CN216013115U - 一种适用于荧光定量pcr仪的匀光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，包括光源、聚焦透镜、滤光片、管状空腔，光源发出的光由聚焦透镜聚焦，滤光片的带通波长与光源的波长相对应，聚焦后的光经过滤光片进行波长过滤后进入管状空腔,管状空腔内表面为全反射面；首先利用聚焦透镜和管状空腔对光源发出的光进行匀光，光线在管状空腔中经内壁的全反射面反射后，可以在出射端面得到光照度均匀的面光源；其次出射端面采用正多边形结构，相比较匀光棒圆形出射端面有更好的匀光效果，满足光纤束各光纤间匀光要求；再次结构简单，整体结构仅仅需要聚焦透镜、滤光片以及管状空腔；最后利用光纤传导，降低了设备占用生物医疗检测实验室的空间。

Description

一种适用于荧光定量PCR仪的匀光系统

技术领域

本实用新型涉及非成像技术领域，特别地，涉及用于荧光定量PCR仪激发光的光源匀光系统。

背景技术

荧光定量PCR技术，是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法；荧光定量pcr仪，由荧光定量系统和计算机组成，用来监测循环过程的荧光，与实时设备相连的计算机收集荧光数据，数据通过开发的实时分析软件以图表的形式显示，原始数据被绘制成荧光强度相对于循环数的图表，原始数据收集后可以开始分析。

随着社会的发展，荧光定量PCR技术被证实在医疗检测中有很大的应用空间，如：病原体检测、药物疗效考核、肿瘤基因检测、产前诊断等等，都开始将荧光定量PCR技术做为辅助甚至主导式检测的手段。

而应用了荧光定量PCR技术的设备，其首当其冲的是要获得稳定、均匀的光源做为激发光源去对待检测样品进行激发，由于主动发光的光源具有发散性从而导致并不均匀，从而就要对主动发光的光源发出的光进行光学处理，以期达到做为荧光定量PCR技术激发光源的效果，当前主流的匀光装置包括复眼透镜阵列、柯勒照明、反光杯、匀光棒等方式。

众所周知，复眼透镜阵列匀光方式缺点是会在微透镜边缘发生菲涅尔衍射，从而造成光能损失；柯勒照明是“窗对瞳，瞳对窗” 的光管，此种匀光方式采用多透镜组成，增加了成本，而且体积比较大，不适合在荧光定量PCR仪中使用；而反光杯匀光这种方式缺点在于其反射曲面需要经过复杂计算和设计，且匀光效果很难达到理想；匀光棒具有结构简单、成本低等优点，但一般体积较大，不适用于荧光定量PCR仪。

实用新型内容

为解决现有技术问题，本实用新型提出一种新型适用于荧光定量PCR仪的匀光系统,不仅能将光能损失降到最低；还能够尽可能的减小体积，使本来就宝贵的生物医疗检测实验室的空间能够得到充分利用；更具有结构简单、成本低的特点。

为了实现该功能，本实用新型提出以下技术方案：一种适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，包括光源、聚焦透镜、滤光片、管状空腔，所述光源发出的光由聚焦透镜聚焦，所述滤光片的带通波长与所述光源的波长相对应，聚焦后的光经过滤光片进行波长过滤后进入管状空腔，所述管状空腔内表面为全反射面；所述光源包括但不限于碳弧灯和/或卤素灯和/或高压钠灯和/或LED灯和/或其它人造光源；光源发出的光经过聚焦透镜后通过滤光片过滤后得到所需要波长的光，经滤光片处理后的光进入管状空腔，所述滤光片包括但不限于带通滤光片和/或分光滤光片和/或中性密度滤光片和/或反射滤光片，滤光片的作用在于对光源发出的光进行波长过滤，使光源发出的光经过滤光片后仅保留所需要波长的光；由于管状空腔内表面为全反射面，不会吸收或透射光造成光的损失；故而，在对光源发出的光的处理中，确保了光源发出的光没有光能主动损失。

可选地，所述光源、聚焦透镜、滤光片一一对应分别至少为一个，所述光源发出的光强近似朗伯分布且所述光源位于对应的聚焦透镜左侧两倍焦距处，所述滤光片位于对应的聚焦透镜像面。

可选地，所述光源数量大于等于两个时，各个光源为相同波长的光源或不同波长的光源。

可选地，所述管状空腔内壁横截面为正偶数边形，且每条边对应的面均由矩形全反射镜组成，且所述管状空腔内壁至少由四块矩形全反射镜组成；光源发出的光经过滤光片过滤后进入所述管状空腔端为所述管状空腔的入射端，对应的所述管状空腔的另一端为所述管状空腔的出射端；管状空腔出射端结构同样也为正偶数边形且与空腔内矩形反射镜数量一致；通过管状空腔，使光在其内进行反射后，在出射端也即是光纤的入射端形成了光照度均匀的面光源。

可选地，所述聚焦透镜像方数值孔径与所述管状空腔相对孔径相匹配；一般地，所述聚焦透镜像方数值孔径不大于管状空腔的相对孔径的三倍。

可选地，还包括光纤，所述光纤包括单根光纤或多根光纤组成的光纤束，所述光纤与所述管状空腔出射端连接，光经过管状空腔出射端进入光纤，通过光纤，将光源能够尽可能的远离PCR仪甚至在生物医疗检测实验室以外，从而充分利用了生物医疗检测实验室的空间。

圆形出射端面有更好的匀光效果，满足光纤束各光纤间匀光要求，完美适用于荧光定量PCR仪；再次，结构简单，整体结构仅仅需要聚焦透镜、滤光片以及管状空腔；最后，利用光纤传导，大大降低了设备占用生物医疗检测实验室空间。

综上所述，本实用新型提供的荧光定量PCR仪的匀光系统，具有明显的实用性且结构简单。

附图说明

图1为本实用新型的实施例图

图2为本实用新型的光路部分示意图

其中：1光源固定板；2为光源；3为聚焦透镜；4为滤光片；5为管状空腔；6为管状空腔出射端；7为连接件；8为光纤束；A0为聚焦光斑；A0'、A1'、 A1''、A1'''、A2'、 A2''和A2'''均为镜像虚拟光源。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面结合实施例并配合附图予以详细说明。

图1为本实用新型的实施例图，图2为本实用新型的光路部分示意图。

如图1所示，光源2固定于光源固定板1上，光源2的后面设置有聚焦透镜3，且光源2位于聚焦透镜3的左侧两倍焦距处，在聚焦透镜3的像面上设有滤光片4，滤光片4设于管状空腔5的一端为管状空腔入射端，管状空腔5的另一端也就是管状空腔出射端6与连接件7内的光纤束8的光纤端面重合。

其中，光源2的数量可以是一个或多个，当光源2为多个时，可以选用碳弧灯、卤素灯、高压钠灯、LED灯、其它人造光源中的一种或多种，且可以选用相同波长或不同波长的光源2；需要加以说明的是，当多个光源2的波长不同时，对应的滤光片4的带通波长也不同，滤光片4所能过滤的波长取决于光源2的波长；这里需要加以说明的是，当选用不同波长的光源2时，在实际应用中，不同波长的光源2是依次发光，由于其最终对待检测样本激发光波长不同，故而可以形成不同的检测通道，对应的，有几个波长的光源2就有几个检测通道，如四个波长的光源2对应四个检测通道，八个波长的光源则对应八个检测通道。

管状空腔5的内壁横截面为正偶数（正多边）边形，且每条边对应的面均由矩形全反射镜组成，且管状空腔5的内壁至少由四块矩形全反射镜组成，管状空腔出射端6结构同样也为偶数(多边形)且与空腔内矩形反射镜数量一致。

同样的，滤光片4也可以选用带通滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光片中的一种或多种，滤光片4的主要作用在于将光源2发出的光进行波长过滤，使光源2发出的光经过滤光片4后仅保留所需要波长的光，使本实用新型提出的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统对待检测样本激发出最强的荧光。

通过图2，可以看出光源2发出的光，经过聚焦透镜3聚焦及滤光片4对波长过滤后，形成了聚焦光斑A0，为便于理解，聚焦光斑A0的光以实线表示，对应的镜像虚拟光源A0'、A1'、 A1''、A1'''、A2'、 A2''、A2'''均以虚线表示，由图可以看出，聚焦光斑A0的出射光，由于其具有一定的发散角，故而光线与管状空腔5的内壁能形成一定的夹角，从而形成反射；管状空腔5匀光原理采用镜像法分析，光线在管状空腔5内反射一次相当于一个镜像虚拟光源的照明，镜像虚拟光源A0'照明效果等效于聚焦光斑A0小角度光束直接照射到管状空腔5的管状空腔出射端6，镜像虚拟光源A1'和镜像虚拟光源A2'照明效果等效于聚焦光斑A0较大角度光束被管状空腔5内表面反射一次后再照射到管状空腔5的管状空腔出射端6，同理，镜像虚拟光源A1'' 、A2''和A1'''、A2'''照明效果分别等效于聚焦光斑A0光束被管状空腔5内表面反射两次和三次后照射到管状空腔出射端6，故而聚焦光斑A0最终对管状空腔出射端6的照射效果等同于图2所示的镜像虚拟光源A0'、A1'、 A1''、A1'''、A2'、 A2''、A2'''的照射效果，近似于七个平面波交叉叠加，从而确保了管状空腔出射端6获得的是均匀光强，实际上，管状空腔出射端6可以直接做为待检测样品的激发光源，也可以通过光纤束8将管状空腔出射端6的光照继续传导，从而实现充分利用生物医疗检测实验室空间的目的。

具体应用时，打开光源2，光源2发出的光经过聚焦透镜3聚焦，聚焦后的光线经过滤光片4过滤波长，保留下当前通道所需要的波长，形成聚焦光斑A0后继续朝前照射，通过管状空腔5的内壁反射，最终在管状空腔出射端6形成了均匀的光照，实际上，此时管状空腔出射端6可以直接做为待检测样品的激发光源；为了确保能够最大化的空间利用，现实中都会采取光纤束8将管状空腔出射端6的光继续传导，通过光纤束8的出射端去对待检测样品进行激发照射。

当需要进行多通道检测时，光源2选用的波长不同，对应的滤光片4也根据光源2的波长不同做出相应的调整，根据检测进程，依次分别打开不同波长的光源2，从而就可以实现多通道的检测。

通过上述实施例，可以清晰的看出，本实用新型提出的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统能够实现非常理想的匀光效果，且结构简单。

以上皆为本实用新型具体实施例,但本实用新型的设计构思并不局限于此。凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，包括光源、聚焦透镜、滤光片、管状空腔，其特征在于：所述光源发出的光由聚焦透镜聚焦，所述滤光片的带通波长与所述光源的波长相对应，聚焦后的光经过滤光片进行波长过滤后进入管状空腔,所述管状空腔内表面为全反射面。

2.如权利要求1所述的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，其特征在于：所述光源、聚焦透镜、滤光片一一对应分别至少为一个，所述光源发出的光强近似朗伯分布且所述光源位于对应的聚焦透镜左侧两倍焦距处，所述滤光片位于对应的聚焦透镜像面。

3.如权利要求2所述的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，其特征在于：所述光源数量大于等于两个时，各个光源为相同波长的光源或不同波长的光源。

4.如权利要求1所述的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，其特征在于：所述管状空腔内壁横截面为正偶数边形，且每条边对应的面均由矩形全反射镜组成，且所述管状空腔内壁至少由四块矩形全反射镜组成；光源发出的光从滤光片进入所述管状空腔端为所述管状空腔的入射端，对应的所述管状空腔的另一端为所述管状空腔的出射端；管状空腔出射端结构同样也为正偶数边形且与空腔内矩形反射镜数量一致。

5.如权利要求1所述的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，其特征在于：所述聚焦透镜像方数值孔径与所述管状空腔相对孔径相匹配。

6.如权利要求4所述的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，其特征在于：还包括光纤，所述光纤包括单根光纤或多根光纤组成的光纤束，所述光纤端面与所述管状空腔出射端连接，光经过管状空腔出射端进入光纤。

7.如权利要求6所述的适用于荧光定量PCR仪的匀光系统，其特征在于：还包括空心连接件，所述空心连接件连接所述管状空腔出射端和所述光纤。

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