CN113671717B - 光源装置和光学检测设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种光源装置和光学检测设备。光源装置包括：第一光源组件，所述第一光源组件被配置为产生沿第一方向传播的第一出射光；第二光源组件，所述第二光源组件被配置为产生沿第二方向传播的第二出射光，其中，所述第二方向与所述第一方向彼此相交；以及二向色镜，所述二向色镜设于所述第一方向与所述第二方向相交的位置处，且所述二向色镜被配置为使所述第一出射光的至少一部分透射以继续沿所述第一方向传播，并将所述第二出射光的至少一部分反射成沿所述第一方向传播，其中，所述第一出射光的被透射的一部分处于第一波段，所述第二出射光的被反射的一部分处于第二波段，且所述第一波段与所述第二波段彼此分离。

Description

光源装置和光学检测设备

技术领域

本公开涉及光学检测技术领域，具体而言，涉及一种光源装置和光学检测设备。

背景技术

在化学、生物等领域中，光学检测被越来越广泛地使用。在光学检测中，可以采用照明光对样品进行照明以观察样品，例如对样品中的生物颗粒(例如细胞)等进行计数和形貌观察等；还可以采用具有一定波长的激发光来激发样品中的各种信号(例如荧光信号等)，从而获取样品的相关性质。然而，在现有的光学检测设备中，用于照明和用于激发的光源组件通常是单独设置的，导致光学检测设备的体积较大，且常常需要在不同的光源组件之间进行复杂的切换，这给检测带来了很多不便。

发明内容

本公开的目的之一在于提出一种光源装置和光学检测设备。

根据本公开的第一方面，提供了一种光源装置，所述光源装置包括：

第一光源组件，所述第一光源组件被配置为产生沿第一方向传播的第一出射光；

第二光源组件，所述第二光源组件被配置为产生沿第二方向传播的第二出射光，其中，所述第二方向与所述第一方向彼此相交；以及

二向色镜，所述二向色镜设于所述第一方向与所述第二方向相交的位置处，且所述二向色镜被配置为使所述第一出射光的至少一部分透射以继续沿所述第一方向传播，并将所述第二出射光的至少一部分反射成沿所述第一方向传播，其中，所述第一出射光的被透射的一部分处于第一波段，所述第二出射光的被反射的一部分处于第二波段，且所述第一波段与所述第二波段彼此分离。

在一些实施例中，所述第一出射光为照明光，所述第一光源组件为照明光源组件，且所述第二出射光为激发光，所述第二光源组件为激发光源组件；或者

所述第一出射光为激发光，所述第一光源组件为激发光源组件，且所述第二出射光为照明光，所述第二光源组件为照明光源组件。

在一些实施例中，当所述第一出射光为照明光、所述第二出射光为激发光时，所述第一波段的最小波长大于所述第二波段的最大波长；以及

当所述第一出射光为激发光、所述第二出射光为照明光时，所述第一波段的最大波长小于所述第二波段的最小波长。

在一些实施例中，所述照明光源组件包括：

照明光源；以及

光阑，所述光阑设于所述照明光源和所述二向色镜之间，所述光阑被配置为遮挡所述照明光源所产生的光的至少一部分。

在一些实施例中，所述照明光源组件还包括：

第一透镜组，所述第一透镜组设于所述照明光源和所述光阑之间，所述第一透镜组被配置为使所述照明光源所产生的光准直。

在一些实施例中，所述照明光源包括热辐射光源和发光二极管中的至少一种。

在一些实施例中，所述光阑包括遮光屏以及开设在所述遮光屏上的多个通光孔，其中，所述多个通光孔中的一个通光孔开设在所述遮光屏的中心位置，所述多个通光孔中的其它通光孔围绕处于中心位置的通光孔均匀分布。

在一些实施例中，所述光阑包括遮光屏以及开设在所述遮光屏上的通光狭缝，其中，所述通光狭缝围绕所述遮光屏的中心位置呈环状分布。

在一些实施例中，所述光阑还包括开设在所述遮光屏的中心位置的通光孔。

在一些实施例中，所述光阑包括可调光阑，所述可调光阑被配置为使所述照明光源所产生的光的通过所述光阑的部分能够被改变。

在一些实施例中，所述激发光源组件包括：

激发光源；以及

滤光件，所述滤光件设于所述激发光源和所述二向色镜之间，所述滤光件被配置为对所述激发光源所产生的光进行滤光。

在一些实施例中，所述激发光源组件还包括：

第二透镜组，所述第二透镜组设于所述激发光源和所述滤光件之间，所述第二透镜组被配置为使所述激发光源所产生的光准直。

在一些实施例中，所述激发光源包括发光二极管和激光器中的至少一种。

在一些实施例中，所述滤光件包括带通滤光片。

在一些实施例中，所述第一方向与所述第二方向彼此垂直。

在一些实施例中，所述第一出射光和所述第二出射光相对于所述二向色镜的入射角均为45度。

在一些实施例中，所述光源装置还包括：

第三透镜组，所述第三透镜组设于所述二向色镜和样品位置之间，所述第三透镜组被配置为将所述第一出射光会聚到所述样品位置，和/或将所述第二出射光会聚到所述样品位置。

根据本公开的第二方面，提出了一种光学检测设备，所述光学检测设备包括如上所述的光源装置。

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清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开的一示例性实施例的光源装置和样品台的结构示意图；

图2示出了根据本公开的另一示例性实施例的光源装置和样品台的结构示意图；

图3示出了根据本公开的第一实施例的光阑的结构示意图；

图4示出了通过图3中的光阑的光路示意图；

图5示出了根据本公开的第二实施例的光阑的结构示意图；

图6示出了通过图5中的光阑的光路示意图；

图7示出了根据本公开的第三实施例的光阑的结构示意图。

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。在本说明书中，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，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

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，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。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。

具体实施方式

现在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。

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，本文中的芯片测试方法和计算芯片是以示例性的方式示出，来说明本公开中的电路或方法的不同实施例，而并非意图限制。本领域的技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施本发明的示例性方式，而不是穷尽的方式。

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。

为了解决光学检测设备中光源组件所占据的体积较大、切换不方便的问题，本公开提出了一种光源装置，该光源装置可以集成多个光源组件，从而在光学检测设备中分别实现不同的检测功能。本公开的光源装置和使用该光源装置的设备可以具有较小的体积，且光路切换简单，从而可以使检测更加方便高效。

在本公开的示例性实施例中，如图1和图2所示，光源装置100可以包括被配置为产生沿第一方向传播的第一出射光的第一光源组件、被配置为产生沿第二方向传播的第二出射光的第二光源组件以及二向色镜130。

其中，第二方向与第一方向彼此相交，从而使得第一光源组件和第二光源组件可以被分别设置在不同的位置上，以避免它们之间的相互干扰。

进一步地，二向色镜130可以使不同波长的光被透射或反射，从而使第一出射光和第二出射光能够共用一部分光路，以减小光源装置的体积，并简化不同光源组件的切换。

二向色镜130可以设于第一方向与第二方向相交的位置处，使得第一出射光和第二出射光都可以被入射到二向色镜130上。二向色镜130可以使第一出射光的至少一部分透射以继续沿第一方向传播，并将第二出射光的至少一部分反射成沿第一方向传播。也就是说，在经过二向色镜130之后，第一出射光和第二出射光将沿着相同的光路行进。

在一些实施例中，第一光源组件所产生的第一出射光所处的波段使得其可以全部透射通过二向色镜130。在另一些实施例中，第一出射光所处的波段可以更宽，而其中仅一部分可以通过二向色镜130，在这种情况下，二向色镜130还可以起到一定的滤光作用，从而降低了对第一光源组件所产生的第一出射光所处的波段的要求，有助于减少第一光源组件的成本。类似地，第二光源组件所产生的第二出射光所处的波段使得其可以全部被二向色镜130反射。在另一些实施例中，第二出射光所处的波段可以更宽，而其中仅一部分可以被二向色镜130反射，在这种情况下，二向色镜130也可以起到一定的滤光作用，从而降低了对第二光源组件所产生的第二出射光所处的波段的要求，有助于减少第二光源组件的成本。此外，一些二向色镜可以使波长较大的光透射，而反射波长较小的光，而另一些二向色镜可以反射波长较大的光，而使波长较小的光透射，可以根据需要来选择这两种不同的二向色镜用在光源装置中。基于二向色镜130的基本性质，第一出射光的被透射的一部分处于第一波段，第二出射光的被反射的一部分处于第二波段，且第一波段与第二波段可以是彼此分离的。

在图1所示的示例性实施例中，第一出射光为用于视觉观察的照明光，第一光源组件为照明光源组件110，且第二出射光为用于激发样品中的荧光信号等的激发光，第二光源组件为激发光源组件120。而在图2所示的示例性实施例中，第一出射光为激发光，第一光源组件为激发光源组件120，且第二出射光为照明光，第二光源组件为照明光源组件110。照明光一般处于可见光波段，例如可以为白光。而激发光的波段可以根据样品或对样品进行染色的试剂的性质来确定，在一些实施例中，激发光可以处于具有较高能量的紫外波段或可见光中偏蓝光的波段，例如，激发光的波段可以在450～500nm的范围。

如图1和图2所示，照明光源组件110可以包括照明光源111以及设于照明光源111和二向色镜130之间的光阑112。此外，照明光源组件110还可以包括设于照明光源111和光阑112之间的第一透镜组113。

在一些实施例中，照明光源111可以包括热辐射光源和发光二极管中的至少一种。照明光源111例如可以产生白光或接近白光的可见光，以方便对样品进行光学观察。

第一透镜组113可以对照明光源111所产生的光进行准直。在一些实施例中，第一透镜组113可以仅包括一个会聚透镜，以将来自照明光源111的发散光会聚成平行光或接近平行光。在另一些实施例中，第一透镜组113也可以包括多个透镜，以使照明光源111所产生的光准直。

光阑112可以遮挡照明光源111所产生的光的至少一部分，以改善在样品位置(样品台200)处的照明光斑。光阑112可以具有多种不同的形式。

如图3所示，在第一实施例中，光阑112可以包括遮光屏1121以及开设在遮光屏1121上的多个通光孔1122，其中，多个通光孔1122中的一个通光孔开设在遮光屏1121的中心位置，多个通光孔1122中的其它通光孔围绕处于中心位置的通光孔均匀分布。

如图4所示为通过图3中的光阑的光路示意图，从中可知，照明光的中心部分和周围部分的一些子光束可以通过光阑112。多个通光孔1122基本上均匀分布在遮光屏1121上，有助于在样品位置处形成均匀的照明光斑。

如图5所示，在第二实施例中，光阑112可以包括遮光屏1121以及开设在遮光屏1121上的通光狭缝1123，其中，通光狭缝1123围绕遮光屏1121的中心位置呈环状分布。遮光屏1121可以包括位于通光狭缝1123之间的连接部1124，这些连接部1124可以连接遮光屏1121的中心部分和外围部分。

如图6所示为通过图5中的光阑的光路示意图。从中可知，照明光的至少中心部分将被光阑遮挡。利用这样的光阑可以形成相衬，尤其是在观察透明物体(例如细胞等生物颗粒等)时，采用相衬原理可以使透明物体的边缘更清晰，从而改善观察效果。

如图7所示，在第三实施例中，在第二实施例中的光阑112的基础上，还可以在遮光屏的中心位置开设通光孔1122，以改善照明。通过图7中的光阑的光路示意图与图4相类似，照明光的中心部分和周围部分的一些子光束都可以通过光阑112。

在一些实施例中，光阑1121还可以包括可调光阑，在可调光阑中，至少部分通光孔和/或通光狭缝的打开和闭合是可以被控制而改变的，从而可以改变通过光阑1121的光量。在一些实施例中，可调光阑还可以被完全地闭合，以在不需要照明光的情况下阻断照明光的继续传播，从而避免了照明光源111被反复开关而导致其寿命下降。

如图1和图2所示，激发光源组件120可以包括激发光源121以及设于激发光源121和二向色镜130之间的滤光件122。此外，激发光源组件120还可以包括设于激发光源121和滤光件122之间的第二透镜组123。

在激发过程中，通常对激发光的波长存在一定的要求，以使得激发光的能量足以激发出样品的荧光等信号。激发光源可以包括发光二极管和激光器中的至少一种。在一具体示例中，激发光源所产生的光的波段可以被包括在450～500nm中，配合相应的染料对细胞等生物颗粒进行染色，这样的激发光可以激发出例如500～550nm或600～650nm等的荧光信号。

滤光件122可以对激发光源所产生的光进行滤光，以获得处于所需波段的第二出射光。在一些实施例中，滤光件122可以包括带通滤光片。带通滤光片可以允许处于某个连续波长范围内的光通过，而滤除这个范围之外的其它波长的光。

第二透镜组123可以对激发光源121所产生的光进行准直。与第一透镜组113类似，第二透镜组123可以仅包括一个会聚透镜，以将来自激发光源121的发散光会聚成平行光或接近平行光。或者，第二透镜组123也可以包括多个透镜，以使激发光源121所产生的光准直。

将滤光件122设置在第二透镜组123的出射端从而对准直后的激发光进行滤光，有助于减小所需的滤光件122的尺寸。

如图1和图2所示，第一方向与第二方向可以是彼此垂直的。而且，二向色镜130可以被设置为使得第一出射光和第二出射光相对其的入射角均为45度，从而将第一出射光和第二出射光均引导到第一方向上，对样品进行照明或激发。

激发光的波段可以在450～500nm的范围中，二向色镜130的截止波长可以为550nm。在一具体实施例中，如图1所示，二向色镜130可以透射波长在550nm以上的光，从而使得照明光能够继续沿第一方向传播到样品位置，而反射波长在550nm以下的光，从而将激发光反射成沿第一方向传播，以实现对样品的激发。在另一具体实施例中，如图2所示，二向色镜130可以反射波长在550nm以上的光，从而将激发光反射成沿第一方向传播，以实现对样品的激发，同时透射波长在550nm以下的光，使得照明光能够继续沿第一方向传播到样品位置。

如图1和图2所示，为了将从二向色镜130出射的平行光或接近平行光会聚到样品位置(样品台200)，以改善对样品的照明或激发，光源装置还可以包括第三透镜组140，该第三透镜组140可以设于二向色镜130和样品位置之间。

在光学检测过程中，照明光和激发光一般并不同时被投射到样品上。在一些实施例中，可以通过分别控制照明光源111和激发光源121的开关来控制哪束光将被投射到样品上。在另一些实施例中，也可以在照明光和激发光的至少一个光路上设置光阑、快门等部件，以控制照明光和激发光的开关。

根据本公开的另一方面，还提出了一种光学检测设备，该光学检测设备可以包括如上所述的光源装置。此外，在光学检测设备中，还可以包括样品台、物镜、结像镜、成像装置(例如CCD、CMOS等)等部件。光源装置所产生的照明光或激发光可以被投射到样品台处的样品上，以实现对样品的视觉观察或根据激发出的样品的荧光信号等来分析样品的相关性质。此外，光学检测设备还可以包括存储器、处理器等，以对成像装置所形成的图像信息进行自动处理和存储等，以进一步简化检测。

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。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种光源装置，其特征在于，所述光源装置被配置为用于检测样品中的生物颗粒，所述光源装置包括：

第一光源组件，所述第一光源组件被配置为产生沿第一方向传播的第一出射光；

第二光源组件，所述第二光源组件被配置为产生沿第二方向传播的第二出射光，其中，所述第二方向与所述第一方向彼此相交；以及

二向色镜，所述二向色镜设于所述第一方向与所述第二方向相交的位置处，且所述二向色镜被配置为使所述第一出射光透射以继续沿所述第一方向传播，并将所述第二出射光反射成沿所述第一方向传播，其中，所述第一出射光处于第一波段，所述第二出射光处于第二波段，且所述第一波段与所述第二波段彼此分离；

其中，所述第一光源组件和所述第二光源组件中的一者为照明光源组件，且另一者为激发光源组件，所述照明光源组件被配置为产生用于对样品中的生物颗粒进行视觉观察的照明光，所述激发光源组件被配置为产生用于激发样品中的生物颗粒的荧光信号的激发光，且所述照明光和所述激发光被配置为不同时地照射到样品上；

所述照明光源组件包括照明光源和设于所述照明光源与所述二向色镜之间的光阑，其中，所述光阑包括遮光屏，开设在所述遮光屏的中心位置的通光孔，以及围绕处于中心位置的通光孔、并与处于中心位置的通光孔被遮光屏的一部分间隔开的其它通光孔或通光狭缝，处于中心位置的通光孔用于改善照明，其它通光孔或通光狭缝用于使透明的生物颗粒的边缘清晰。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，当所述第一出射光为照明光、所述第二出射光为激发光时，所述第一波段的最小波长大于所述第二波段的最大波长；以及

当所述第一出射光为激发光、所述第二出射光为照明光时，所述第一波段的最大波长小于所述第二波段的最小波长。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述照明光源组件还包括：

第一透镜组，所述第一透镜组设于所述照明光源和所述光阑之间，所述第一透镜组被配置为使所述照明光源所产生的光准直。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述照明光源包括热辐射光源和发光二极管中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，多个其它通光孔围绕处于中心位置的通光孔均匀分布。

6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光阑包括可调光阑，所述可调光阑被配置为使所述照明光源所产生的光的通过所述光阑的部分能够被改变。

7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述激发光源组件包括：

激发光源；以及

滤光件，所述滤光件设于所述激发光源和所述二向色镜之间，所述滤光件被配置为对所述激发光源所产生的光进行滤光。

8.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述激发光源组件还包括：

第二透镜组，所述第二透镜组设于所述激发光源和所述滤光件之间，所述第二透镜组被配置为使所述激发光源所产生的光准直。

9.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述激发光源包括发光二极管和激光器中的至少一种。

10.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述滤光件包括带通滤光片。

11.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向彼此垂直。

12.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一出射光和所述第二出射光相对于所述二向色镜的入射角均为45度。

13.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括：

第三透镜组，所述第三透镜组设于所述二向色镜和样品位置之间，所述第三透镜组被配置为将所述第一出射光会聚到所述样品位置，和/或将所述第二出射光会聚到所述样品位置。

14.一种光学检测设备，其特征在于，所述光学检测设备包括根据权利要求1至13中任一项所述的光源装置。

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