CN214894796U - 样本分析仪用光度计的前光路系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种样本分析仪用光度计的前光路系统，用于解决现有技术中射入到比色容器的光斑不均匀的问题。在光路上依次包括：光源、聚光透镜和光阑，光源发射的光依次经过聚光透镜和光阑以后射向比色容器；所述光源距离所述聚光透镜的距离为物距U，聚光透镜的焦距为f，其中U＝1.0f～2.0f。通过聚光透镜和光阑配合，经过聚光透镜之后的光束为平行均匀光束，故聚光透镜后的光阑可自由选择入射到比色容器的光斑大小和形状，实现对光斑的精准控制；同时使光斑均匀，即使入射到比色容器处的光束能量均匀，减弱反应体系中粒子无规则起伏运动对于检测信号的干扰。
Description
技术领域
本实用新型属于生化分析设备领域，特别是涉及一种样本分析仪用光度计的前光路系统。
背景技术
目前，市面上可见的全自动样本分析仪，无论是光栅分光系统，还是滤光片分光系统，均采用后分光技术：即在复色光(即白光)通过需测定的反应物之后，再对此混合光进行从复色光到所需单色光的分光，分出的单色光用分立的硅光电二极管或硅光电二极管阵列接收。相比于前分光，后分光结构消除了由于滤光片切换或光栅扫描带来的波长重复性误差、信号扫描的重复性误差以及使光电数据快速采集成为可能。
现有的分析仪入射光斑不均匀：反应体系中粒子无规则起伏运动对于检测信号的干扰大。
最小反应体积是生化仪的重要指标，是指能达到准确测定物质含量所需的最小样本量与试剂量的总和，减少最小反应体积能减少试剂用量和血用量。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种样本分析仪用光度计的前光路系统，用于解决现有技术中射入到比色容器的光斑不均匀的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于，在光路上依次包括：
光源、聚光透镜和光阑，光源发射的光依次经过聚光透镜和光阑以后射向比色容器；
所述光源距离所述聚光透镜的距离为物距U，聚光透镜的焦距为f，其中U＝1.0f～2.0f。
可选的，光阑到比色容器前面外壁的距离为2.0mm-4.0mm。
可选的，所述光源为细圆柱形的光源，所述光阑为矩形光阑。
可选的，光源为12V、20W的卤素灯。
可选的，光源的灯丝长度3.0mm-4.0mm，灯丝直径0.6mm-1.0mm。
可选的，光阑的尺寸为：高为1.0mm-1.5mm，宽为1.6mm-2.0mm。
可选的，反应盘的盘间杯跳为a，光学系统、反应盘以及整机其他结构共同引起的光斑相对于比色容器的位置的偏差为b，故光斑底部到比色容器内底壁的距离z至少为a+b；设比色容器的横截面积为s，因加入比色容器的液体会有凹面，凹面损耗的测光液体体积为v1，光斑的有效高度d，最小反应体积为v，则d≦v/s-a-b-v1/s。
如上所述，本实用新型的样本分析仪用光度计的前光路系统，至少具有以下有益效果：
通过聚光透镜和光阑配合，通过聚光透镜之后的光束为平行均匀光束，故聚光透镜后的光阑可自由选择入射到比色容器的光斑大小和形状，实现对光斑的精准控制；同时使光斑均匀，即使入射到比色容器处的光束能量(即光斑)均匀，减弱反应体系中粒子无规则起伏运动对于检测信号的干扰。
附图说明
图1显示为本实用新型的样本分析仪用光度计的光路系统一种实施方式的示意图。
图2显示为本实用新型的样本分析仪用光度计的光路系统另一种实施方式的示意图。
图3显示为图2中的第一分光单元的示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1至图3。须知，本说明书附图所示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。
请参阅图1和图2，本实用新型提供一种样本分析仪用光度计的光路系统的实施例中，在光路上依次包括：前光路系统、比色容器4和后光路系统；所述前光路系统包括光源1、聚光透镜2和光阑3；经过所述光阑3的光束穿过所述比色容器4并进入到后光路系统。通过聚光透镜2和光阑3配合，经过聚光透镜2之后的光束为平行均匀光束，故聚光透镜2后的光阑3可自由选择入射到比色容器4的光斑大小和形状，实现对光斑的精准控制；同时使光斑均匀，即使入射到比色容器4处的光束能量(即光斑)均匀，减弱反应体系中粒子无规则起伏运动对于检测信号的干扰。
本实施例中，可选的，所述光源1距离所述聚光透镜2的距离为物距U，聚光透镜2的焦距为f，其中U＝1.0f～2.0f。具体的本设计中灯丝到聚光透镜2第一面的距离(即物距) U＝20mm-50mm，U为1.0f～2.0f(实验证明比色容器4前的透镜系统物距要根据比色容器4 前透镜系统的焦距和灯丝的形而定状)，在本设计中，U＝1.0f～2.0f是一个较为理想的实验值，可以获得更平行均匀的光束。通过聚光透镜2之后的光束为平行均匀光束，故聚光透镜2后的光阑3可自由选择入射到比色容器4的光斑大小和形状。
本实施例中，可选的，光阑3到比色容器4前面外壁的距离为2.0mm-4.0mm。因灯丝的一维长度制约和成像因素，光阑3出射的光束在灯丝高度方向有约2.0°-3.0°的发散角，灯丝宽度方向则非常平行(发散角小于0.5°)；故在尽可能获得较大光能，又能兼顾最小反应体积要求，使采用矩形，且光阑3尽量靠近比色容器4是较好控制光斑高度的方法，此也为本设计的一大创新亮点；考虑到结构因素，本设计中光阑3到比色容器4前面外壁的距离为2.0mm-4.0mm。进一步可选的，所述光源1为细圆柱形的光源1，所述光阑3为矩形光阑3。进一步可选的，光源的灯丝长度3.0mm-4.0mm，灯丝直径0.6mm-1.0mm。更进一步的，光源 1可以为12V、20W的卤素灯。
本实施例中，可选的，光阑3的尺寸为：高为1.0mm-1.5mm，宽为1.6mm-2.0mm。比色容器4后壁的光斑尺寸最大，比色容器4后壁的光斑高度与矩形光阑3的高度的对应关系如下：
| 光阑3高度(mm) | 1.00 | 1.10 | 1.20 | 1.30 | 1.40 | 1.50 |
| 光斑高度(mm) | 1.60 | 1.70 | 1.80 | 1.90 | 2.00 | 2.10 |
| 有效光斑高度(mm) | 1.45 | 1.55 | 1.65 | 1.75 | 1.85 | 1.95 |
因宽度方向光束十分平行，比色容器4前后的光斑宽度与矩形光阑3的宽度几乎相同，可以根据实际情况选择合适的光阑3宽度；一般来说，在一定光斑高度下，光斑越宽，光斑面积越大，光能越大，反应体系中粒子起伏对光电信号的干扰越小；但光斑越宽，对光度计系统整合到样本分析仪后的光电采集算法和机械精度要求越高。
本实施例中，可选的，请参阅图1和图2，所述后光路系统包括准直成像透镜5，光阑3 到准直成像透镜5的距离为D，准直成像透镜5的焦距为F，且满足1.0F≦D≦1.5F。理论上不论准直成像透镜放在任何位置，最终都会存在成像位置；但在本设计中，矩形光阑到准直成像透镜的距离为D，准直成像透镜的焦距为F，且满足1.0F≦D≦1.5F，这样经过准直透镜后出射的光为较平行的光束。从准直成像透镜5出射的光束平行性较好，发散角约为0.3度，如使用的为分光/滤光片系统，则便于后光路的各波长分光系统的设计，即光路结构会更简单。既成像，又准直。对于生化光学系统成像和准直都不是必要条件，但是用成像的方式去设计生化光度计系统，有利于去除杂散光，且能再成像点得到较高的光能密度，使系统性能更加优化。聚光透镜的焦距f与准直成像透镜F不一定需要一样，即聚光透镜与准直成像透镜不一定需要为同一透镜；准直成像透镜的焦距F与光学系统到整机的安装定位及矩形光阑到准直成像透镜的距离为D相关。
本实施例中，可选的，平凸透镜的凸面曲率R＝12mm-18mm，焦距f＝24mm-36mm。更具体可选的，平凸透镜的直径D＝12.0mm，凸面曲率R＝12mm-18mm，厚度d＝3.5mm，焦距 f＝24mm-36mm。
本实施例中，可选的，请参阅图2，可选的，经过所述准直成像透镜5的光束进入到分光系统或者滤光系统。
本实施例中，可选的，请参阅图1，所述后光路系统还包括准直成像透镜5和狭缝6，光束经过所述准直成像透镜5以后依次进入到所述准直成像透镜5和狭缝6，所述狭缝6和光源1的灯丝长度方向一致；经过所述狭缝6的光束进入到光栅系统。
本实施例中，可选的，请参阅图1，可选的，经过所述准直成像透镜5的光束进入到后光路分光系统。可选的，所述后光路分光系统为光栅分光系统，后光路分光系统还包括狭缝 6、光栅7和硅光电二极管阵列8；其中狭缝6和光源1的灯丝长度方向一致，光栅7将进入后光路的白光分成波长随空间分布的单色光，硅光电二极管阵列8将光信号转化为电信号。
本实施例中，可选的，请参阅图2，可选的，经过所述准直成像透镜5的光束进入到后光路分光系统。可选的，所述后光路分光系统为滤光片分光系统，滤光片分光系统包括分光片、滤光片、独立式硅光电二极管和透镜。如上图2所示，在滤光片分光的光度计系统系统中，由各个分光单元分别分离出单色光进行检测。各分光单元只分离出所需要的单色光，让其它波长的光透过。以第1分光单元91为例，假设此分光单元需要对340nm的单色光进行检测，原理如下图3所示：滤光片分光系统中希望从第一分光单元91到第二分光单元92，一直到第X分光单元93，一段较长的范围内光束平行不发散。请参阅图3，第一分光单元的分光片911、第一分光单元912的会聚透镜、第一分光单元的滤光片913、第一分光单元 914的独立式硅光电二极管；假设第一分光单元91需要对340nm的单色光进行检测：则由此特定分光片911的反射，只让340nm波段附件的光成90°偏离原传播路径，经过会聚透镜912 到光电检测器914上；在透镜912和独立式硅光电二极管914的光电检测器上中间加入特定的滤波片913，是为了得到更加纯净的340nm单色光。
本实施例中，可选的，反应盘的盘间杯跳为a，光学系统、反应盘以及整机其他结构共同引起的光斑相对于比色容器的位置的偏差为b，故光斑底部到比色容器4内底壁的距离z 至少为a+b；设比色容器的横截面积为s，因加入比色容器的液体会有凹面，凹面损耗的测光液体体积为v1，光斑的有效高度d，最小反应体积为v，则d≦v/s-a-b-v1/s。
具体的，生化仪用的所有比色容器4是装在同一个反应盘上，反应盘不可能是完全水平的，因反应盘的不完全水平，会导致各比色容器4相对于测光点位置的高度差异，我们暂把这种差异叫做盘间杯跳，经测试盘间杯跳一般在0.4mm左右；光学系统、反应盘以及整机其他结构共同引起的光斑相对于比色容器4的位置的差异考虑到其他结构引起的光斑相对于比色容器的位置的差异，一般在0.4mm以内；故光斑底部到比色容器4内底壁的距离约0.8mm (＝0.4mm+0.4mm)为合适；液体加入到比色容器4，因为张力的原因，在杯内会形成凹面；凹面的高度由液体的种类、比色容器4的材质、不色杯内径的大小等有关；因检测中，光束经过比色容器4时，要完全从液体内部经过才能正确测得液体的吸光度，故液体凹面会使真实的最小反应体积增加。例如对于内径为5.0mm*5.0mm的石英玻璃(Fused Silica)或硼胶玻璃(Pyrex)，加入重铬酸钾/橙黄G溶液，液体凹面会导致真实的最小反应体积比理论计算多出约20uL，对应这0.8mm的高度；考虑到以上因素，对于内径5.0mm*5.0mm的石英玻璃(Fused Silica)或硼胶玻璃(Pyrex)，要使仪器的真实最小反应体积在90ul以内，光斑的有效高度一般不能超过2mm。
综上所述，本实用新型的方案光斑大小可通过控制矩形光阑3的大小而自由选择，当使用内径5.0mm*5.0mm的玻璃比色容器时，最小反应体积满足90uL的要求；光斑能量分布均匀，对反应溶液的不均匀性及粒子起伏具有较强的抗干扰性；杂散光吸光度可测到6.0以上，甚至到7.0、8.0；光束平行照射，更贴近朗伯比尔定律的应用条件；线性范围广，偏倚不超过±5％的最高吸光度可达4.5或以上；系统的容差性高，装配简单，更换灯源影响小。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于，在光路上依次包括：
光源、聚光透镜和光阑，光源发射的光依次经过聚光透镜和光阑以后射向比色容器；
所述光源距离所述聚光透镜的距离为物距U，聚光透镜的焦距为f，其中U＝1.0f～2.0f。
2.根据权利要求1所述的样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于：光阑到比色容器前面外壁的距离为2.0mm-4.0mm。
3.根据权利要求1所述的样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于：所述光源为细圆柱形的光源，所述光阑为矩形光阑。
4.根据权利要求3所述的样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于：光源为12V、20W的卤素灯。
5.根据权利要求3所述的样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于：光源的灯丝长度3.0mm-4.0mm，灯丝直径0.6mm-1.0mm。
6.根据权利要求1所述的样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于：光阑的尺寸为：高为1.0mm-1.5mm，宽为1.6mm-2.0mm。
7.根据权利要求1-6任一所述的样本分析仪用光度计的前光路系统，其特征在于：反应盘的盘间杯跳为a，光学系统、反应盘以及整机其他结构共同引起的光斑相对于比色容器的位置的偏差为b，故光斑底部到比色容器内底壁的距离z至少为a+b；设比色容器的横截面积为s，因加入比色容器的液体会有凹面，凹面损耗的测光液体体积为v1，光斑的有效高度d，最小反应体积为v，则d≦v/s-a-b-v1/s。
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