导光条组件传输进入到导光-反应组件中的导光板；

(2)母光束经过导光-反应组件中的导光板，到达反应池组件；反应池组件在受到上述光线的照射，会产生辐射子光束，子光束透过导光板，然后进入到光源接收组件的接收滤光片；

(3)子光束依次通过接收滤光片、相机镜头，最终入射到CCD相机，由CCD相机完成成像，进而完成检测。

进一步，所述光源采用LED灯。

进一步，所述透镜组件包括：第一凸透镜，第二凸透镜；所述LED灯朝下，所述第一凸透镜的凸面朝下，所述第二凸透镜设置在所述第一凸透镜的下方且所述第二凸透镜的凸面朝下；第二凸透镜的上表面为圆形，第一凸透镜的上表面也为圆形；第二凸透镜的上表面、第一凸透镜的上表面在同一水平面的投影为同心圆，第二凸透镜的上表面的半径大于第一凸透镜的上表面的半径；在第二凸透镜的下方设置有激发滤光片，所述激发滤光片与第二凸透镜在同一水平面的投影重合。

本申请的有益效果在于：

(1)本申请的基础方案是：采用大功率单色LED作为光源，两种凸透镜对光束做准直，经过对应波长的滤光片得到有效的准直激发光，入射到PMMA材质导光条组件，光束在导光条组件内实现全反射进入到PMMA材质的导光板，在导光板内部设置4个带有光栅结构的区域，光束在导光板内部传输，遇到光栅结构形成光束全反射，最终光束会到达放置在导光板下方的4个反应池组件内。反应池组件内的样本在激发光的照射下会辐射出不同波长的光束，次光束向上透射过导光板，经过接受光滤光片，滤除杂光(采用激发光滤光片和接受光滤光片分别对激发光以及辐射出来的接受光做杂光滤除，可以得到更好的检测效果，提高信噪比)，经过相机镜头，最后在CCD成像，检测信号。此系统有4个反应池组件，每个反应池组件可以放置32个样本，可以一次性检测128个样本(设计的4块微型32样本孔的反应池，可以实现同时检测128个样本，即能够实现大批量检测，大幅节约了检测成本)。

(2)本申请的第二个发明构思在于：采用PMMA材质的导光条和导光板，可以使得激发光在导通过全反射的原理来实现光路的转折，特别的，导光条组件105、导光-反应组件300的配合设计，保证了母光束的传播。

(3)本申请的第三个发明构思在于(导光板作为一个独立的构件，由于其与本申请的权利要求1缺乏单一性，因而其设计申请人另案申请保护)：对PMMA材质的导光板做了光栅结构的设计，以及在形状尺寸上的设计(第一是：镂空部的设计；第二是沟槽组的设计)，可以使得激发光可以传输到反应池，以及反应池内样本辐射出的光束穿透导光板最终达到CCD，实现拍照检测。采用CCD相机和相机镜头作为检测模块，即通过图像分析在检测，图像用的都是黑白的图背景黑色，信号为白色的亮点，亮点越亮那就是信号越强，可以通过对图像的处理得到信号(关于图像检测属于现有技术，本案不再熬述)；可以一次性同时检测多样本，并且检测信号极为稳定。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是实施例一的一种单光源多样本的荧光检测光学系统的三维设计示意图。

图2是实施例一的一种单光源多样本的荧光检测光学系统的主视图。

图3是实施例一的一种单光源多样本的荧光检测光学系统的俯视图。

图4是实施例一的导光板的俯视图。

图5是实施例一的沟槽深度设计示意图。

图6是实施例一的导光台阶的三维设计示意图。

图7是实施例一的导光板设计下的光强分布图。

图8是h＝4mm时的沟槽深度设计曲线y-z。

附图标记说明如下：

光源发射组件100，LED灯101，第一凸透镜102，第二凸透镜103,激发滤光片104，导光条组件105；

光源接收组件200，CCD相机201、相机镜头202、接收滤光片203；

导光-反应组件300，导光板301，导光台阶301-1，沟槽组301-2，镂空部组件301-3，反应池组件302。

具体实施方式

实施例一，如图1所示，一种单光源多样本的荧光检测光学系统，包括：光源发射组件100，光源接收组件200，导光-反应组件300；

其中，光源发射组件100包括：LED灯101(采用LED作为光源，使用寿命可达20000小时，当然采用其他单色光源也是可行的，例如：卤钨灯)，第一凸透镜102(球面镜)，第二凸透镜103(球面镜),激发滤光片104，导光条组件105；所述LED灯朝下，所述第一凸透镜102的凸面朝下，所述第二凸透镜103设置在所述第一凸透镜102的下方且所述第二凸透镜103的凸面朝下；

第二凸透镜的上表面为圆形，第一凸透镜的上表面也为圆形；

第二凸透镜的上表面、第一凸透镜的上表面在同一水平面的投影为同心圆，第二凸透镜的上表面的半径大于第一凸透镜的上表面的半径；

在第二凸透镜103的下方设置有激发滤光片104，所述激发滤光片104(其外周部带有铁圈结构，以杜绝边缘漏光的现象)与第二凸透镜在同一水平面的投影重合(即激发滤光片104在水平面的投影也是圆形，且大小与第二凸透镜的上表面在水平面的投影半径相同、圆心重合)；

所述激发滤光片104的下部设置导光条组件105；

所述导光条组件105包括5个导光条，按照距离同一条沟槽的长度依次减少的顺序，称为：第一导光条、第二导光条、第三导光条、第四导光条、第五导光条(等价于：第一下部导光条、第二下部导光条、第三下部导光条、第四下部导光条、第五下部导光条距离同一条沟槽的Y向长度依次减少)；

所述第一导光条、第二导光条、第三导光条、第四导光条、第五导光条均为竖向设置；

所述第一导光条包括：第一上部导光条、第一下部导光条，第一上部导光条、第一下部导光条共面；

所述第二导光条包括：第二上部导光条、第二下部导光条，第二上部导光条、第二下部导光条共面；

所述第三导光条包括：第三上部导光条、第三下部导光条，第三上部导光条、第三下部导光条共面；

所述第四导光条包括：第四上部导光条、第四下部导光条，第四上部导光条、第四下部导光条共面；

所述第五导光条包括：第五上部导光条、第五下部导光条，第五上部导光条、第五下部导光条共面；

所述第一上部导光条、所述第二上部导光条、所述第三上部导光条、所述第四上部导光条、所述第五上部导光条的结构相同，且均为矩形板结构、平行设置在所述激发滤光片104的下方。

其中，导光-反应组件300包括:导光板301，反应池组件302；

导光板301水平设置，其上表面设置有4处沟槽组301-2，所述每个沟槽组均包括有若干个平行设置的沟槽，所述沟槽的长度方向记为X向，宽度方向记为Y向；

多条沿着Y向排列成1列的沟槽共同构成1个沟槽组(即光栅结构)；

4个沟槽组为2行2列的形成分布，所述行间距的方向为Y向，列间距的方向为X向；

如图1所示，所述沟槽组301-2的数量与反应池组件302的数量相同且均为4；所述沟槽组301-2与反应池组件302位置对应设置；

所述反应池组件302设置在所述导光板301的底部，所述反应池组件302包括有若干个反应池，所述反应池组件302包括4×8(即矩阵形式：8行4列)个反应池，即沿着X向呈4列，沿着Y向呈8行(所述行间距的方向为Y向，列间距的方向为X向)；

所述构槽组301-2的沟槽的数量为9条，即比与其与对应的反应池组件的反应池的行数多1；并且，所述构槽组301-2的沟槽之间沿Y向的间距与反应池组件的反应池沿着Y向的长度对应。

导光板301包括：导光板本体以及导光板本体一侧面(该面与X向平行)突出的5个导光台阶301-1，具体而言，所述5个导光台阶的上表面的Y向长度按照依次递减的顺序，称为：第一导光台阶(即其最突出)、第二导光台阶、第三导光台阶、第四导光台阶、第五导光台阶；所述第一导光台阶、所述第二导光台阶、所述第三导光台阶、所述第四导光台阶、所述第五导光台阶均沿着X向延伸(此处是指：导光台阶的宽度方向为X向)；特别的，第一～第五导光台阶的边部为三棱柱结构且上表面均与导光板301的表面齐平，且均包括一与上表面呈40°～50°(优选为45°)的斜面；且第一～第五导光台阶的上表面的Y向长度大于第一～第五导光台阶的下表面的Y向长度(限定了斜面的倾斜方向)。

其中，所述第一上部导光条、所述第二上部导光条、所述第三上部导光条、所述第四上部导光条、所述第五上部导光条沿着Y向排成1列(限定了导光条的位置，即限定了光束的传播路径，其效果是为了使得光束均匀)。

其中，光源发射组件100与导光-反应组件300相配合的是：所述导光条组件105的5个导光条分别与导光板301的一边设置有5处导光台阶对应，即所述第一下部导光条、第二下部导光条、第三下部导光条、第四下部导光条、第五下部导光条的下部分别与第一导光台阶、第二导光台阶、第三导光台阶、第四导光台阶、第五导光台阶对应；

所述第一导光条、所述第二导光条、所述第三导光条、所述第四导光条、所述第五导光条的表面与X向平行(即线与面平行)；

第二导光台阶与第一导光台阶的在Y方向的长度差＝第一导光条的厚度，第三导光台阶与第二导光台阶的在Y方向的距离差＝第二导光条的厚度，第四导光台阶与第三导光台阶的在Y方向的距离差＝第三导光条的厚度，第五导光台阶与第四导光台阶的在Y方向的距离差＝第四导光条的厚度；所述第一下部导光条、第二下部导光条、第三下部导光条、第四下部导光条、第五下部导光条分别对应第一导光台阶、第二导光台阶、第三导光台阶、第四导光台阶、第五导光台阶；

所述第一导光台阶、第二导光台阶、第三导光台阶、第四导光台阶、第五导光台阶的X向宽度分别与第一下部导光条、第二下部导光条、第三下部导光条、第四下部导光条、第五下部导光条的下部的X向宽度相同。

特别的，如图1-3所示，所述5处导光台阶的X向宽度等长，并且，第一导光台阶、第二导光台阶、第三导光台阶、第四导光台阶、第五导光台阶沿着X向依次分布(即5个导光台阶沿着X向依次缩进或凸出)，当第一～第五导光台阶的斜面与上表面呈45°时，第一导光条、第二导光条、第三导光条、第四导光条、第五导光条的厚度相同，且等于导光板的厚度h；第一下部导光条、第二下部导光条、第三下部导光条、第四下部导光条、第五下部导光条均为斜条型板，以满足：与第一导光台阶、第二导光台阶、第三导光台阶、第四导光台阶、第五导光台阶对应。

所述导光板301包括：镂空部组件301-3；镂空部组件301-3的设计与效果是出人意料的。

在发明人团队的初始设计中，未设置镂空部组件301-3(这属于本领域的技术偏见)，然而，其效果较差，突出的表现一点：靠近光源发射组件100的1行的沟槽组301-2对应的向下的光束特别强烈，而远离光源发射组件100的1行的沟槽组301-2对应的向下的光束特别小，导致远离光源发射组件100的1行的沟槽组301-2对应的反应池无法激发出足够的子光束(该技术问题是发明人团队首次发现的)；这一事实是发明人团队在设计时未曾预料到的结果。

2列沟槽组的中间线(与Y向平行)称为D线；

镂空部组件301-3(厚度与导光板厚度相同)包括：1个等边三角形镂空部、2个钝角三角形镂空部；所述镂空部组件301-3关于D线对称；所述钝角三角形镂空部的一边与Y向平行，且钝角三角形镂空部的其中1个锐角为30°，另外一个锐角指向D线；

钝角三角形镂空部指向D线的端点距离发射组件100的Y向距离，大于等边三角形镂空部的指向光源发射组件100的锐角端点距离光源发射组件100的Y向距离，小于等边三角形镂空部的与X向平行的一边距离光源发射组件100的Y向距离；

所述等边三角形的锐角指向光源发射组件100；

镂空部组件301-3的上述设计缺一不可，其设计精妙之处在于，等边三角形的锐角指向光源发射组件100，且其一边与X向平行，母光束会从等边三角形镂空部的两边反射到钝角三角形镂空部、导光板边部；

一部分从钝角三角形镂空部的一边反射向1行沟槽组；一部分从导光板边部反射向1行沟槽组；

另外，钝角三角形镂空部对应的导光板边部的延伸方向与Y方向夹角在5°～10°(即不采用Y方向，Y方向效果不佳)，特别的，钝角三角形镂空部对应的导光板边部其延伸方向为直线，且距离源发射组件100的Y向距离越小，距离D线的X向距离越小。

也即，镂空部组件301-3的存在，是为了让前后两行的沟槽组均能够有一个较为均匀的光束分布；其核心设计是：1个等边三角形镂空部、2个钝角三角形镂空部、以及导光板的边部的配合设计：

第一，所述钝角三角形镂空部的一边与Y向平行，且钝角三角形镂空部的其中1个锐角为30°，另外一个锐角指向D线；

第二，1个等边三角形镂空部、2个钝角三角形镂空部的配合设计是：钝角三角形镂空部指向D线的端点距离发射组件100的Y向距离，大于等边三角形镂空部的指向光源发射组件100的锐角端点距离光源发射组件100的Y向距离，小于等边三角形镂空部的与X向平行的一边距离光源发射组件100的Y向距离；

第三，1个等边三角形镂空部、2个钝角三角形镂空部、导光板的边部的配合设计三者的配合设计是：

等边三角形的锐角指向光源发射组件100，且其一边与X向平行，母光束会从等边三角形镂空部的两边反射到钝角三角形镂空部、导光板边部；一部分从钝角三角形镂空部的一边反射向1行沟槽组；一部分从导光板边部反射向1行沟槽组；钝角三角形镂空部对应的导光板边部的延伸方向与Y方向夹角在5°～10°(即不采用Y方向，Y方向效果不佳)，钝角三角形镂空部对应的导光板边部其延伸方向为直线，且距离源发射组件100的Y向距离越小，距离D线的X向距离越小。

上述设计作为1个整体，能够初步改善母光束分布不均匀的问题。

但是，仅仅有镂空部组件301-3的设计，仍然不足以达到较佳的技术效果,具体设计，见导光板的设计。

其中，光源接收组件200包括：CCD相机201、相机镜头202、接收滤光片203；CCD相机201的下端部设置有相机镜头202，在相机镜头202的下端部设置有接收滤光片203；所述CCD相机201设置在导光板301的上方且镜头202朝向导光板。

一种单光源多样本的荧光检测光学系统的工作方法如下：

(1)光源发射组件100的LED灯101发出母光束，首先，母光束依次通过第一凸透镜102、第二凸透镜103进行准直处理；其次，准直的母光束通过激发滤光片104，再通过导光条组件105传输进入到导光-反应组件300中的导光板301；(第一凸透镜102、第二凸透镜103也可以换成准直透镜；当然，采用本申请的第一凸透镜102、第二凸透镜103，即用组合的形式在做光束的准直效果更优)；

(2)母光束经过导光-反应组件300中的导光板301，到达反应池组件302；反应池组件302在受到上述光线的照射，会产生辐射子光束，子光束透过导光板301，然后进入到光源接收组件200的接收滤光片203；

(3)子光束依次通过接收滤光片203、相机镜头202，最终入射到CCD相机201，由CCD相机201完成成像，进而完成检测。

也即，LED灯101发光(称为母光束)经过第一凸透镜102、第二凸透镜103光束准直，经过激发滤光片104滤除杂光，进入到导光条组件105，再经过导光板301入射到反应池组件302，反应池组件内的样本经过上述光照射辐射出的光束(称为子光束)透过导光板301经过接受光滤光片203滤除杂光，入射到相机镜头202，最后在CCD相机201成像，完成检测。

导光板301的设计(射向反应池组件的母光束均匀性是影响测试结果的核心，若其均匀性无法满足要求，会导致检测发生误判)，是本申请技术方案的成功关键因素。

下面对其设计进行详细分析：

第一，镂空部组件103的设计，前面已经详细论述。

第二，仅仅有镂空部组件301-3的设计，仍然不足以达到较佳的技术效果,还需要对沟槽组进行设计：

导光板301的沟槽组301-2的设计核心如下：

第一，沿着X向，所述沟槽的形状为三角形(不是通透的)，特别的是，三角形为直角三角形；更为特别的是，沿着Y向且是从沿着光源发射组件100到光源接收组件200的方向为Y向正向，沟槽直角三角形的直边在斜边的Y向前方。

第二，沿着Y向且是从沿着光源发射组件100到光源接收组件200的方向，沟槽的深度逐步加大，具体增大的规律如下：

以距离光源发射组件100最近的沟槽的直边记为O线(导光板的上表面)；导光板厚度方向为Z向，具体而言，以竖直向下为Z向正向；

导光板的厚度为h，距离为O线距离为Y的沟槽的直线的深度z(即：沟槽的直线与O线的Y向距离为y)采用下式：

z＝{0.45-(24.6h-y)/[A(24.6h-y)+B]}h；(1mm<h<20mm，即h可以采用1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm，3.5mm，4mm，4.5mm，5mm，5.5mm，6mm，6.5mm，7mm，7.5mm，8mm，8.5mm，9mm，9.5mm，10mm，10.5mm，11mm，11.5mm，12mm，12.5mm，13mm，13.5mm，14mm，14.5mm，15mm，15.5mm，16mm，16.5mm，17mm，17.5mm，18mm，18.5mm，19mm，19.5mm，20mm)

A、B均为参数。

A＝2.5836,B＝17.238。

即沟槽的深度是等深，不均匀性非常严重；沟槽的深度采用线性变化(即意识到通过改变沟槽的深度来调节光束的不均匀性已经是一个突破)，虽然在一定程度上改善了沟槽的不均匀性，但是在很多部位仍然有较大的不均匀性(例如：在某处光强特别强，在某处光强特别弱)。

经过不断的研究，在h从1mm-20mm采用z＝{0.45-(24.6h-y)/[A(24.6h-y)+B]}h(0≤y≤25h(更精确的表达是，0≤y≤24.6h)，此处实质是限定了沟槽组的间距)，能够得到如图6所示的效果：光束分布较为均匀的效果；令人感到意外的是，z-y曲线是一条类双曲线形式，这是发明人团队在事前未曾预料到的。

而关于沟槽深度设计的另一个难点在于，是A/B参数的确定，通过数值仿真表明，A＝2.5836×(1±5％),B＝17.238(1±5％)进行调整，也可以取得一定的结果；但是，A＝2.5836、B＝17.238时，经过发明人团队的研究，能够取得令人满意的结果(即A＝2.5836、B＝17.238是已知的最优方案)。

图8给出了h＝4mm时的沟槽深度设计曲线y-z。

除此之外，导光板的第三个设计要点在于，沟槽：直角三角形的直边-斜边的夹角(即直边转到斜边的角度)为40°～50°；

在设计时，发明人也发现了以下规律：沟槽组Y向正向方向的起始沟槽的直边-斜边的夹角，要大于后面的沟槽的的直边-斜边的夹角；例如：48°，46°，46°，46°，47°，46°，46°，46°，45°，即其趋势：先减小，后增大，再减小的趋势。这一规律的目的，是与沟槽深度对应的(两者之间是存在关联关系的)，即对于本申请提出的类双曲线沟槽深度变化规律适配，采用本申请的角度变化规律，能够获得一个令人满意的光束均匀性分布结果。

需要说明的是：所述沟槽组、反应池组件的数量并不仅仅限定与4个(M＝4)；当然的，其也可以是6个(例如：3行2列)；

进一步，所述单个反应池组件包括U×V个反应池,即采用矩阵形式：U行V列个反应池，即沿着X向呈V列，沿着Y向呈U行,所述反应池的行间距的方向为Y向、列间距的方向为X向；所述构槽组的沟槽的数量比与其与对应的反应池组件的反应池的行数多1；并且，所述构槽组的沟槽之间沿Y向的间距与反应池组件的反应池沿着Y向的长度对应。

进一步，所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统能够同时测量P×Q×U×V个样本。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，包括：光源发射组件，光源接收组件，导光-反应组件；

其中，光源发射组件包括：光源、透镜组件、激发滤光片、导光条组件；所述光源、透镜组件、激发滤光片、导光条组件从上至下依次设置，

所述导光条组件包括N个竖向设置的导光条，按照距离同一条沟槽的长度依次减少的顺序，称为：第一导光条、……第i导光条、……第N导光条；每个导光条均包括：上部导光条、下部导光条；

所述第一上部导光条、……第i上部导光条、……第N上部导光条的结构相同，且均为矩形板结构、平行设置在所述激发滤光片的下方；

其中，导光-反应组件包括:导光板，反应池组件；所述的导光板水平设置，其上表面设置有M处沟槽组，所述每个沟槽组均包括有若干个平行设置的沟槽，所述沟槽的长度方向记为X向，宽度方向记为Y向；多条沿着Y向排列成1列的沟槽共同构成1个沟槽组；M个沟槽组为P行Q列的形成分布，M＝P×Q；所述行间距的方向为Y向，列间距的方向为X向；所述沟槽组的数量与反应池组件的数量相同；所述沟槽组与反应池组件位置对应设置，且反应池设置在沟槽组的下方；

其中，光源接收组件包括：CCD相机、相机镜头、接收滤光片；CCD相机的下端部设置有相机镜头，在相机镜头的下端部设置有接收滤光片；所述CCD相机设置在导光板的上方且镜头朝向导光板。

2.根据权利要求1所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，其中，导光板包括：导光板本体以及导光板本体一与X向平行的侧面突出的N个导光台阶，所述N个导光台阶的上表面的Y向长度按照依次递减的顺序，称为：第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶；第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶的宽度方向为X向；第一～第N导光台阶的边部均为一三棱柱结构，三棱柱结构的上表面均与导光板的表面齐平，三棱柱结构包括一与上表面呈40°～50°的斜面；且第一～第N导光台阶的上表面的Y向长度大于第一～第N导光台阶的下表面的Y向长度；

其中，所述第一上部导光条、……第i上部导光条、……第N上部导光条沿着Y向排成1列；

所述导光条组件的N个导光条分别与导光板的一边设置有N处导光台阶对应，即第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的下部分别与第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶对应，即所述第一下部导光条、……、第i下部导光条、……、第N下部导光条均为斜条型板且分别对应第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶；

所述第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的表面与X向平行；

第二导光台阶与第一导光台阶的在Y方向的长度差＝第一导光条的厚度；

……

第i+1导光台阶与第i导光台阶的在Y方向的距离差＝第i导光条的厚度；

……

第N导光台阶与第N-1导光台阶的在Y方向的距离差＝第N-1导光条的厚度；

第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶的X向宽度分别与第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的下部的X向宽度相同。

3.根据权利要求2所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，所述沟槽沿着X向的形状为三角形，所述三角形为直角三角形；

沿着Y向且是从沿着光源发射组件到光源接收组件的方向定义为Y向正向，沟槽直角三角形的直边在斜边的Y向前方；

沿着Y向正向，沟槽的深度逐步加大；

所述沟槽的深度小于导光板的深度。

4.根据权利要求3所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，所述导光板包括：镂空部组件；Q列沟槽组的中间线称为D线；镂空部组件的厚度与导光板厚度相同，包括：1个等边三角形镂空部、2个钝角三角形镂空部；所述镂空部组件关于D线对称；所述钝角三角形镂空部的一边与Y向平行，且钝角三角形镂空部的其中1个锐角为30°，另外一个锐角指向D线；钝角三角形镂空部指向D线的端点距离发射组件的Y向距离，大于等边三角形镂空部的指向光源发射组件的锐角端点距离光源发射组件的Y向距离，小于等边三角形镂空部的与X向平行的一边距离光源发射组件的Y向距离；所述等边三角形的锐角指向光源发射组件；钝角三角形镂空部对应的导光板边部的延伸方向与Y方向夹角在5°～10°，特别的，钝角三角形镂空部对应的导光板边部其延伸方向为直线，且距离源发射组件的Y向距离越小，距离D线的X向距离越小。

5.根据权利要求2所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，所述N个导光台阶的X向宽度等长，第一导光台阶、……第i导光台阶、……第N导光台阶沿着X向依次分布，即N个导光台阶沿着X向依次缩进或凸出。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，所述反应池组件包括有若干个反应池，所述反应池组件包括U×V,即采用矩阵形式：U行V列个反应池，即沿着X向呈V列，沿着Y向呈U行,所述反应池的行间距的方向为Y向、列间距的方向为X向。

7.根据权利要求6所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，所述构槽组的沟槽的数量比与其与对应的反应池组件的反应池的行数多1；并且，所述构槽组的沟槽之间沿Y向的间距与反应池组件的反应池沿着Y向的长度对应。

8.根据权利要求2所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，第一～第N导光台阶的斜面与上表面呈45°时，第一导光条、……第i导光条、……第N导光条的厚度相同，且等于导光板的厚度h。

9.根据权利要求1所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统，其特征在于，所述光源采用LED灯；所述透镜组件包括：第一凸透镜，第二凸透镜；所述LED灯朝下，所述第一凸透镜的凸面朝下，所述第二凸透镜设置在所述第一凸透镜的下方且所述第二凸透镜的凸面朝下；第二凸透镜的上表面为圆形，第一凸透镜的上表面也为圆形；第二凸透镜的上表面、第一凸透镜的上表面在同一水平面的投影为同心圆，第二凸透镜的上表面的半径大于第一凸透镜的上表面的半径；在第二凸透镜的下方设置有激发滤光片，所述激发滤光片与第二凸透镜在同一水平面的投影重合。

10.根据权利要求1所述的一种单光源多样本的荧光检测光学系统的工作方法，其包括如下步骤：

(1)光源发射组件的光源发出母光束，首先，母光束通过透镜组件进行准直处理；其次，准直的母光束通过激发滤光片，再通过导光条组件传输进入到导光-反应组件中的导光板；

(2)母光束经过导光-反应组件中的导光板，到达反应池组件；反应池组件在受到上述光线的照射，会产生辐射子光束，子光束透过导光板，然后进入到光源接收组件的接收滤光片；

(3)子光束依次通过接收滤光片、相机镜头，最终入射到CCD相机，由CCD相机完成成像，进而完成检测。

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