CN118111917A - 一种高通量的生物样本测试光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高通量的生物样本测试光学装置，包括依次排布的激光光源、分束组件、透镜组以及样本组件，所述激光光源发出光束入射所述分束组件，所述分束组件对所述光束进行功率上分束形成若干分束光，分束光经过所述透镜组成像或聚焦至所述样本组件，等光程或不等光程的分束光分别照射在若干样本上。所述高通量的生物样本测试光学装置每个通道之间的光学偏差很小，适用性更好，占用空间更小，使用成本更低。

Description

一种高通量的生物样本测试光学装置

技术领域

本发明涉及生物样本分析仪相关技术领域，更准确的说涉及一种高通量的生物样本测试光学装置。

背景技术

流式细胞仪、血液分析仪、流式荧光仪等生物样本分析仪，如果采用激光激发的方式，一般仅具有一个样本分析池或样本分析位置，样本池可以为尺寸较小的毛细管等，也可以为尺寸较大的流式池、微流控芯片、比色皿等。生物样本分析仪的激光光源发出的光束经过合束整形等过程，最终聚焦在样本上。现有的生物样本分析仪中，每个波长的激光光源只有一个聚焦点，对应单一样本分析池或样本分析位置，即一台样本分析仪同一时间仅能对一个样本进行分析。在这种情况下，样本分析速度较慢，无法满足大量样本短时间内检测的需求，难以适应医院等样本量大的应用场景。

为了提高检测分析的效率，目前的解决方案通常为采购多台生物样本分析设备同时进行检测，这种方式有三个缺点：第一，设备之间存在来自激光源、探测端以及装配偏差等带来的天然偏差，即使同型号的设备也需要互相参照进行校准，操作繁琐，且校准过程会导致设备本身检测范围变窄；第二，多台生物样本分析设备需要分别重复操作，耗时较长；第三，多台设备的采购及运行成本较高。

为了解决上述问题，本领域还提出了通过线形激光对样本进行激发的方案，将多个样本池紧密排列，形成多通道检测点，之后利用线形的激光光斑对多个样本池进行照射激发。采用线形激光激发的方式存在以下缺点：第一是难以确保线形激光的能量分布的均匀性，不同通道之间的偏差依然存在；第二是线形激光的长度有限，仅能覆盖较短的范围，适用于密集排布的毛细管等样本池形式，不适用于大尺寸样本池分散排布的情况。

综上，本领域需要对现有激光激发生物样本分析仪的光学装置进行改进，以采用单个激光源照射激发多个样本，同时减少偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高通量的生物样本测试光学装置，通过光学元件对单一光源发出的光束进行分光，分别照射在不同的样本池或样本通道上，以减小样本受照射参数之间的偏差，同时方便调节。

为了达到上述目的，本发明提供一种一种高通量的生物样本测试光学装置，包括依次排布的激光光源、分束组件、透镜组以及样本组件，所述激光光源发出光束入射所述分束组件，所述分束组件对所述光束进行功率上分束形成若干分束光，分束光经过所述透镜组成像或聚焦至所述样本组件，等光程或不等光程的分束光分别照射在若干样本上。

优选地，包括光程调节组件，所述光程调节组件位于所述分束组件和所述透镜组之间，所述分束光分别入射所述光程调节组件，所述分束光经过所述光程调节组件后形成等光程的分束光，等光程的分束光入射所述透镜组。

优选地，所述分束组件包括若干平行排布的分束镜，所述光束入射一个所述分束镜。

优选地，所述光程调节组件包括若干等效光程棱镜，所述等效光程棱镜分别与所述分束镜对应设置。

优选地，所述光束入射排布在端部的所述分束镜，所述等效光程棱镜的数量比所述分束镜的数量少一个，距离所述光束最远的所述分束镜不设置对应的所述等效光程棱镜。

优选地，所述光束入射排布在中间的所述分束镜，所述等效光程棱镜的数量比所述分束镜的数量少一个或两个，距离所述光束最远的所述分束镜不设置对应的等效光程棱镜。

优选地，所述光程调节组件包括若干等效光程棱镜和等效光程补偿光路组。

优选地，所述等效光程补偿光路组由若干反射镜组成。

本发明提供一种高通量的生物样本测试光学装置，包括依次排布的激光光源、分束组件、透镜组件以及样本组件，所述分束组件包括若干平行排布的分束镜，所述透镜组件包括若干透镜组，所述样本组件包括若干样本通道，所述透镜组分别与所述分束镜对应设置，所述样本通道分别与所述透镜组对应设置，不同所述透镜组与对应所述分束镜之间的存在距离差来调节光程，到达所述透镜组的分束光光程相同。

本发明提供一种高通量的生物样本测试光学装置，包括激光光源、分束组件、光程调节组件、透镜组以及样本组件，所述分束组件包括若干分束镜和若干分光棱镜，所述光程调节组件包括若干反射棱镜，所述分束镜及所述分光棱镜依次排布，所述激光光源发出的光束依次经过若干所述分束镜及所述分光棱镜后入射所述透镜组，所述分光棱镜调节光束光程，同时所述光束被所述分束镜及所述分光棱镜反射形成分束光，所述分束光分别入射反射棱镜，经过所述反射棱镜反射后入射所述透镜组，通过所述反射棱镜的设置位置调节所述分束光的光程，所述光束及所有所述分束光入射所述透镜组时的光程相同。

现有技术相比，本发明公开的一种高通量的生物样本测试光学装置的优点在于：所述高通量的生物样本测试光学装置通过光学元件对单一光源发出的光束进行分光，分别照射在不同的样本上，由于采用单一光源，每个通道之间的光学偏差很小，有助于提高大规模测试的精准度；所述高通量的生物样本测试光学装置可以适用于不同的样本池分布方式，适用性更好；采用所述高通量的生物样本测试光学装置的生物样本分析仪能够独立进行大批量样本分析，调节操作更加方便，占用空间更小，使用成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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他的附图。

如图1所示为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第一个较佳实施例的结构示意图。

如图2所示为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第二个较佳实施例的结构示意图。

如图3所示为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第三个较佳实施例的结构示意图。

如图4所示为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第四个较佳实施例的结构示意图。

如图5所示为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第五个较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第一个较佳实施例，所述高通量的生物样本测试光学装置包括依次排布的激光光源1、分束组件2、光程调节组件3、透镜组4以及样本组件5，激光光源1发出光束入射分束组件2，分束组件2对光束进行功率上分束形成若干分束光，分束光分别入射光程调节组件3，分束光经过光程调节组件3后形成等光程的分束光，等光程的分束光入射透镜组4，经过透镜组4成像或聚焦至样本组件5，等光程的分束光分别照射在若干样本上。等光程的分束光均由同一光束分束形成，波长、光斑大小、噪声、偏移等各项性能指标完全相同，分束光之间的光学偏差很小，无需分别进行校准。本实施例适用于样本池密集排列的情况。

值得注意的是，光程调节组件3是针对分束光数量较多，部分分束光光程相差较大情况设置的。对于激光光源1为准直激光光源，且分束光数量较少的情况，即分束光的光程相差不大时，可以不设置光程调节组件3。

具体的，激光光源1可以为单个单色激光光源或多色激光光源，输出单个光束；激光光源1还可以包括多个激光光源及合束光组件，多个激光光源发出的光经合束光组件合束后输出单个光束。光束可以为准直光束或非准直光束，根据生物样本分析仪的具体情况进行选取；针对非准直光束可以在后续分束光的光路中增加相应焦距的透镜来弥补不同光路带来的非准直情况。

分束组件2包括若干平行排布的分束镜21，光束入射排布在端部的分束镜21，排布在端部的分束镜21将光束分束形成两个分束光，一分束光入射光程调节组件3，另一分束光入射相邻的分束镜21，依次排布的分束镜21将光束分束形成与分束镜21数量相同的分束光分别入射光程调节组件3。分束组件2至少包括两个分束镜21，优选包括8或16个分束镜21。为了保证分束光的光强一致性，可以选择性的在分束镜21之后的光路中增加偏振片、波片、偏振片组合进行微调。

分束镜21可采用多种形式的分束形式，如采用预设透反射比例镀膜的分束镜，或利用光束偏振特性分束的分束镜等形式。具体的，镀膜的分束镜可以通过改变镀膜参数来实现不同的功率分束需求；利用偏振特性分束的分束镜包括偏振片和偏振分光棱镜，首先利用偏振片将光束调节为圆偏振或椭圆偏振，再利用偏振分光棱镜将两个不同偏振方向的光束分开；分束镜还可以为菲涅尔透镜，根据菲涅尔反射公式，在不镀膜的情况下，利用分束镜的入射角度和光束的偏振特性来进行分光。

光程调节组件3包括若干等效光程棱镜31，等效光程棱镜31分别与分束镜21对应设置，且等效光程棱镜31的数量比分束镜21的数量少一个，距离光束最远的分束镜21不设置对应的等效光程棱镜31。各等效光程棱镜31的光程距离不同，以适配不同分束光入射时的不同光程，经过光程调节组件3后的分束光光程完全相同。

如图2所示，为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第二个较佳实施例，所述高通量的生物样本测试光学装置包括依次排布的激光光源1、分束组件2、光程调节组件3、透镜组4以及样本组件5，激光光源1发出光束入射分束组件2，分束组件2对光束进行功率上分束形成若干分束光，分束光分别入射光程调节组件3，分束光经过光程调节组件3后形成等光程的分束光，等光程的分束光入射透镜组4，经过透镜组4成像或聚焦至样本组件5，等光程的分束光分别照射在若干样本上。其中，分束组件2包括若干平行排布的分束镜21。本实施例与第一个较佳实施例的区别点在于，光束入射排布在中间的分束镜21，光程调节组件3包括若干等效光程棱镜31，等效光程棱镜31分别与分束镜21对应设置，且等效光程棱镜31的数量比分束镜21的数量少一个或两个(分别针对分束镜21数量为偶数或奇数的情况)，距离光束最远的分束镜21不设置对应的等效光程棱镜。本实施例同样适用于样本池密集排列的情况。

如图3所示，为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第三个较佳实施例，所述高通量的生物样本测试光学装置包括依次排布的激光光源1、分束组件2、光程调节组件3、透镜组4以及样本组件5，激光光源1发出光束入射分束组件2，分束组件2对光束进行功率上分束形成若干分束光，分束光分别入射光程调节组件3，分束光经过光程调节组件3后形成等光程的分束光，等光程的分束光入射透镜组4，经过透镜组4成像或聚焦至样本组件5，等光程的分束光分别照射在若干样本上。其中，分束组件2包括若干平行排布的分束镜21。本实施例与第一个较佳实施例的区别点在于，光程调节组件3A包括若干等效光程棱镜31和等效光程补偿光路组31A，等效光程补偿光路组31A由若干反射镜组成，通过反射分束光来增加光程。

如图4所示，为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第四个较佳实施例，所述高通量的生物样本测试光学装置包括依次排布的激光光源1、分束组件2、透镜组件4A以及样本组件5A，分束组件2包括若干平行排布的分束镜21，透镜组件4A包括若干透镜组41A，样本组件5A包括若干样本通道51A，透镜组41A分别与分束镜21对应设置，样本通道51A分别与透镜组41A对应设置，不同透镜组41A与对应分束镜21之间的距离存在差别，从而对光程差进行调节，使得到达透镜组41A的分束光光程相同。本实施例适用于比色皿、微流控、流式池等样本通道尺寸较大，需要分散排布的情况。

值得注意的时，分束组件2和透镜组件4A之间可以设置光程调节组件，通过光程调节组件对分束光的光程进行调节，不通过透镜组41A与分束镜21之间距离调节来调节光程差。光程调节组件可采用等效光程棱镜或等效光程补偿光路组的形式。

如图5所示，为本发明一种高通量的生物样本测试光学装置的第五个较佳实施例，所述高通量的生物样本测试光学装置包括激光光源1、分束组件2A、光程调节组件3B、透镜组以及样本组件，分束组件2A包括若干分束镜21和若干分光棱镜21A，光程调节组件3B包括若干反射棱镜31B，分束镜21及分光棱镜21A可依次排布，光束依次经过若干分束镜21及分光棱镜21A后入射透镜组，分光棱镜21A调节光束光程，同时光束被分束镜21及分光棱镜21反射形成分束光，分束光分别入射反射棱镜31B，经过反射棱镜31B反射后入射透镜组，通过反射棱镜31B的设置位置调节分束光的光程，使得光束及所有分束光入射透镜组时的光程相同。本实施例中各部件的设置方式更加灵活，可以适配不同的样本通道形式。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，包括依次排布的激光光源、分束组件、透镜组以及样本组件，所述激光光源发出光束入射所述分束组件，所述分束组件对所述光束进行功率上分束形成若干分束光，分束光经过所述透镜组成像或聚焦至所述样本组件，等光程或不等光程的分束光分别照射在若干样本上。

2.如权利要求1所述的高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，包括光程调节组件，所述光程调节组件位于所述分束组件和所述透镜组之间，所述分束光分别入射所述光程调节组件，所述分束光经过所述光程调节组件后形成等光程的分束光，等光程的分束光入射所述透镜组。

3.如权利要求2所述的高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，所述分束组件包括若干平行排布的分束镜，所述光束入射一个所述分束镜。

4.如权利要求3所述的高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，所述光程调节组件包括若干等效光程棱镜，所述等效光程棱镜分别与所述分束镜对应设置。

5.如权利要求4所述的高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，所述光束入射排布在端部的所述分束镜，所述等效光程棱镜的数量比所述分束镜的数量少一个，距离所述光束最远的所述分束镜不设置对应的所述等效光程棱镜。

6.如权利要求4所述的高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，所述光束入射排布在中间的所述分束镜，所述等效光程棱镜的数量比所述分束镜的数量少一个或两个，距离所述光束最远的所述分束镜不设置对应的等效光程棱镜。

7.如权利要求2所述的高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，所述光程调节组件包括若干等效光程棱镜和等效光程补偿光路组。

8.如权利要求7所述的高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，所述等效光程补偿光路组由若干反射镜组成。

9.一种高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，包括依次排布的激光光源、分束组件、透镜组件以及样本组件，所述分束组件包括若干平行排布的分束镜，所述透镜组件包括若干透镜组，所述样本组件包括若干样本通道，所述透镜组分别与所述分束镜对应设置，所述样本通道分别与所述透镜组对应设置，不同所述透镜组与对应所述分束镜之间的存在距离差来调节光程，到达所述透镜组的分束光光程相同。

10.一种高通量的生物样本测试光学装置，其特征在于，包括激光光源、分束组件、光程调节组件、透镜组以及样本组件，所述分束组件包括若干分束镜和若干分光棱镜，所述光程调节组件包括若干反射棱镜，所述分束镜及所述分光棱镜依次排布，所述激光光源发出的光束依次经过若干所述分束镜及所述分光棱镜后入射所述透镜组，所述分光棱镜调节光束光程，同时所述光束被所述分束镜及所述分光棱镜反射形成分束光，所述分束光分别入射反射棱镜，经过所述反射棱镜反射后入射所述透镜组，通过所述反射棱镜的设置位置调节所述分束光的光程，所述光束及所有所述分束光入射所述透镜组时的光程相同。