CN117169142A - 光路系统及酶标仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光路系统及酶标仪，光路系统包括：光源组件，光源组件包括凸透镜，以及设置于凸透镜一侧的LED灯源；分光组件，分光组件包括分光器和多根光纤，分光器的输入端设置于形成直径为第一预设阈值范围的光斑处，分光器上设置有多个分光孔，分光孔的输入端用于接收光斑，光纤输入端与分光孔的输出端连接，光纤输出端包括参比孔和样本孔，样本孔与微板孔连接。酶标仪包括该光路系统，以及控制器和微板，控制器与分光组件、微板连接，用于根据参比孔的光强变化校准样本孔的光强。本申请方案既可以延长使用寿命、减少甚至消除光衰，光源光谱稳定，台间差调试也较简单。

Description

光路系统及酶标仪

技术领域

本申请涉及医学检验技术领域，特别是一种光路系统及酶标仪。

背景技术

酶标仪是对酶联免疫检测实验结果进行读取和分析的专业仪器，其核心是比色计，即用比色法来分析抗原或抗体的含量。酶联免疫反应通过偶联在抗原或抗体上的酶催化显色底物进行的，反应结果以颜色显示，通过显色的深浅，即吸光度值的大小就可以判断标本中待测抗体或抗原的浓度。在酶联免疫吸附试验中，温度控制的准确度直接影响到酶活性和免疫分析结果测定的准确度。

目前，酶标仪一般采用卤素灯作为光源。卤素灯的光谱为400nm-800nm，酶标仪只需选取其中常用的4种光谱，例如405nm、450nm、492nm、630nm，并采用切换滤光镜的办法进行获取。但是采用卤素灯作为光源，具有以下缺陷：发热量大，光衰严重，持续点亮几分钟就会因为热量而表现出严重光衰，从而影响正常工作；设备台间差调试难度大，即使同一批机器测试同一个标准物质，也会表现出较大的台间差；寿命短，卤素灯作为光源，一般情况下一年左右就需更换灯泡。

发明内容

为解决传统酶标仪光源寿命短、发热量大、光衰严重以及台间差调试难度大的问题，本申请提出一种光路系统及酶标仪，不仅设备台间差调试简单，而且能够有效减少光源发热量、减小光衰，还能够延长使用寿命。

根据本申请第一方面实施例的光路系统，包括：光源组件，光源组件包括凸透镜，以及设置于凸透镜一侧的LED灯源；其中，LED灯源在凸透镜另一侧与凸透镜不同距离处形成不同直径的光斑；分光组件，分光组件包括分光器和多根光纤，分光器的输入端设置于形成直径为第一预设阈值范围的光斑处，分光器上设置有多个分光孔，分光孔的输入端用于接收光斑，光纤输入端与分光孔的输出端连接，光纤输出端包括参比孔和样本孔，样本孔与微板孔连接；其中，微板孔内装载有实验样本，与多个样本孔连接的多个分光孔平均分布在同心圆上，与参比孔连接的分光孔设置于同心圆的圆心，第一预设阈值范围根据分光器截面直径设置。

根据本申请第一方面实施例的光路系统，至少具有如下有益效果：采用LED灯作为光源，可以有效避免将传统卤素灯作为光源时出现的发热量大、光衰严重以及寿命短的问题，而LED光源光谱相对稳定，台间差调试简单；根据分光器截面直径设置第一预设阈值范围，并将分光器的输入端设置于形成直径为第一预设阈值范围的光斑处，使得形成光斑大小与分光器的输入端相匹配，再将与多个样本孔连接的多个分光孔平均分布于一个同心圆上，使得各个分光孔接收到的光线强度较一致，进而输出到多个样本孔的光线强度也一致，如此，使得多个微板孔接收到的光线一致，可以保证多个微板孔实验结果的一致性。

根据本申请的一些实施例，光路系统还包括联动机构，联动机构上设置有多个不同波段的LED灯源，联动机构用于切换LED灯源。根据不同用户的实验要求，在进行酶联免疫反应实验时，会用到多种波段的光线，例如卤素灯的光谱范围有400nm-800nm，通常会选择其中几种光谱进行实验。而LED灯的光谱范围较窄，一个LED灯源发出光线则无法满足用户较宽光谱范围的要求，在联动机构上设置多个不同波段的LED灯源，操作人员可以根据需要切换不同的LED灯源，进而满足不同用户的实验需求。

进一步的，联动机构上还设置有多个滤光片，滤光片设置于凸透镜和分光器之间，联动机构用于同时切换对应波段的LED灯源与滤光片；其中，每个滤光片与LED灯源一一对应。为避免分光孔的输入端接收的光线的存在自然光的干扰，在分光器与凸透镜直接设置与不同LED灯源对应的滤光片，可以有效过滤光路系统中混入的自然光，进而保证实验的准确性。

进一步的，联动机构包括第一驱动单元、第一传送带、连接部、灯源底座和滤光片底座，连接部一端与灯源底座固定连接，另一端与滤光片底座连接，连接部的中部与第一传送带固定连接，灯源底座上设置有多个LED灯源，滤光片底座上设置有多个滤光片。通过将多个LED灯源设置在灯源底座上，以及将多个滤光片设置在滤光片底座上，并通过连接部将灯源底座以及滤光片底座连接起来，再将连接部固定于第一传送带上，由第一驱动单元驱动第一传送带运动，第一传送带则带动连接部，进而带动LED灯源以及滤光片同时移动，最终实现LED灯源与滤光片的联动切换，获得目标波长的光线的目的。

进一步的，联动机构还包括滑轨，滑轨设置于连接部下方，连接部与滑轨滑动连接。通过在连接部下方设置滑轨，一方面可以对连接部起一个支撑的作用，减小第一传送带在竖直方向的受力，使连接部随第一传送带沿滑轨方向运动，最终实现LED灯源底座以及滤光片底座在切换LED灯源以及滤光片更加顺畅的目的。

根据本申请的一些实施例，样本孔设置有4个或8个，与4个或8个样本孔连接的分光孔平均分布在同心圆上，与参比孔连接的分光孔设置于同心圆的圆心。通过设置4个或8个平均分布在一个同心圆上的分光孔，以及一个设置于该同心圆圆心的参比孔，在校准LED灯源位置时，以该同心圆上平均分布的分光孔以及圆心为参照，可以快速准确的将LED灯源调节到位。

根据本申请的一些实施例，分光器输出端设置有固定头，固定头用于固定光纤与输出口的连接端。为避免分光器输出端与光纤连接处不稳定而脱落或接触不良，最终导致输出到样本孔或参比孔的光线弱或不稳定的问题，在分光器输出端设置固定头，将输出端与光纤连接处固定一段，可以增加输出光线的稳定性。

根据本申请的一些实施例，光源组件还包括第一光通道，第一光通道设置于LED灯源与分光器之间，凸透镜设置于第一光通道内部。为进一步减少照射到滤光片的自然光，以及自然光进入分光器的输入端，避免实验结果不准确的问题，将LED灯源与滤光片之间设置一个第一光通道，并将滤光片设置于第一光通道的内部，可以有效消除自然光的干扰，保证整个光路系统的光线的纯净。

本申请的第二方面，提出一种酶标仪，该酶标仪包括本申请第一方面提出的光路系统。

根据本申请的一些实施例，酶标仪还包括控制器，控制器与分光组件连接，控制器用于根据参比孔的光强变化校准样本孔的光强。通过设置参比孔，可以根据参比孔的光强变化，及时对样本孔的光强进行补偿校准，以保证实验结果的准确。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的光路系统的整体结构示意图及分光器输出端局部放大图；

图2为本申请实施例的光路系统的联动机构结构示意图；

图3为本申请实施例的光路系统的联动机构另一角度的结构示意图；

图4为本申请实施例的光路系统的分光器结构示意图；

图5为本申请实施例的光路系统的分光器另一角度结构示意图。

附图标记：

光源组件100、LED灯源110、凸透镜120、第一光通道130、滤光片140、分光组件200、分光孔210、固定头220、联动机构300、第一驱动单元310、第一传送带320、灯源底座330、滤光片底座340、连接部350、滑轨360、光纤输出端400、样本孔410、参比孔420。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右、前、后等方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，多个的含义是两个以上，大于、小于等理解为不包括本数，不大于、以上、以下、以内等理解为包括本数。本申请描述到的第一、第二、等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本申请的描述中，除非另有明确限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本申请的第一方面，提出了一种光路系统，包括：光源组件100，光源组件100包括凸透镜120，以及设置于凸透镜120一侧的LED灯源110；其中，LED灯源110在凸透镜120另一侧与凸透镜120不同距离处形成不同直径的光斑；分光组件200，分光组件200包括分光器和多根光纤，分光器的输入端设置于形成直径为第一预设阈值范围的光斑处，分光器上设置有多个分光孔210，分光孔210的输入端用于接收光斑，光纤输入端与分光孔210的输出端连接，光纤输出端400包括参比孔420和多个样本孔410，样本孔410与微板孔连接；其中，微板孔内装载有实验样本，与多个样本孔410连接的多个分光孔210平均分布在同心圆上，与参比孔420连接的分光孔210设置于同心圆的圆心，第一预设阈值范围根据分光器截面直径设置。

具体的，将LED灯源110设置于凸透镜120的一侧，分光器设置于凸透镜120的另一侧。LED灯源110发出的光线经凸透镜120聚焦后，在凸透镜120另一侧形成光斑，光斑直径的大小，随着与凸透镜120之间的距离的变化而变化，将分光器的输入端设置于凸透镜120的另一侧，形成直径为第一预设阈值范围的光斑处，而第一预设阈值范围则是根据分光器截面直径设置，即，分光器放置于光斑直径与分光器截面直径大小相当处。其中二者的直径大小相当是指，二者直径的差值在预设范围内，由此，若分光器已确定，可以得到分光器截面直径的值，根据二者直径差值的预设范围，可以确定光斑直径为第一预设阈值范围，最终可以确定分光器放置在凸透镜120另一侧的位置范围。

而与微板的样本孔410连接的分光孔210，平均分布在同心圆上，参比孔420则分布在同心圆的圆心。其中，光线连接微板孔与分光孔210，即每个微板孔与一个分光孔210唯一对应。光斑照射在该同心圆上，距离同心圆圆心的同一半径处的分光孔210接收到的光线强度相同，即，平均分布在同心圆上的分光孔210接收并传递至样本孔410的光线强度相同，即，可以保证分光器输出端的每个光纤内传递的光能量都尽量一致，保证多个样本同时实验的准确性。将位于同心圆圆心处的分光孔210与参比孔420连接，可以实时监测光强度的变化，便于控制器能够根据参比孔420光强度的变化及时校准样本孔410的光强度，进一步提高实验结果的准确性。

参照图1中分光器的局部放大图A，将位于同心圆的圆心处的9与微板上的参比孔420连接，与其余多个样本孔410连接的多个分光孔210平均分布在同心圆上。

本申请方案通过采用LED灯作为光源，相较于传统卤素灯作为光源，可以有效减少发热量，减小光衰，提高使用寿命；根据分光器截面直径设置分光器输入端接收的光斑直径的第一预设阈值范围，并将分光器的输入端设置于形成直径为第一预设阈值范围的光斑处，使得形成光斑大小与分光器的输入端相匹配，再将与多个样本孔410连接的多个分光孔210平均分布于一个同心圆上，使得各个分光孔210接收到的光线强度较一致，进而输出到多个样本孔410的光线强度也一致，可以保证多个微板孔实验结果的一致性。相较于卤素灯的发热量大，光衰减严重，波动严重，导致补偿难度大以致台间差调试难度大的问题，LED灯为光源时光衰小，波动小，光谱相对稳定，台间差调试简单。

进一步的，与分光孔210连接的样本孔410设置有4个或8个，这些分光孔210平均分布在一个同心圆上，而与参比孔420连接的分光孔210则设置于同心圆的圆心。将圆心作为中心点，其他4个或8个分光孔210作为不同方位的参考点，可以对应调节LED灯源110的位置，使得LED灯源110发出的光线经凸透镜120聚焦后形成的光斑正好落在分光器的输入端，如此，分光孔210在接收则可以更便捷的校准调节LED灯源110的位置，提高实验效率。

参照图2和图3，在本申请的一些实施例中，光路系统还包括联动机构300，联动机构300上设置有多个不同波段的LED灯源110，联动机构300用于切换LED灯源110。在进行酶联免疫反应实验时，会用到多种波段的光线，例如卤素灯的光谱范围有400nm-800nm，通常会选择其中几种光谱进行实验。而LED灯的光谱范围较窄，一个LED灯源110发出光线则无法满足用户较宽光谱范围的要求，在联动机构300上设置多个不同波段的LED灯源110，操作人员可以根据需要切换不同的LED灯源110，进而满足不同用户的实验需求。

具体的，可以设置4个中心波长分别为405nm、450nm、492nm和630nm的LED灯作为灯源。若酶联免疫反应需要用到这四种LED灯源110，而在96孔微板上，分为12列、8行，则在一个LED灯源110照射后，依次读取12次该光源照射时每列微板孔内样本的实验结果，再切换下一个LED灯源110，以此类推，在每个LED灯源110下均依次读取12次，直至全部LED灯源110完成照射后，再由联动机构300带动LED回到原位。如此，可以减少LED灯源110的切换次数，保证同一个微板上的全部样本均由同样的光源照射，保证实验结果的一致性。

当然，也可以选择其中一个或多个中心波长的LED灯为灯源，或者以选择其他中心波长的LED灯为灯源，上述LED灯源110的个数和中心波长，只是示例性说明，不是对本申请方案的限制。

进一步的，联动机构300上还设置有多个滤光片140，滤光片140设置于凸透镜120和分光器之间，联动机构300用于同时切换对应波段的LED灯源110与滤光片140；其中，每个滤光片140与LED灯源110一一对应。为避免分光孔210的输入端接收的光线的存在自然光的干扰，在分光器与凸透镜120直接设置与不同LED灯源110对应的滤光片140，可以有效过滤光路系统中混入的自然光，进而保证实验的准确性。

对应的，为了避免环境光进入分光器，在分光器与凸透镜120之间设置滤光片140。具体的，与上述4个中心波长为405nm、450nm、492nm和630nm的LED灯源110相对应的，设置与之对应的4个窄带滤光片140，可以有效消除光路系统中环境光的干扰，增加实验的准确性。

进一步的，联动机构300包括第一驱动单元310、第一传送带320、连接部350、灯源底座330和滤光片底座340，连接部350一端与灯源底座330固定连接，另一端与滤光片底座340连接，连接部350的中部与第一传送带320固定连接，灯源底座330上设置有多个LED灯源110，滤光片底座340上设置有多个滤光片140。通过将多个LED灯源110设置在灯源底座330上，以及将多个滤光片140设置在滤光片底座340上，并通过连接部350将灯源底座330以及滤光片底座340连接起来，再将连接部350固定于第一传送带320上，由第一驱动单元310驱动第一传送带320运动，第一传送带320则带动连接部350，进而带动LED灯源110以及滤光片140同时移动，最终实现LED灯源110与滤光片140的联动切换，获得目标波长的光线的目的。

进一步的，联动机构300还包括滑轨360，滑轨360设置于连接部350下方，连接部350与滑轨360滑动连接。通过在连接部350下方设置滑轨360，一方面可以对连接部350起一个支撑的作用，减小第一传送带320在竖直方向的受力，使连接部350随第一传送带320沿滑轨360方向运动，最终实现灯源底座330以及滤光片底座340在切换LED灯源110以及滤光片140更加顺畅的目的。

具体的，第一驱动单元310可以设置为电机，电机带动第一传送带320运动，第一传送带320则带动与之连接的连接部350水平移动，进而带动灯源底座330与滤光片底座340同步移动的目的。

可以理解的，图2和3给出的示例是将灯源底座330和滤光片底座340水平放置，通过水平移动灯源底座330和滤光片底座340的方式同步切换LED灯源110和滤光片140；还可以将灯源底座330与滤光片底座340设置为竖向放置，通过上下移动灯源底座330和滤光片底座340的方式同步切换LED灯源110和滤光片140，当然，与之对应的，第一驱动单元310可以设置为气缸，有气缸带动连接部350上下移动，进而带动灯源底座330和滤光片底座340上下移动，以实现联动切换LED灯源110和滤光片140的目的。

在本申请的一些实施例中，光源组件100还包括第一光通道130，第一光通道130设置于LED灯源110与分光器之间，凸透镜120设置于第一光通道130内部。在整个光路系统不够密闭时，为进一步减少照射到滤光片140的自然光，以及自然光进入分光器的输入端，避免实验结果不准确的问题，将LED灯源110与滤光片140之间设置一个第一光通道130，并将滤光片140设置于第一光通道130的内部，可以有效消除自然光的干扰，保证整个光路系统的光线的纯净。

参照图4和图5，在本申请的一些实施例中，分光器输出端设置有固定头220，固定头220用于固定光纤与输出口的连接端。为避免分光器输出端与光纤连接处不稳定而脱落或解除不良，最终导致输出到样本孔410或参比孔420的光线弱或不稳定的问题，在分光器输出端设置固定头220，将输出端与光线连接处固定一段，可以增加输出光线的稳定性。

具体的，固定头220可以设置为空心圆柱，其内直径可以参照前述同心圆的直径设置，保证连接分光器输出端与微板孔的光纤可以从固定头220中间穿过。当然，还可以在固定头220内光纤之间设置填充物，可以进一步固定光纤在固定头220内的位置，避免光纤在固定头220内晃动，影响光纤与分光器输出端连接的稳定性。

本申请的第二方面，提出一种酶标仪，该酶标仪包括本申请第一方面提出的光路系统。

在本申请的一些实施例中，酶标仪还包括控制器，控制器与分光组件200连接，控制器用于根据参比孔420的光强变化校准样本孔410的光强。通过设置参比孔420，可以根据参比孔420的光强变化，及时对样本孔410的光强进行补偿校准，以保证实验结果的准确。

进一步的，控制器还与联动机构300连接，控制器可以根据实验要求，设定依次切换预设波段的LED灯源110，以提高实验效率。

使用时，将光纤输出端400对准一列微板孔，使用中心波长为405nm的LED灯源110，对应的滤光片140，也使用中心波长为405nm的滤光片140，若微板为8X12孔的，则将光纤输出端400依次切换12次微板的位置，控制器分别读取并记录该LED灯源110下，每个样本的吸光度；再切换下一个，例如中心波长为450nm的LED灯源110，此时联动机构300联动控制，自动切换对应中心波长的滤光片140，再在此光源下依次切换12次微板的位置，控制器再分别读取并记录此LED灯源110下，每个样本的吸光度，以此类推。最终控制器对每个样本在各个中心波长的LED灯源下吸光度进行计算，得到全部样本的酶联免疫反应的实验结果。

当然，为增加实验的灵活性，也可以人为控制联动机构300切换预设波段的LED灯源110。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

申请人声明，以上所述实施例仅表达了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，对于本行业的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和范围的前提下，还可以做出各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光路系统，其特征在于，包括：

光源组件，所述光源组件包括凸透镜，以及设置于凸透镜一侧的LED灯源；其中，所述LED灯源在所述凸透镜另一侧与所述凸透镜不同距离处形成不同直径的光斑；

分光组件，所述分光组件包括分光器和多根光纤，所述分光器的输入端设置于形成直径为第一预设阈值范围的光斑处，所述分光器上设置有多个分光孔，所述分光孔的输入端用于接收所述光斑，所述光纤输入端与所述分光孔的输出端连接，所述光纤输出端包括参比孔和样本孔，所述样本孔与微板孔连接；其中，所述微板孔内装载有实验样本，与多个所述样本孔连接的多个分光孔平均分布在一个同心圆上，与所述参比孔连接的分光孔设置于所述同心圆的圆心，所述第一预设阈值范围根据所述分光器截面直径设置。

2.根据权利要求1所述的光路系统，其特征在于，还包括联动机构，所述联动机构上设置有多个不同波段的所述LED灯源，所述联动机构用于切换所述LED灯源。

3.根据权利要求2所述的光路系统，其特征在于，所述联动机构上还设置有多个滤光片，所述滤光片设置于所述凸透镜和所述分光器之间，所述联动机构用于同时切换对应波段的所述LED灯源与所述滤光片；其中，每个所述滤光片与所述LED灯源一一对应。

4.根据权利要求3所述的光路系统，其特征在于，所述联动机构包括第一驱动单元、第一传送带、连接部、灯源底座和滤光片底座，所述连接部一端与所述灯源底座固定连接，另一端与所述滤光片底座连接，所述连接部的中部与所述第一传送带固定连接，所述灯源底座上设置有多个所述LED灯源，所述滤光片底座上设置有多个所述滤光片。

5.根据权利要求4所述的光路系统，其特征在于，所述联动机构还包括滑轨，所述滑轨设置于所述连接部下方，所述连接部与所述滑轨滑动连接。

6.根据权利要求1所述的光路系统，其特征在于，所述样本孔设置有4个或8个，与4个或8个所述样本孔连接的分光孔平均分布在同心圆上，与所述参比孔连接的分光孔设置于所述同心圆的圆心。

7.根据权利要求1所述的光路系统，其特征在于，所述分光器输出端设置有固定头，所述固定头用于固定所述光纤与所述输出口的连接端。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光路系统，其特征在于，所述光源组件还包括第一光通道，所述第一光通道设置于所述LED灯源与所述分光器之间，所述凸透镜设置于所述第一光通道内部。

9.一种酶标仪，其特征在于，所述酶标仪包括权利要求1至8任一项所述的光路系统。

10.根据权利要求9所述的酶标仪，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述分光组件连接，所述控制器用于根据所述参比孔的光强变化校准所述样本孔的光强。