CN206638566U - 一种用于血细胞分析仪的光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于血细胞分析仪的光学系统，用于采用流式细胞方法分析血细胞的分析仪。本实用新型取消了收集透镜和分束棱镜，使用一个光阑和一个集成化的光电二极管配合，让散射光信号直接进入光电二极管的接受面元。这就使得信号收集系统收集的散射光范围更大，角度更加准确。同时由于取消了2个组件，使得系统的结构复杂度降低，使仪器简化，优化完的光学系统体积约为原系统的1/3。

Description

一种用于血细胞分析仪的光学系统

技术领域

本发明涉及血细胞分析仪，尤其涉及血细胞分析仪用的光学系统。

背景技术

在血细胞的分类计数领域，常用的技术手段为电阻抗法和流式细胞法。电阻抗法是让细胞通过一个狭长的通道，通道中充满带有一定电导率的电解液。而细胞本身是近乎绝缘的，这样，在通道两侧加上一定的恒定电流，当细胞通过该通道时，由于通道中电阻率的变化，会导致通道两侧的电压产生变化。据此，可以推断出细胞的大小。

流式细胞法是让细胞被鞘液携裹着通过一检测区域。在该区域中，细胞被照射光照亮，并向全空域发出散射光，收集一定角度的散射光，比如说与照明主光轴夹角为1~5度（小角度）和6~22度（大角度）的两部分散射光，进行光电转换后形成二维散点图，事实上，一般认为小角度的散射光信号代表了细胞的大小，大角度的散射光代表细胞内部的复杂程度。

因为电阻抗法只能检测细胞的大小，而不能检测其他的细胞信息，因此其使用的场合比较有限，比如，电阻抗法不能区分白细胞中的中性粒细胞和嗜碱性粒细胞。

在血细胞分析领域，一般都是结合上述两种方案，使用电阻抗发检测红细胞和血小板，使用流式细胞法检测白细胞的五分类，综合上述结果后，得到完整的血细胞分析计数的数据。

上述流式细胞法的光学系统一般包括照明单元、鞘流池单元、压力液路单元和信号处理单元。其中照明单元将光源（一般为激光）发出的光准直整形后，变成横截面为椭圆型的光斑，照射至鞘流池。鞘流池提供了一个光学检测区域，在该区域中，利用鞘流原理将白细胞样本携裹在鞘流中，使白细胞逐个通过该区域。通过该区域的细胞被照明单元照亮后，在全空域发出散射光；信号处理单元按照散射光角度的不同收集散射光信息，并转换为电信号。这些电信号经甄别、处理、分析后可形成直观的一维直方图或者二维散点图，从而得到白细胞的分类和计数信息。

现有技术中，如图1所示，通常的白细胞计数仪都需要将光源11发出的光经过一个光学系统12、13聚焦在鞘流池2的中心区域。当细胞通过鞘流池2的中心区域时将被激光照亮，发出的散射光如图2所示，被信号处理单元收集、整形后，进行光电转换。

在图2中收集透镜31 的主要作用是收集鞘流池2中细胞发出的散射光，并整形为平行光，平行光进入分束棱镜32后，按能量平均分为两份，一份透射至小光阑33A，一份反射至大光阑33B。小光阑33A为一个环形透光区域的光阑，其透射的散射光与照射主光轴的夹角为1~5度左右。大光阑33B也为一个环形透光区域的光阑，其透射的散射光与照射主光轴的夹角为6~22度左右。散射光被光阑按角度过滤后，进入后续的汇聚透镜34A或者34B，被汇聚成一个小光电，进入35A或者35B进行光电转换。电信号被放大，滤波、整形后转化为数字信号，形成2维散点图，对被检测的细胞进行分类。

上述系统出现的一个问题是，如图2中所述的收集系统中，收集透镜31的收集能力即数值孔径（NA）决定着能被收集的最大的散射光角度。从目前的技术水平来看，即使采用非球面透镜，收集透镜31比较合适的NA值也应不大于0.5，由此，能够收集的最大散射角度不大于22度。这就对散射光信号的收集进行了一定的限制，其能够反应细胞内部结构的更高角度的散射光都不能进入收集系统。

上述系统出现的另一个问题是，在图2中，32为分束棱镜，事实上是一种干涉滤光片，主要作用是将45度射入的平行光一部分透射，一部分反射，其理想的透射反射比为1:1。但是，典型的分束棱镜分光曲线如图3所示，P分量表示电矢量平行于入射面的光束分量，S分量表示电矢量垂直与入射面的光束分量，事实上，P分量和S分量即为光束的偏振方向。

由图可以看出，P分量和S分量的反射率在各个波段处均不相同。在该系统中，由于光源11一般为半导体激光器，其发出的光为高偏振光（而非自然光），经细胞散射后，其偏振状态随着出射的空间角呈现有规律的分布情况，这种散射光进入分束棱镜32后，因为每束光对应空间角的偏振态不同，导致其反射透射率都在发生变化，相当于并非1:1分光，并且每束光的分光比都可能不同。

这样产生的后果是，系统并不是准确收集相应角度的散射光，对后续信号处理带来误差，容易出现误判等影响分类结果的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种血细胞分析仪的光学系统，其不使用收集透镜，不适用分束棱镜，使得收集的散射光角度范围可以更广，信号可以更多，角度更加准确。该光学系统包括激光照明单元，鞘流单元和信号接收处理单元，其中，激光整形照明单元包括激光器和激光整形模块，其中激光整形模块对激光器发出的激光进行准直、汇聚和整形处理；鞘流单元提供样本检测区域，形成用于检测的单排成队列逐一通过的样本流；信号接收处理单元用于接收从样本检测区域发出的有用散射光信号，进行光电转换，并对转换形成的电信号进行放大。

本发明中所述的信号接收处理单元至少包含一块环形光电二极管，所述的信号接收处理单元与鞘流单元之间不存在任何光学元件用以对散射光束进行收集、整形或者汇聚。

所述的激光器为半导体激光器，所述的激光整形模块至少包含一块非球面整形透镜，和两块整形用柱面透镜，且两块柱面透镜母线相互垂直放置。

所述的鞘流单元至少包含一个透明的鞘流池，其内部中空，中空部分的横截面为正方形，该正方形边长为0.15~0.3mm。

所述的环形光电二极管感光面元分为两个部分，成同心布置，第一感光面元为实心圆形感光面元，第二感光面元为环形感光面元，与第一感光面元同心布置，第二感光面元的内圆直径大于第一感光面元的实心圆直径。

还有一种方案是环形光电二极管感光面元分为两个部分，成同心布置，但第一感光面元为环形感光面元，第二感光面元也为环形感光面元，与第一部分同心布置，第二感光面元的内圆直径大于第一感光面元的外圆直径。

所述第二感光面元内圆直径应大于第一感光面元外圆直径，但最大不能超过2mm。

所述的第一感光面元与第二感光面元整合在一块感光电路板上。

所述感光电路板与鞘流单元之间，除一个用于挡光的光阑外，不存在用于对散射光进行收集、整形或者汇聚的其他光学原件。

本发明的有益效果为：在本发明中，取消了收集透镜和分束棱镜，使用环形光电二极管直接接收从鞘流池中的细胞上发出的散射光，使得散射光的收集范围变得更大，角度更加准确，取得了更好的分类效果。并且使得光学系统的结构比原来更小，约为原结构体积的1/3大小。在血细胞分析仪的小型化过程中，起到了有益的作用。

附图说明

图1为现有血细胞分析仪中光源系统示意图；

图2为现有血细胞分析仪中信号处理单元示意图；

图3为分束棱镜透射率曲线；

图4为本发明实施例示意图；

图5为接收光电二极管示意图；

图6为光阑示意图；

图7为实施例机械结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图4和实施例对本发明做进一步的详细说明：图中照明单元1使用激光器作为光源，经整形后照射至鞘流池2，鞘流池中的待测细胞被激光照亮，发出散射光，被信号处理单元单元3接收。在信号处理单元3与鞘流池2之间，不存在对散射光进行收集、汇聚或者整形的光学原件。鞘流池2中发射的散射光，直接射入光电二极管接收面元302和303。

其中302和303有两种可能的布置方式，如图5所示，第一种方式为第一感光面元302为圆形，第二感光面元303为环形，与第一感光面元302同心布置，且上述两个感光面元集成在基底304上。当上述散射光照射如第一感光面元302时，光信号被转换成电信号，且第一感光面元302对应的散射光角度范围比第二感光面元303要小，作为本实施例的一种，第一感光面元302对应的角度范围可以选为1~5度，第二感光面元对应的角度范围选为6~30度。一般来说第一感光面元302对应的最大角度要小于第二感光面元303对应的最小角度，且有一定的距离。受感光面元集成技术的工艺限制，上述距离不能为零，但可以小于0.1mm。这一距离的最大值应取决于设计者想要收集角度值，本实施例中，该距离值小于2mm。

感光面元的另一种布置方式与图5类似，只是第一感光面元302也为环形，其中心处不能感光，且环形内圆对应的角度值为1度。

如图4所示，在鞘流池2和感光面元302或者303之间，存在有一个挡光光阑301，其形状如图6所示，外圆对应的是需要收集的大角度范围的最大值，本实施例中需要的大角度范围为6~18度，则该外圆对应的角度应为18度，且该外圆对应的角度应小于感光面元303对应角度的最大值，比如本实施例中，感光面元303对应的角度值为6~22度，则挡光光阑外圆对应的角度值应小于22度，为18度。这比较容易理解，因为当光阑301外圆直径过大时，即使有相应角度的光透过光阑，也将超出第二感光面元303的接范围，成为无效光束。

光阑301中心的条形挡光部件为激光阻挡板，目的是阻挡由光源11发出，经整形后透过鞘流池，继续想后方传播的激光束，该激光束的主要目的是照明鞘流池2，但是在透过鞘流池2之后，透射的激光束仍然具有很高的能量值，但本身蕴含很少的细胞散射信息，所以在透过鞘流池2之后，透射激光应当做有害的杂散光来处理，因此在光阑301中心处布置该激光挡光板，用以阻挡有害的激光，所述激光阻挡板不能太窄，会导致激光阻挡不完全，也不能太宽，这样可能会阻挡过多的有用散射光，比如说1.1度的散射光。本实施例中的优选范围为0.2~1mm。

本实施例的机械结构示意图如图7，该结构相对于背景技术中提及的光学系统，体积缩小了约1/3。照明单元1，鞘流池单元2和信号收集处理单元3都安装在底板4上，图中305为收集单元调整旋钮，用于微调光阑301的位置，使其中的激光阻挡板处于激光光斑的中心处，并最大程度的阻挡激光。

以上内容是对本发明实施例的进一步详细说明，不能认定本发明只限于上述说明。对于本领域的普通技术人员，经简单改变或者替换即可得出的变形，在不脱离本发明构思的前提下，也应认为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于血细胞分析仪的光学系统，包括激光照明单元，鞘流单元和信号接收处理单元，其中，

所述的激光整形照明单元包括激光器和激光整形模块，所述的激光整形模块对激光器发出的激光进行准直、汇聚和整形处理；

所述的鞘流单元提供样本检测区域，形成用于检测的单排成队列逐一通过的样本流；

所述的信号接收处理单元用于接收从样本检测区域发出的有用散射光信号，进行光电转换，并对转换形成的电信号进行放大，其特征在于：

所述的信号接收处理单元至少包含一块环形光电二极管，或者光电池等其他光电转换元件，所述的信号接收处理单元与鞘流单元之间不存在任何光学元件用以对散射光束进行收集、整形或者汇聚。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的激光器为半导体激光器，所述的激光整形模块至少包含一块非球面整形透镜和两块整形用柱面透镜，且两块柱面透镜母线相互垂直放置。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的鞘流单元至少包含一个透明的鞘流池，其内部中空，中空部分的横截面为正方形，该正方形边长为0.15~0.3mm。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的环形光电二极管感光面元分为两个部分，成同心布置，第一感光面元为实心圆形感光面元，第二感光面元为环形感光面元，与第一感光面元同心布置，第二感光面元的内圆直径大于第一感光面元的实心圆直径。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的环形光电二极管感光面元分为两个部分，成同心布置，第一感光面元为环形感光面元，第二感光面元也为环形感光面元，与第一部分同心布置，第二感光面元的内圆直径大于第一感光面元的外圆直径。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于：所述第二感光面元内圆直径应大于第一感光面元外圆直径，但最大不超过第一感光面元外圆直径2mm。

7.根据权利要求4或5所述的光学系统，其特征在于：所述的第一感光面元与第二感光面元整合在一块感光电路板上。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的环形光电二极管感与鞘流单元之间，除一个用于挡光的光阑外，不存在用于对散射光进行收集、整形或者汇聚的其他光学原件。