CN214612496U - 一种包含复眼透镜的光路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种包含复眼透镜的光路系统，包括依次光路连通的激发端组件、样本端组件和成像端组件，通过添加使用复眼透镜对激发光束进行光束整形及匀光处理，使入射到样品槽的光能分布均匀，降低孔间的激发光强差异，提升了检测结果的可靠性，并可以根据需要形成指定形状的激发光照射范围，匹配样本孔区域范围，使激发光的能量能够得到充分利用，提升光能量利用率，可以降低所需的激发光强度标准，有助于起到节能作用。

Description

一种包含复眼透镜的光路系统

技术领域

本实用新型涉及基因测序荧光检测技术领域，尤其涉及一种包含复眼透镜的光路系统。

背景技术

实时荧光定量PCR(QPCR：Quantitative polymerase chain reaction)仪具有特异性强、灵敏度高、重复性好、定量准确、全封闭反应等优点，在生物和医学等相关领域得到广泛应用。荧光定量PCR荧光检测系统技术：荧光染料和荧光探针通过与目标基因特异性结合，释放出荧光信号，是在PCR扩增时加入荧光基团进行标记，扩增的结果通过荧光信号采集系统实时采集，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线和特定的数学原理对未知样品进行定量分析的方法，主要用于医学临床检测，生物医药研发，食品行业，科研院校等机构。

现有QPCR荧光检测过程中，一种常用的方法是采用聚光透镜组将光源发出的激发光聚光，再经由菲涅尔透镜调整准直后由多孔透镜组再次聚光照射到多个样本孔，实现多通道的荧光检测光源激发。但是，光源经过多次聚光、准直等处理后会在不同位置样本孔上形成较大差距的不同光程，使处于边缘位置的样本孔与处于中心位置的样本孔所获得的激发光能量产生较大差异，进而造成样本反馈出的荧光发射光强度不能统一，对于多通道检测造成很大影响；另一方面，为了能够全面覆盖所有样本孔，一般需要调整使激发光的整体照射范围大于样品孔的投影面积，而对于常用的矩形样本孔排列方式(例如96孔板)，现有技术所形成的圆形激发光必然存在相当大的照射区域不能被有效利用，造成较大的光能浪费。

由此可见，现有技术所形成的激发光存在严重的边缘效应且光能利用率较低，不能很好的适应多通道荧光检测使用。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提出一种包含复眼透镜的光路系统，通过添加使用复眼透镜对激发光束进行光束整形及匀光处理，使入射到样品槽的光能分布均匀，降低孔间的激发光强差异，提升了检测结果的可靠性，并可以根据需要形成指定形状的激发光照射范围，匹配样本孔区域范围，使激发光的能量能够得到充分利用，提升光能量利用率，可以降低所需的激发光强度标准，有助于起到节能作用。

为实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案包括：

一种包含复眼透镜的光路系统，其特征在于，包括依次光路连通的激发端组件、样本端组件和成像端组件；

所述激发端组件包括自激发光光源依次设置的准直透镜、激发滤光轮和复眼透镜，激发光经所述准直透镜、激发滤光轮和复眼透镜整形后通过二向色镜反射至样本端组件；

所述样本端组件包括菲涅尔透镜和聚光透镜组，激发光经所述菲涅尔透镜和聚光透镜组照射样本孔使样本产生荧光发射光，所述荧光发射光经所述聚光透镜组和菲涅尔透镜并穿透二向色镜到达成像端组件；

所述成像端组件包括发射滤光轮、成像镜头和图像传感器，所述荧光发射光经所述滤光轮和成像镜头在所述图像传感器上成像为检测图像。

进一步地，所述复眼透镜包括若干个依行列整齐排布的同尺寸矩形球面小透镜所形成的矩形透光区。

进一步地，所述复眼透镜通过增加形成矩形透光区的矩形球面小透镜数量减少激发光边缘与中心的光强差异。

进一步地，所述复眼透镜通过适配不同长宽比的矩形球面小透镜调节激发光的照射范围。

进一步地，所述激发端组件还包括设置在复眼透镜后的中继透镜，激发光经所述中继透镜调整并指向二向色镜。

进一步地，所述聚光透镜组包括若干与样本孔一一对应的聚光小透镜；激发光经所述聚光小透镜聚焦照射至该聚光小透镜对应的样本孔，样本产生的荧光发射光经与样本所在样本孔对应的聚光小透镜传导向二向色镜。

进一步地，包括固定安装在所述发射滤光轮上的多个二向色镜，所述多个二向色镜分别固定对应所述发射滤光轮上的滤光孔位并随所述发射滤光轮同步旋转。

进一步地，所述发射滤光轮随所述激发滤光轮同步旋转。

进一步地，所述激发光光源包括白光光源。

本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型所述包含复眼透镜的光路系统，通过在光路中使用复眼透镜使入射到样品槽的光能分布均匀，降低孔间的激发光强差异，提升了检测结果的可靠性；同时可以利用复眼透镜上矩形球面小透镜尺寸、数量进一步调整激发光，能够使激发光的实际光照区域匹配有效区域，充分利用激发光的能量，进而降低光源功率，减少能源消耗。

附图说明

图1为本实用新型包含复眼透镜的光路系统优选实施例结构示意图。

图2为本实用新型包含复眼透镜的光路系统优选实施例结构三维示意图。

图3a为本实用新型复眼透镜结构正视示意图。

图3b为本实用新型复眼透镜结构侧视示意图。

图4为一种现有技术结构示意图。

图5为一种现有技术结构三维示意图。

图6为现有技术激发光照射范围示意图。

附图编号说明：11-激发光光源、12-准直透镜、13-激发滤光轮、14-复眼透镜、141-矩形球面小透镜、15-中继透镜、21-菲涅尔透镜、22-聚光透镜组、31-二向色镜、32-发射滤光轮、33-成像镜头、34-图像传感器、4-96孔板、5-PCR管、61-第一透镜组、62-第二透镜组、63-反射镜。

具体实施方式

为了更清楚的理解本实用新型的内容，将结合附图和实施例详细说明。

如图1和图2所示为本实用新型包含复眼透镜的光路系统应用于多通道QPCR荧光检测装置中的一种优选实施例示意图，其中对应的多个样本分别存放于PCR管5并整齐码放在96孔板4上，是一种常用的多通道QPCR荧光检测对象。除了现有技术中常用的激发光光源11以及成像镜头33、图像传感器34外，优选实施例在光路设置上采用了含有复眼透镜14的特殊结构。

所述复眼透镜14构造优选的如图3a、图3b所示，包括若干个依行列整齐排布的同尺寸矩形球面小透镜141所形成的矩形透光区。通过多个矩形球面小透镜141可以将经过的激发光的能量均匀化排布，特别是可以通过增加所使用的矩形球面小透镜141数量来增加光能量均匀化效果；另外，每个矩形球面小透镜141的长宽比可以影响激发光通过后所形成的光照区域的范围、形状，通过调整合适的矩形球面小透镜141长宽比可以得到均匀覆盖样本投影面的激发光光照范围。这样，使用复眼透镜14一方面可以均匀激发光的光强，减少中心和边缘位置的光强差距，另一方面能够控制激发光的照射范围，避免光能量照射在有效区域以外形成浪费，从总体上非常有助于提升激发光的能量使用效率，在对样本实现同等强度激发光照射的情况下，采用本实用新型所述光路能够降低激发光光源11的运行功率，显著节省能源消耗，同时还可以减少热量产生，使系统的散热设计可以得到简化。

对于优选实施例中激发端组件所形成的光路，激发光经过准直透镜12进行准直后通过激发滤光轮13上的激发滤光片过滤，再通过复眼透镜14处理，光强均匀且具有特定照射范围。优选的，在复眼透镜14之后还设置有中继透镜15，激发光经中继透镜15调整至适合的放大倍率及焦距，再经二向色镜31折射投降样本端组件。

样本端组件优选的包括有由上至下依次设置的菲涅尔透镜21和聚光透镜组22。其中，聚光透镜组22由若干与样本所在PCR管5位置一一对应的聚光小透镜所组成，能够将激发光聚焦至样本位置，提高光能量使用效率。样本在激发光照射下反馈出荧光发射光，依次经过聚光透镜组22合菲涅尔透镜21后穿透二向色镜31到达成像端组件。

成像端组件包括与激发滤光轮13对应的发射滤光轮32，以及成像镜头33和图像传感器34。荧光激发光经发射滤光轮32上的发射滤光片过滤后，通过成像镜头33在图像传感器34上形成用于检测的荧光图像。优选的，光路系统设置有多个二向色镜31，分别对应的设置在发射滤光轮32上并随发射滤光轮32同步旋转运动；发射滤光轮32与激发滤光轮13相对应，根据激发滤光轮13的旋转同步进行旋转，使系统中投入使用的激发滤光片和发射滤光片以及二向色镜31均始终成套对应，构成多组固定的荧光检测通道。

对于激发光光源11，优选的采用高功率白光的光源，可以提供各通道检测所需的所有波长光线，使用中无需额外调整设置；当然，也可以采用多种颜色组合的光源进行切换使用，例如可以采用蓝色、绿色、青色、黄色、红色组合的光源形成具有5个通道的激发光光源11部件，并搭配与各颜色对应的激发滤光片、发射滤光片、二向色镜31等进行使用。

如图4、图5所示为一种现有技术的结构示意图，其结构类似于上述优选实施例(为了便于理解，部分与上述本实用新型优选实施例中功能作用基本相同的部件采用了相同的编号进行展示，但并非表示图4、图5中所使用部件与本实用新型优选实施例完全一致)，但不具备优选实施例所采用的复眼透镜14以及与复眼透镜14相关联的其他光路部件。在现有技术中，仅使用第一透镜组61处理激发光后就将激发光投射向样本(现有技术中二向色镜31使用方式区别于优选实施例，但配合反射镜63实现的光路效果是可以预期的)，在使用96孔板4(或类似的矩形样本孔板)的情况下，会形成如图6所示的光照范围(圆形部分)，因此虽然在样本端组件使用有菲涅尔透镜21和第二透镜组62(类似于聚光透镜组22)，但明显存在光能量照射在有效区域之外，存在严重的光能量浪费，且由于光能量在中心和边缘位置分布不均匀，必须增加光源功率以满足所有样本激发光照射需要。相较现有技术，本实用新型通过使用复眼透镜14均匀光强、调整光照范围，能够显著节省能源需求。

以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种包含复眼透镜的光路系统，其特征在于，包括依次光路连通的激发端组件、样本端组件和成像端组件；

所述激发端组件包括自激发光光源依次设置的准直透镜、激发滤光轮和复眼透镜，激发光经所述准直透镜、激发滤光轮和复眼透镜整形后通过二向色镜反射至样本端组件；

所述样本端组件包括菲涅尔透镜和聚光透镜组，激发光经所述菲涅尔透镜和聚光透镜组照射样本孔使样本产生荧光发射光，所述荧光发射光经所述聚光透镜组和菲涅尔透镜并穿透二向色镜到达成像端组件；

所述成像端组件包括发射滤光轮、成像镜头和图像传感器，所述荧光发射光经所述滤光轮和成像镜头在所述图像传感器上成像为检测图像。

2.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于，所述复眼透镜包括若干个依行列整齐排布的同尺寸矩形球面小透镜所形成的矩形透光区。

3.如权利要求2所述的光路系统，其特征在于，所述复眼透镜通过增加形成矩形透光区的矩形球面小透镜数量减少激发光边缘与中心的光强差异。

4.如权利要求2所述的光路系统，其特征在于，所述复眼透镜通过适配不同长宽比的矩形球面小透镜调节激发光的照射范围。

5.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于，所述激发端组件还包括设置在复眼透镜后的中继透镜，激发光经所述中继透镜调整并指向二向色镜。

6.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于，所述聚光透镜组包括若干与样本孔一一对应的聚光小透镜；激发光经所述聚光小透镜聚焦照射至该聚光小透镜对应的样本孔，样本产生的荧光发射光经与样本所在样本孔对应的聚光小透镜传导向二向色镜。

7.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于，包括固定安装在所述发射滤光轮上的多个二向色镜，所述多个二向色镜分别固定对应所述发射滤光轮上的滤光孔位并随所述发射滤光轮同步旋转。

8.如权利要求7所述的光路系统，其特征在于，所述发射滤光轮随所述激发滤光轮同步旋转。

9.如权利要求1至8任一项所述的光路系统，其特征在于，所述激发光光源包括白光光源。

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