CN212111142U - 一种便携式光学探测仪的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种便携式光学探测仪的光学系统，属于光学检测技术领域。其光源（10）发出的光经前置光学探测系统、样品试管放置处（20）和后置光学探测系统后由光学探测器（50）接收，所述前置光学探测系统依次包含透镜Ⅰ（12）、滤光片Ⅰ（14）、互斥滤光器Ⅰ（15）和光栏Ⅰ（16）；所述后置光学探测系统依次设置有球面透镜（40）、光栏Ⅱ（41）、互斥滤光器Ⅱ（43）、滤光片Ⅱ（42）和透镜Ⅲ（44），所述球面透镜（40）将近90度角度内的荧光收集起来通过光栏Ⅱ（41）、互斥滤光器Ⅱ（43），再经过滤光片Ⅱ（42）和透镜Ⅲ（44）到达光学探测器（50）。本实用新型便携式光学探测仪的光学系统，体积小、噪声低且检测精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种便携式光学探测仪的光学系统，属于光学检测技术领域，用于食品卫生、医疗及生物科学领域对微弱荧光信号进行检测。
背景技术
目前，荧光检测被广泛应用于生物、化学、医药、食品安全等行业，它是生物DNA检测与排序、化学分子及材料组分识别、医学癌细胞诊断中的必不可少的检测手段；这类检测都是通过大型的荧光光谱仪来实现。这类光谱仪的优点是灵敏度高、光谱范围宽，缺点是成本高，所需样品量大，不适合于现场实时检测。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种体积小的便携式光学探测仪的光学系统。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型提供了一种便携式光学探测仪的光学系统，其包括前置光学探测系统、样品试管放置处和后置光学探测系统，
所述前置光学探测系统的前方设置光源，所述后置光学探测系统的后方设置接受光学探测系统检测到的荧光信号的光学探测器，所述光源发出的光经前置光学探测系统、样品试管放置处和后置光学探测系统后由光学探测器接收，所述前置光学探测系统依次包含透镜Ⅰ、滤光片Ⅰ、互斥滤光器Ⅰ和光栏Ⅰ，所述光源置于透镜Ⅰ的前方；
所述后置光学探测系统依次设置有球面透镜、光栏Ⅱ、互斥滤光器Ⅱ、滤光片Ⅱ和透镜Ⅲ，所述透镜Ⅲ置于光学探测器前方；所述球面透镜将近90度角度内的荧光收集起来通过光栏Ⅱ、互斥滤光器Ⅱ，再经过滤光片Ⅱ和透镜Ⅲ到达光学探测器；球面透镜与透镜Ⅰ形成一个90度光学共焦系统。
可选地，所述滤光片Ⅰ为低通或带通滤光片。
可选地，所述滤光片Ⅱ为介质膜或吸收性滤光片。
可选地，所述滤光片Ⅱ为长通滤光片或带通滤光片。
可选地，所述光学探测器包括但不限于硅光探测器、集成光探测器、光雪崩二极管探测器或光电信增管。
可选地，所述光源由LED作为激发光源。
可选地，所述互斥滤光器Ⅱ为一对交叉线性偏振器。
可选地，所述互斥滤光器Ⅰ为一对交叉线性偏振器。
有益效果
本实用新型提供了一种便携式光学探测仪的光学系统，由于球面透镜与透镜Ⅰ形成一个90度光学共焦系统，球面透镜可以接收到更多的信号和更微弱的信号，从而使得样品发出的荧光能够被最大化的收集，同时使整个结构更加小巧，方便携带；样品与探测器分别相对于球面透镜和透镜Ⅲ呈对称结构，都处于透镜的焦点上，这种结构能够保证样品发出的荧光平行透过滤光片Ⅱ，使用交叉线性偏振器，进一步进行光学隔离，提高紧凑型荧光计的灵敏度，这样就消除了由于入射角不同会带来干涉滤光片通光波长位移的缺点，提高了检测精度。
附图说明
图1为本实用新型便携式光学探测仪的光学系统的结构示意图；
图2为使用365纳米激发波长的灵敏度验证测试结果；
图3为使用365纳米激发波长的信号线性度验证测试结果；
图4为图1的另一个实施例结构示意图；
图中：
光源10
透镜Ⅰ12
滤光片Ⅰ14
互斥滤光器Ⅰ15
光栏Ⅰ16
光栏Ⅱ41
球面透镜40
滤光片Ⅱ42
互斥滤光器Ⅱ43
透镜Ⅲ44
样品试管放置处20
光学探测器50。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型涉及一种便携式光学探测仪的光学系统，其包括前置光学探测系统、样品试管放置处20和后置光学探测系统。
前置光学探测系统的前方设置光源10，所述光源10由LED作为激发光源。后置光学探测系统的后方设置光学探测器50，接受光学探测系统检测到的荧光信号。所述光源10发出的光经前置光学探测系统、样品试管放置处20和后置光学探测系统后由光学探测器50接收。所述光学探测器50包括但不限于硅光探测器、集成光探测器、光雪崩二极管探测器或光电信增管。
前置光学探测系统依次包含透镜Ⅰ12、滤光片Ⅰ14、互斥滤光器Ⅰ15和光栏Ⅰ16，所述透镜Ⅰ12置于光源10前方，滤光片Ⅰ14为激发滤光片（低通或带通），其作用是将激发光中与样品荧光光谱成分重合的部分滤掉，只透过能够对样品有效的荧光。光栏Ⅰ16的作用是在空间上对激发光进行约束，避免激发光照射到试管壁较大的范围内，从而产生散射光对测量结果造成影响。滤光片Ⅰ14可选用低通或带通滤光片，滤光片Ⅰ14的作用是将激发光中与样品荧光光谱成分重合的部分滤掉，只透过能够对样品有效的荧光。互斥滤光器Ⅰ15为一对交叉线性偏振器，其置于滤光片Ⅰ14和光栏Ⅰ16之间，其第一偏振片的90°处的第二偏振片位置可以阻挡反射或散射的光，阻挡率通常高于99％。
后置光学探测系统依次设置有球面透镜40、光栏Ⅱ41、互斥滤光器Ⅱ43、滤光片Ⅱ42和透镜Ⅲ44。光栏Ⅱ41的作用是将源自试管壁上的散射光和荧光去除掉，只通过源自样品的荧光。在光栏Ⅱ41前增加球面透镜40可以将近90度角度内的荧光收集起来通过光栏Ⅱ41、互斥滤光器Ⅱ43，再经过滤光片Ⅱ42和透镜Ⅲ44到达光学探测器50，透镜Ⅲ44置于光学探测器50的前方。
球面透镜40与透镜Ⅰ12形成一个90度光学共焦系统，它们的焦点在样品试管放置处20的样品内重合，从而达到高效率的荧光成分的收集，经球面透镜40准直后的荧光再通过滤光片Ⅱ42和透镜Ⅲ44，将荧光由透镜Ⅲ44汇聚到光学探测器50上。滤光片Ⅱ42为介质膜或吸收性滤光片，其作用是将激发光去掉，而只透过荧光成分，滤光片Ⅱ42也可选用长通滤光片或带通滤光片；光栏Ⅱ41的作用是将源自试管壁上的散射光和荧光去除掉，只通过源自样品的荧光。互斥滤光器Ⅱ43为一对交叉线性偏振器，其置于滤光片Ⅱ42和透镜Ⅲ44之间，其与互斥滤光器Ⅰ15配合使用，具体为互斥滤光器Ⅱ43的第一偏振片的90°处的第二偏振片位置将阻挡这种反射或散射的光，阻挡率通常高于99％。
上述一种便携式光学探测仪的光学系统工作时，由激发光源LED发出的光经由透镜Ⅰ12汇聚到样品试管放置处20的样品试管中，激发光到达样品之前需先通过滤光片Ⅰ14和光栏Ⅰ16；在激发光作用下，由样品发出的荧光经由光栏Ⅱ41、球面透镜40、滤光片Ⅱ42和透镜Ⅲ44后，最后到达光学探测器50。当光源10发出的光激发到样品管上时，由于反射或散射的激发光线的大部分在原始偏振方向上被变成线性偏振，这种配置将大大降低背景噪声，为整个便携式光学探测仪的光学系统提供了相当好的光学隔离。
本实用新型上述便携式光学探测仪的光学系统通过球面透镜40与透镜Ⅰ12形成一个90度光学共焦系统，从而使得样品发出的荧光能够被最大化的收集，从而增加了便携式光学探测仪的光学系统的检测灵敏度，如图2和图3所示，其中，图2为使用365纳米激发波长的灵敏度验证测试结果：25 pM荧光试剂信号明显，与台式荧光探测仪相当。图3为使用365纳米激发波长的信号线性度验证测试结果：信号从低浓度到10000pM保持线性。
进一步地，我们可以将两组光学组件放在一个机械外壳中，如图4所示，为图1的另一个实施例结构示意图，其通过独立操作每个光学组件，我们可以将此便携式光学探测仪的光学系统用于两种不同的激发波长，如365纳米激发波长和450纳米激发波长。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：其包括前置光学探测系统、样品试管放置处（20）和后置光学探测系统，
所述前置光学探测系统的前方设置光源（10），所述后置光学探测系统的后方设置接受光学探测系统检测到的荧光信号的光学探测器（50），所述光源（10）发出的光经前置光学探测系统、样品试管放置处（20）和后置光学探测系统后由光学探测器（50）接收，所述前置光学探测系统依次包含透镜Ⅰ（12）、滤光片Ⅰ（14）、互斥滤光器Ⅰ（15）和光栏Ⅰ（16），所述光源（10）置于透镜Ⅰ（12）的前方；
所述后置光学探测系统依次设置有球面透镜（40）、光栏Ⅱ（41）、互斥滤光器Ⅱ（43）、滤光片Ⅱ（42）和透镜Ⅲ（44），所述透镜Ⅲ（44）置于光学探测器（50）前方；所述球面透镜（40）将近90度角度内的荧光收集起来通过光栏Ⅱ（41）、互斥滤光器Ⅱ（43），再经过滤光片Ⅱ（42）和透镜Ⅲ（44）到达光学探测器（50）；球面透镜（40）与透镜Ⅰ（12）形成一个90度光学共焦系统。
2.如权利要求1所述的便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：所述滤光片Ⅰ（14）为低通或带通滤光片。
3.如权利要求1所述的便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：所述滤光片Ⅱ（42）为介质膜或吸收性滤光片。
4.如权利要求1所述的便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：所述滤光片Ⅱ（42）为长通滤光片或带通滤光片。
5.如权利要求1至4中任一项所述的便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：所述光学探测器（50）为硅光探测器、集成光探测器、雪崩光电二极管探测器或光电信增管。
6.如权利要求1至4中任一项所述的便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：所述光源（10）由LED作为激发光源。
7.如权利要求1至4中任一项所述的便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：所述互斥滤光器Ⅱ（43）为一对交叉线性偏振器。
8.如权利要求1至4中任一项所述的便携式光学探测仪的光学系统，其特征在于：所述互斥滤光器Ⅰ（15）为一对交叉线性偏振器。
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