CN117030616A - 一种超大数值孔径收光装置及微粒光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种超大数值孔径收光装置及微粒光学检测装置,应用于光学技术领域,其中超大数值孔径收光装置中,光源位于流动室的外部,透镜组和凹面反射镜相对设置于流动室的两侧;流动室的内部设置有粒子的样本流道;光源用于向流动室照射激发光,以使粒子在激发光的照射下向空间发射光信号;凹面反射镜用于将粒子发射的第一部分光信号向透镜组反射汇聚;透镜组用于将凹面反射镜发射汇聚的第一部分光信号与粒子发射的第二部分光信号进行汇聚。通过采用一个凹面反射镜与一个透镜组,形成反射与透射相结合的收光光路,不仅数值孔径可以做得更大,取值范围也可以做得更宽,而且实现了对流动粒子所激发的光学信号进行有效汇聚的收光。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域,具体涉及一种超大数值孔径收光装置及微粒光学检测装置。
背景技术
直径在微米或纳米尺度的微小粒子(简称微粒)在激光激发下,会向空间中各个方向发射散射光,若粒子上标记有相应的荧光素,则粒子还会在空间各个方向上发射荧光。
通过对微粒一定角度上发射的散射光或者荧光进行收集,即可对微粒尺寸、折射率和表面属性等信息实现探测和表征。如图1所示,根据瑞利判据基本原理,表征光学分辨率的最小分辨率角θ=1.22λ/NA,其中λ为探测光波长,NA为光学系统数值孔径。由此可知,当光学系统的数值孔径NA越大,系统所能识别的微小颗粒尺寸越小,系统分辨率越高。
现有收光系统均基于单一反射光路进行收光,即使可以实现数值孔径大于1的收光,但对于空间各方向均发射光信号的微粒样本,只能做到单面收光,收光效率水平并不高。
基于此,需要一种新的收光技术方案。
发明内容
有鉴于此,本说明书实施例提供一种超大数值孔径收光装置及微粒光学检测装置,基于反射和透射相结合形成新的收光方案,不仅数值孔径可以做得更大,取值范围也可以较大,而且整体收光效率能够得到提高。
本说明书实施例提供以下技术方案:
本说明书实施例提供一种超大数值孔径收光装置,包括:光源、流动室、透镜组和凹面反射镜,所述光源位于所述流动室的外部,所述透镜组和凹面反射镜相对设置于所述流动室的两侧;
所述流动室的内部设置有粒子的样本流道;
所述光源用于向所述流动室照射激发光,以使粒子在激发光的照射下向空间发射光信号;
所述凹面反射镜用于将所述粒子发射的第一部分光信号向所述透镜组反射汇聚;
所述透镜组用于将所述凹面反射镜发射汇聚的所述第一部分光信号与所述粒子发射的第二部分光信号进行汇聚;
其中,透镜组的数值孔径为0.1~1.3之间的数值;所述样本流道为矩形流道,矩形边长为0.1mm~1mm之间的数值,且矩形的长边垂直于透镜组与凹面反射镜之间连线方向。
优选地,所述光源发射的激发光包括以下任意一种光束:由氙灯、半导体激光器或固体空间激光器发出的光束,由带尾纤输出并准直的半导体激光器或固体空间激光器发出的光束。
优选地,光束的口径范围为0.5mm~5mm之间的数值。
优选地,所述流动室为由以下任意一种材料制成的腔室:石英、玻璃、亚克力。
优选地,所述流动室的外壁厚度为1mm~5mm之间的数值。
优选地,粒子在激发光的照射下向空间所发射的光信号的角度范围为0°~150°。
优选地,所述凹面反射镜为以下任意一种反射镜:球面凹面反射镜、非球面反射镜、柱面反射镜。
优选地,所述透镜组和凹面反射镜相对设置于与所述光源向所述流动室发射的激发光正交的两侧方向上。
优选地,所述凹面反射镜设置有小孔,所述光源的激发光透过所述小孔向所述流动室照射。
优选地,所述超大数值孔径收光装置还包括平面反射镜和挡光筒,所述平面反射镜设置于所述流动室的内部,所述挡光筒设置于所述流动室的外部一侧,其中所述光源穿过流动室的直射光经由所述平面反射镜反射到所述挡光筒中,以被所述挡光筒消除。
优选地,所述平面反射镜的边长为0.5mm~5mm之间的数值,以及反射镜倾斜角为40°~60°之间的数值。
本说明书实施例还提供一种微粒光学检测装置,包括:
如权利要求1-12中任意一项所述的超大数值孔径收光装置;
探测器;
其中所述探测器用于对所述超大数值孔径收光装置中透镜组汇聚后的光信号进行接收及探测。
优选地,所述探测器为以下任意一种探测器:光电二极管构成的光电探测器,基于CMOS成像的光学成像探测器
与现有技术相比,本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括:
通过采用一个凹面反射镜与一个透镜组形成反射与透射相结合的收光光路,可以将粒子向各个方向发射的光信号进行反射后汇聚,实现了对流动粒子所激发的光学信号进行有效汇聚的收光,而且基于反射与透射相结合的收光光路后,数值孔径NA可以做得更大,取值范围也可以做得更宽,从而可以对不同颗粒尺寸的粒子、更小的粒子等进行检测,而且基于超大数值孔径可以形成微粒光学检测装置,实现粒子发射光信号的高效收集和探测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是收光系统中瑞利判据原理示意图;
图2是本申请中一种超大数值孔径收光装置及微粒光学检测装置的结构示意图;
图3是本申请中另一种超大数值孔径收光装置及微粒光学检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
要说明的是,下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见,本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中,且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请,所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施,且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说,可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外,可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想,图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外,在以下描述中,提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而,所属领域的技术人员将理解,可在没有这些特定细节的情况下实践。
现有收光系统仅依靠单一反射方式进行收光,对于空间各方向均发射光信号的微粒样本,只能做到单面收光,整体收光效率水平不高。
另外,当收光系统的数值孔径NA越大时,则分辨率越高,从而微小颗粒激发的光学能量也能够被探测和分辨,相应的收光效率也越高,但受限于单一反射方式的收光,现有收光系统的数值孔径NA不能做得更大,且数值孔径NA的取值范围也较小,无法适用于不同颗粒尺寸的粒子探测。
基于此,本说明书实施例提出了一种超大数值孔径收光装置及基于该超大数值孔径收光装置为微粒进行光学检测的微粒光学检测装置:采用一个凹面反射镜与一个透镜组形成反射与透射相结合的光路,可以将粒子向各个方向发射的光信号进行反射后汇聚以对流动粒子所激发的光学信号进行有效汇聚的收光,而且基于反射与透射相结合的光路后,数值孔径NA可以做得更大,取值范围也可以做得更宽,从而可以对不同颗粒尺寸的粒子甚至是尺寸更小的粒子进行探测,而且基于超大数值孔径的收光方案,可以形成微粒光学检测装置,实现粒子发射光信号的高效收集和探测。
本申请提供一种超大数值孔径收光装置,包括:光源、流动室、透镜组和凹面反射镜,所述光源位于所述流动室的外部,所述透镜组和凹面反射镜相对设置于所述流动室的两侧。其中,所述流动室的内部设置有粒子的样本流道;所述光源用于向所述流动室照射激发光,以使粒子在激发光的照射下向空间发射光信号;所述凹面反射镜用于将所述粒子发射的第一部分光信号向所述透镜组反射汇聚;所述透镜组用于将所述凹面反射镜发射汇聚的所述第一部分光信号与所述粒子发射的第二部分光信号进行汇聚。
本申请提供一种微粒光学检测装置,包括:探测器和如本申请中任意一项实施例所述的超大数值孔径收光装置。其中,所述探测器用于对所述超大数值孔径收光装置中透镜组汇聚后的光信号进行接收及探测。
以下结合附图,说明本申请各实施例提供的技术方案。
图2为一种超大数值孔径收光装置和一种微粒光学检测装置的示意图。
如图2所示,光源(图中未示出)发射照明激发光1,该激发光1分别经流动室2外壁和内壁后照射到经由样本流道中心流过的微粒3上,微粒3被照射后产生散射或者荧光的光信号。微粒3所发射的散射或荧光光信号向空间各角度传播,其中一个方向上的光信号4经由凹面反射镜6反射会聚形成反射光信号5,另一个方向上的光信号7与反射光信号5汇合到一起,经由透镜组8汇聚,从而形成可以被探测器9接收和探测的汇聚光。
其中,会聚光线的透镜组8(如会聚透镜81)的数值孔径NA可以在0.1~1.3之间分布,具体数值孔径可以根据收光的角度需要进行确定。
以及,样本流道设置为矩形流道,其中矩形边长为0.1mm~1mm之间的数值,且矩形的长边垂直于透镜组与凹面反射镜之间连线方向。
在一种示例中,可以在与入射光正交的两个方向上分别设置凹面反射镜6和透镜组8,进一步提高收光效率。
在一种示例中,激发光1可以是氙灯、半导体或固体空间激光器等光源所发出的光束,也可以是由带尾纤输出并准直的半导体或固体空间激光器所发出的激光束。优选地,光束口径可以在0.5mm~5mm之间。
在一种示例中,流动室2可以是由石英、玻璃、亚克力等透明材料制成的腔室,提高激发光1在流动室2上的透过率。
在一种示例中,样本流道可以为矩形流道,矩形边长可以在0.1mm~1mm之间,流动室外壁厚度可以在1mm~5mm之间。
在一种示例中,微粒3在激发光1照射下向空间发射的光线5可以是分布在0°~150°之间的光线,光线7也可以是分布在0°~150°之间的光线。
在一种示例中,凹面反射镜6可以是球面凹面反射镜、非球面反射镜或柱面反射镜,反射面与流道中心距离随收光角度需求而定,这里不作限定。
在一种示例中,探测器9可以为光电二极管等光电探测器或者CMOS等光学成像探测器。
在图2示出各个示例中,透镜组8和凹面反射镜6相对设置于与光源向流动室2发射的激发光1正交的两侧方向上。
图3为另一种超大数值孔径收光装置和另一种微粒光学检测装置的示意图。
如图3所示,凹面反射镜6设置有小孔,光源(图中未示出)发射照明激发光1,该激发光1透过凹面反射镜6上的小孔,分别经流动室2外壁和内壁后照射到经由样本流道中心流过的微粒3上,微粒3被照射后产生散射或者荧光信号,比如图3示意的第一光信号4和第二光信号7,此时微粒3所发射的散射或荧光信号向空间各角度传播,其中与入射光传播方向相反的方向上的第一光信号4经由凹面反射镜6反射会聚,形成反射光信号5,反射光信号5和另一个方向上的第二光信号7汇合到一起,经由透镜组8汇聚后,最终被探测器9接收和探测。
其中,会聚光线的透镜组8(如会聚透镜81)的数值孔径NA可以在0.1~1.3之间分布,具体数值孔径可以根据收光的角度需要进行确定。
以及,样本流道设置为矩形流道,其中矩形边长为0.1mm~1mm之间的数值,且矩形的长边垂直于透镜组与凹面反射镜之间连线方向。
在一种示例中,所述超大数值孔径收光装置还包括平面反射镜和挡光筒,所述平面反射镜设置于所述流动室的内部,所述挡光筒设置于所述流动室的外部一侧,其中所述光源穿过流动室的直射光经由所述平面反射镜反射到所述挡光筒中,以被所述挡光筒消除。
其中,激发光1穿过流动室2的直射光10经由流动室2另一侧壁上设置的平面反射镜11反射到侧面黑色挡光筒12中被消除。
在一种示例中,激发光1可以是氙灯、半导体或固体空间激光器等光源所发出的光束,也可以是由带尾纤输出并准直的半导体或固体空间激光器所发出的激光束,光束口径通常在0.5mm~5mm之间。
在一种示例中,制成流动室2的材料可以是石英、玻璃、亚克力等透明材料,样本流道为矩形流道,矩形边长可以在0.1mm~1mm之间,流动室外壁厚度可以在1mm~5mm之间。
在一种示例中,微粒发射的光线7可以是分布在0°~150°之间的光线,光线7也可以是分布在0°~150°之间的光线。
在一种示例中,凹面反射镜4可以是球面凹面反射镜、非球面反射镜或柱面反射镜,反射面与流道中心距离随收光角度需求而定,反射镜上的小孔随入射光线变化,直径可以在0.5mm~5mm之间。
在一种示例中,探测器9可以为光电二极管等光电探测器或者CMOS等光学成像探测器。
在一种示例中,平面反射镜11的整体尺寸可以随入射光线变化,优选地边长可以在0.5mm~5mm之间,反射镜倾斜角可以在40°~60°之间。
在图3示出各个示例中,在与入射光传播方向的相反和相同的方向上分别设置凹面反射镜6和透镜组8。
本说明书中,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于后面说明的产品实施例而言,由于其与方法是对应的,描述比较简单,相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种超大数值孔径收光装置,其特征在于,包括:光源、流动室、透镜组和凹面反射镜,所述光源位于所述流动室的外部,所述透镜组和凹面反射镜相对设置于所述流动室的两侧;
所述流动室的内部设置有粒子的样本流道;
所述光源用于向所述流动室照射激发光,以使粒子在激发光的照射下向空间发射光信号;
所述凹面反射镜用于将所述粒子发射的第一部分光信号向所述透镜组反射汇聚;
所述透镜组用于将所述凹面反射镜发射汇聚的所述第一部分光信号与所述粒子发射的第二部分光信号进行汇聚;
其中,透镜组的数值孔径为0.1~1.3之间的数值;所述样本流道为矩形流道,其中矩形边长为0.1mm~1mm之间的数值,且矩形的长边垂直于透镜组与凹面反射镜之间连线方向。
2.根据权利要求1所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述光源发射的激发光包括以下任意一种光束:由氙灯、半导体激光器或固体空间激光器发出的光束,由带尾纤输出并准直的半导体激光器或固体空间激光器发出的光束。
3.根据权利要求2所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,光束的口径范围为0.5mm~5mm之间的数值。
4.根据权利要求1所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述流动室为由以下任意一种材料制成的腔室:石英、玻璃、亚克力。
5.根据权利要求4所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述流动室的外壁厚度为1mm~5mm之间的数值。
6.根据权利要求1所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,粒子在激发光的照射下向空间所发射的光信号的角度范围为0°~150°。
7.根据权利要求1所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述凹面反射镜为以下任意一种反射镜:球面凹面反射镜、非球面反射镜、柱面反射镜。
8.根据权利要求1所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述透镜组和凹面反射镜相对设置于与所述光源向所述流动室发射的激发光正交的两侧方向上。
9.根据权利要求1所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述凹面反射镜设置有小孔,所述光源的激发光透过所述小孔向所述流动室照射。
10.根据权利要求9所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述超大数值孔径收光装置还包括平面反射镜和挡光筒,所述平面反射镜设置于所述流动室的内部,所述挡光筒设置于所述流动室的外部一侧,其中所述光源穿过流动室的直射光经由所述平面反射镜反射到所述挡光筒中,以被所述挡光筒消除。
11.根据权利要求10所述的超大数值孔径收光装置,其特征在于,所述平面反射镜的边长为0.5mm~5mm之间的数值,以及反射镜倾斜角为40°~60°之间的数值。
12.一种微粒光学检测装置,其特征在于,包括:
如权利要求1-11中任意一项所述的超大数值孔径收光装置;
探测器;
其中所述探测器用于对所述超大数值孔径收光装置中透镜组汇聚后的光信号进行接收及探测。
13.根据权利要求12所述的微粒光学检测装置,其特征在于,所述探测器为以下任意一种探测器:光电二极管构成的光电探测器,基于CMOS成像的光学成像探测器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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