CN113820277A - 一种样本分析仪用数据采集系统及光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种样本分析仪用数据采集系统及光学检测系统，其中数据采集系统包括沿光路传输方向依次设置的滤光片组、出射狭缝、光学绝缘板以及光电二极管阵列；所述滤光片组包括滤光片安装板和多块滤光片，多块所述滤光片并排安装在所述滤光片安装板上。本发明的目的在于提供一种样本分析仪用数据采集系统及光学检测系统，该数据采集系统无需设置多个滤光片分光单元便能完成不同波长的样本测试，简化了数据采集系统的复杂度。

Description

一种样本分析仪用数据采集系统及光学检测系统

技术领域

本发明涉及生化分析设备技术领域，尤其涉及一种样本分析仪用数据采集系统及光学检 测系统。

背景技术

目前，市面上常用分析仪的光学检测系统大多是由照明系统、聚焦系统、分光系统以及 信号处理系统组合而成，且很多分光系统中，采用光栅分光的系统往往都会在狭缝与光栅之 间加一级准直镜辅助光束传输以保证光束能完整的打在光栅接收面上；另外一种公开系统是 在此基础上增加多个滤光片分光单元系统，分离单色光，这样最大的缺点就是随着分析仪相 关技术的不断突破和测试需求的发掘，需求波长的样本和试剂越多，滤光片分光单元也会随 之增加，实用率低且成本高，结构过于繁冗复杂，无法保证光路系统中各光学元件带来的能 量损耗、像差、光束质量差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种样本分析仪用数据采集系统及光学检测系统，该数据采集系 统无需设置多个滤光片分光单元便能完成不同波长的样本测试，简化了数据采集系统的复杂 度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种样本分析仪用数据采集系统，包括沿光路传输方向依次设置的滤光片组、出射狭缝、 光学绝缘板以及光电二极管阵列；所述滤光片组包括滤光片安装板和多块滤光片，多块所述 滤光片并排安装在所述滤光片安装板上。

现有的分光系统中，为了满足对不同波长的测试需要，会沿光路传输方向设置多个滤光 片分光单元，以分离单色光，这样最大的缺点就是随着分析仪相关技术的不断突破和测试需 求的发掘，需求波长的样本和试剂越多，滤光片分光单元也会随之增加，实用率低且成本高， 结构过于繁冗复杂，无法保证光路系统中各光学元件带来的能量损耗、像差、光束质量差等 问题。基于此，在本方案中，提供了一种样本分析仪用数据采集系统，主要包括滤光片组、 出射狭缝以及光电二极管阵列，在光路传输方向只需通过前两个元件(滤光片组和出射狭缝) 便可以实现将不同波段/波长的光透射至光电二极管阵列上进行检测和处理分析，相比于现有 技术中在光路传输方向上设置多个滤光片分光单元，可有效降低系统的复杂度。

优选地，所述滤光片组覆盖的波长包括340nm、380nm、405nm、450nm、478nm、505nm、546nm、570nm、600nm、630nm、660nm、700nm、730nm、750nm、800nm以及850nm中的任意一种或任意多种组合。

优选地，所述出射狭缝为阵列狭缝片。

一种样本分析仪用光学检测系统，包括沿光路传输方向依次设置的前聚焦系统、比色容 器、后聚焦系统以及上述提及的一种样本分析仪用数据采集系统。

现有样本分析仪用光学检测系统中的分光系统，为了满足对不同波长测试需要，会沿光 路传输方向设置多个滤光片分光单元，以分离单色光，这样最大的缺点就是随着分析仪相关 技术的不断突破和测试需求的发掘，需求波长的样本和试剂越多，滤光片分光单元也会随之 增加，实用率低且成本高，结构过于繁冗复杂，无法保证光路系统中各光学元件带来的能量 损耗、像差、光束质量差等问题。基于此，在本方案中，提供了一种样本分析仪用光学检测 系统，该光学检测系统中的数据采集系统主要包括滤光片组、出射狭缝以及光电二极管阵列， 在光路传输方向只需通过前两个元件(滤光片组和出射狭缝)便可以实现将不同波段/波长的 光透射至光电二极管阵列上进行检测和处理分析，相比于现有技术中在光路传输方向上设置 多个滤光片分光单元，可有效降低系统的复杂度。

优选地，所述前聚焦系统包括光源、第一双凸透镜、第二双凸透镜、反射镜以及第一狭 缝，所述光源发出的光信号依次经所述第一双凸透镜聚焦、所述第二双凸透镜准直、所述反 射镜反射以及所述第一狭缝过滤后，传输至所述比色容器。

优选地，所述比色容器与所述反射镜之间的距离为23mm。

优选地，所述反射镜与所述第一狭缝的距离为9.4mm。

优选地，还包括传导光纤，所述传导光纤设置于所述第一双凸透镜与所述第二双凸透镜 之间，用于将所述第一双凸透镜输出的光信号传输至所述第二双凸透镜。

优选地，所述后聚焦系统包括沿光路传输方向依次设置的像差消除单元、第二狭缝以及 光栅。

优选地，所述像差消除单元包括第三双凸透镜与第四双凸透镜，且所述第三双凸透镜像 的位置为所述第四双凸透镜物的位置。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、在光路传输方向只需设置这两个器件便可以实现对不同波段波长的过滤检测，相比于 现有技术中在光路传输方向上设置多个滤光片分光单元，可有效降低系统的复杂度；

2、光学检测系统的前聚焦系统可以减小传输至比色容器上的光斑大小，从而减小反应液 体积；

3、光学检测系统的后聚焦系统设置有像差消除单元，可以有效地改善前聚焦系统带来的 像差，使成像质量更佳。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明数据采集系统的光路结构示意图；

图2为本发明样本分析仪用光学检测系统的光路示意图；

图3为本发明像差消除单元的结构示意图；

图4为本发明后聚焦系统的示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

0、光源；1、第一双凸透镜；2、传导光纤；3、第二双凸透镜；4、反射镜；5、第一狭缝；6、比色容器；7、第三双凸透镜；8、第四双凸透镜；9、第二狭缝；10、光栅；11、数据采集系统；12、滤光片组；13、出射狭缝；14、光学绝缘板；15、光电二极管阵列。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明 作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本 发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种样本分析仪用数据采集系统，如图1所示，包括沿光路传输方向依 次设置的滤光片组12、出射狭缝13、光学绝缘板14以及光电二极管阵列15；其中，为了覆 盖市面上常用到的16个波长，本实施例中的出射狭缝13设置为阵列狭缝片，该阵列狭缝片 沿长度方向间隔设置有16个狭缝(一个狭缝透射一个波段的光)；滤光片组12包括一块滤光 片安装板和四块滤光片，四块滤光片并列安装在滤光片安装板上；具体的，本实施例中的滤 光片设置为ZWB1型号的滤光片(用于透过340nm的光)、ZB1型号的滤光片(用于透过380nm 和405nm的光)、QBZ6型号的滤光片(用于透过450nm、478nm、505nm、546nm以及570 nm的光)以及CB580型号的滤光片(用于透过600nm、630nm、660nm、700nm、730nm、 750nm、800nm以及850nm的光)，光学绝缘板14安装在出射狭缝13与光电二极管阵列15 组件之间，起到绝缘和保护PD的作用。

以下对本方案的原理进行说明：

当有任意单色光传输至数据采集系统11时，滤光片组12首先对该单色光进行过滤，即 当该单色光为上述16个波长之一时，则能通过该滤光片组12，否则，不能通过；通过该滤 光片组12的单色光传输至出射狭缝13，由于任意一个狭缝仅能通过一种波段的光，因此， 该单色光通过对应的狭缝传输至光电二极管阵列15组件中，光电二极管组件中对应的传感器 对该单色光进行接收并转换成电信号。

现有的分光系统中，为了满足对不同波长的测试需要，会沿光路传输方向设置多个滤光 片分光单元，以分离单色光，这样最大的缺点就是随着分析仪相关技术的不断突破和测试需 求的发掘，需求波长的样本和试剂越多，滤光片分光单元也会随之增加，实用率低且成本高， 结构过于繁冗复杂，无法保证光路系统中各光学元件带来的能量损耗、像差、光束质量差等 问题。基于此，在本方案中，提供了一种样本分析仪用数据采集系统，主要包括滤光片组12、 出射狭缝13以及光电二极管阵列15，在光路传输方向只需通过前两个元件(滤光片组12和 出射狭缝13)便可以实现将不同波段/波长的光透射至光电二极管阵列15上进行检测和处理 分析，相比于现有技术中在光路传输方向上设置多个滤光片分光单元，可有效降低系统的复 杂度。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上提供了一种样本分析仪用光学检测系统，包括前聚焦系统、 比色容器6、后聚焦系统以及如实施例1提供的一种样本分析仪用数据采集系统；

现有样本分析仪用光学检测系统中的分光系统，为了满足对不同波长测试需要，会沿光 路传输方向设置多个滤光片分光单元，以分离单色光，这样最大的缺点就是随着分析仪相关 技术的不断突破和测试需求的发掘，需求波长的样本和试剂越多，滤光片分光单元也会随之 增加，实用率低且成本高，结构过于繁冗复杂，无法保证光路系统中各光学元件带来的能量 损耗、像差、光束质量差等问题。基于此，在本方案中，提供了一种样本分析仪用光学检测 系统，该光学检测系统中的数据采集系统11主要包括滤光片组12、出射狭缝13以及光电二 极管阵列15，在光路传输方向只需通过前两个元件(滤光片组12和出射狭缝13)便可以实 现将不同波段/波长的光透射至光电二极管阵列15上进行检测和处理分析，相比于现有技术 中在光路传输方向上设置多个滤光片分光单元，可有效降低系统的复杂度。

进一步地，本实施例中的前聚焦系统包括光源0、第一双凸透镜1、第二双凸透镜3、反 射镜4以及第一狭缝5；在具体使用时，光源0用作起始光源0，发射一种类平行光或平行光， 且发出的类平行光或平行光依次经第一双凸透镜1聚焦、第二双凸透镜3准直、反射镜4反 射以及第一狭缝5过滤后，传输至比色容器6。

对于分析仪而言，光源0传输至比色容器6上的光斑大小必须小于反应溶液的最小反应 体积的横截面大小，才能得到可靠稳定的测试数据。而现有技术中，光源0发出的光直接经 透镜准直以及狭缝过滤后作用于比色容器6，由于光源0发出的光易发散，导致作用于比色 容器6的光能量会严重损耗，随着光程变长光斑会越发散，那么打在比色容器上的光斑会很 大，因此，需要增加反应溶液的最小反应体积，以提供满足样本分析仪所需要的光斑大小； 而在本申请文件中，设置有两个双凸透镜，一个双凸透镜用于聚焦光源0发出的光，使得更 多的光作用于第二个双凸透镜，从而增大作用于比色容器6上的光能量，进而减小比色容器 6上的光斑大小；除此之外，在本实施例中，还设置有反射镜4，通过设置反射镜4来改变光 路的光程，使整套光学系统能更加紧凑小巧；第一狭缝5用于消除光斑传输过程中带来的杂 散光，使得打在比色容器6最小反应体积上的光斑质量更好。

进一步地，为减小光在空气中的损耗，增加作用在比色容器6上的光能量，本实施例在 第一双凸透镜1与第二双凸透镜3之间还设置有传导光纤2，用于将第一双凸透镜1输出的 光信号传输至第二双凸透镜3。

进一步地，为了进一步减小最小反应体积，在本实施例中，将光汇聚于比色容器6中心 靠后的位置，具体实施时，将比色容器6与反射镜4之间的距离设置为23mm。

其中，最小反应体积是样本分析仪至关重要的技术指标，因为减小最小反应体积不仅很 大程度上减少试剂的消耗、降低医院的成本同时还能减少样本的消耗，从而减轻病人的痛苦。

进一步地，为了有效的消除前级光路带来的杂散光，反射镜4与第一狭缝5的距离设置 为9.4mm。

本实施例中的后聚焦系统包括像差消除单元、第二狭缝9以及光栅10；具体工作时，从 比色容器6出射的光依次经像差消除单元、第二狭缝9以及光栅10后传输至数据采集系统 11，从而完成样本的检测。具体地，本实施例中的像差消除单元包括第三双凸透镜7和第四 双凸透镜8，且第三双凸透镜7像的位置为第四双凸透镜8物的位置。

在本实施例中，第三双凸透镜7像和第四双凸透镜8像的组合使用可以有效地改善之前 光路带来的像差，使成像质量更佳，同时降低损耗使最小反应体积更小，可达70μl。因为双 凸透镜是两个面都具有正的光焦度且都有一定的曲率半径，可以用来偏折光线补偿像差，使 传入数据采集系统11的光束质量更佳能量损耗更低。

实施例3

本实施例提供了一种具体的样本分析仪用光学检测系统，如图2或图3所示，前聚焦系 统包括光源0(光源0可以一分为二，分别由两路使用)，用作起始光源0，发射出来的是一 种类平行光或平行光；第一双凸透镜1，材质为紫外熔融石英，焦距20mm，用于聚焦第一路 分束光源0，与光源0之间的距离是60mm；传导光纤2，采用芯径为200μm的光纤集束而成，覆盖光源0发出的波长波段，光纤束两端通光口的光斑大小一致均为2.4mm*1.5mm；传导光纤2的接收端与第一双凸透镜1的距离是30mm，在调试过程中确保光源0、第一双凸透镜1、传导光纤2的接收端在同一光轴上，使得足够大光强的光能量聚焦在传导光纤2的接收端上；第二双凸透镜3，与第一双凸透镜1的类型相同，第二双凸透镜3与传导光纤2的 出光口输出端间距40mm，用来聚焦传导光纤2传导出来的光束；45°反射镜4，与第二双凸 透镜3相距9mm，用于改变光路的光程，使整套光学系统能更加紧凑小巧，45°反射镜4与 比色容器6之间的距离是23mm，光束经过45°反射镜4，将光束汇聚于比色容器6的中心 靠后的位置，在调试过程中，确保45°反射镜4折射出来的光束与比色容器6最小反应体积 的横截面积的中心在同一条线上；同时，在45°反射镜4与比色容器6之间增加一级第一狭 缝5，其大小为2.1mm*2.1mm(2.1mm～2.8mm之间均可)，与45°反射镜4的间距为9.4mm， 用于消除前级光路带来的杂散光。

后聚焦系统包括第三双凸透镜7、第四双凸透镜8，如图4所示，第三双凸透镜7和第四 双凸透镜8的材质均为紫外熔融石英，焦距均为15mm，其中，比色容器6与第三双凸透镜7之间的距离为40mm，第三双凸透镜7与第四双凸透镜8之间的距离为40.8mm；其中对于第 三双凸透镜7而言，物在比色容器6聚焦处，即物距为40mm，此时像在距离第三双凸透镜7 的24mm处，即相距24mm；对于第四双凸透镜8而言，第三双凸透镜7像的位置即为第四 双凸透镜8物的位置，即第四双凸透镜8的物距为16.8mm，像距为36.72mm；第二狭缝9， 大小为2.4mm*1.5mm，与第四双凸透镜8之间的距离为36.72mm；全息平场凹面光栅10， 采用进口光栅10，它既具有成像作用又具有汇聚作用，用作分光元件，将复合光分成单色光。

数据采集系统11，用于将光信号转化为电信号，然后计算机可对检测数据进行处理和分 析。其中数据采集系统11如图1所示，包括依次设置的滤光片组12、出射狭缝13、光学绝 缘板14以及光电二极管阵列15，滤光片组12包含四块滤光片，并列安装在滤光片安装板上， 选型的这四块滤光片涵盖了常用到的16个波长，具有对所需波长有高的透过率和非所需波长 有高的截止率；光学绝缘板14安装在出射狭缝13与光电二极管阵列15组件之间，起到绝缘 和保护PD的作用。

通过上述光学检测系统，能有效地降低了像差、减少能量损耗以及减小最小反应体积， 使成像质量更好、数据分析精度更高。且340nm处的杂散光吸光度值可达到7以上，因为短 波段杂散光水平决定了整体杂散光水平，故本发明光学检测系统的杂散光水平较高，同时线 性范围广，光学性能稳定可靠。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种样本分析仪用数据采集系统，其特征在于，包括沿光路传输方向依次设置的滤光片组(12)、出射狭缝(13)、光学绝缘板(14)以及光电二极管阵列(15)；所述滤光片组(12)包括滤光片安装板和多块滤光片，多块所述滤光片并排安装在所述滤光片安装板上。

2.根据权利要求1所述的一种样本分析仪用数据采集系统，其特征在于，所述滤光片组(12)覆盖的波长包括340nm、380nm、405nm、450nm、478nm、505nm、546nm、570nm、600nm、630nm、660nm、700nm、730nm、750nm、800nm以及850nm中的任意一种或任意多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种样本分析仪用数据采集系统，其特征在于，所述出射狭缝(13)为阵列狭缝片。

4.一种样本分析仪用光学检测系统，其特征在于，包括沿光路传输方向依次设置的前聚焦系统、比色容器(6)、后聚焦系统以及如权利要求1-3中任意一项所述的一种样本分析仪用数据采集系统(11)。

5.根据权利要求4所述的一种样本分析仪用光学检测系统，其特征在于，所述前聚焦系统包括光源(0)、第一双凸透镜(1)、第二双凸透镜(3)、反射镜(4)以及第一狭缝(5)；所述光源(0)发出的光信号依次经所述第一双凸透镜(1)聚焦、所述第二双凸透镜(3)准直、所述反射镜(4)反射以及所述第一狭缝(5)过滤后，传输至所述比色容器(6)。

6.根据权利要求5所述的一种样本分析仪用光学检测系统，其特征在于，所述比色容器(6)与所述反射镜(4)之间的距离为23mm。

7.根据权利要求5所述的一种样本分析仪用光学检测系统，其特征在于，所述反射镜(4)与所述第一狭缝(5)的距离为9.4mm。

8.根据权利要求5所述的一种样本分析仪用光学检测系统，其特征在于，还包括传导光纤(2)，所述传导光纤(2)设置于所述第一双凸透镜(1)与所述第二双凸透镜(3)之间，用于将所述第一双凸透镜(1)输出的光信号传输至所述第二双凸透镜(3)。

9.根据权利要求4所述的一种样本分析仪用光学检测系统，其特征在于，所述后聚焦系统包括沿光路传输方向依次设置的像差消除单元、第二狭缝(9)以及光栅(10)。

10.根据权利要求9所述的一种样本分析仪用光学检测系统，其特征在于，所述像差消除单元包括第三双凸透镜(7)与第四双凸透镜(8)，且所述第三双凸透镜(7)像的位置为所述第四双凸透镜(8)物的位置。

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