CN216594771U

CN216594771U - 一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块

Info

Publication number: CN216594771U
Application number: CN202122971783.6U
Authority: CN
Inventors: 丁伟
Original assignee: Beijing Haiweier Technology Development Co ltd
Current assignee: Beijing Haiweier Technology Development Co ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2031-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，包括外壳，所述外壳内设激光发射通道、第一荧光检测通道、第二荧光检测通道，所述激光发射通道依次设有激光器、二向色镜，所述第一荧光检测通道依次设有光电探测器一、小孔一、荧光滤色片一、平凸透镜一、分光镜。本实用新型的荧光检测模块能够控制半导体激光器的光功率，激发被测样品的荧光信号；能够收集荧光信号，并将其分解成不同强度的两束光；能够利用两种不同灵敏度的光电探测器同时检测高、低强度的荧光信号，在一次成像过程中，将高、低信号同时成像，动态范围可达7~8 logs，在硬件成本略微提高的前提下，大大提高了试验效率，降低了试验成本。

Description

一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块

技术领域

本实用新型涉及光学检测的技术领域，具体来说，涉及一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块。

背景技术

荧光分子成像是生物医学领域急速发展的一种新型的分子成像技术，通过在组织中植入特异性的荧光分子探针，实现了细胞与分子水平上的无创检测。荧光分子成像具有灵敏度高，成像速度快，重复性好，实验成本低，活体与离体均可成像，简单易行等特点，发展前景极其广阔。

目前市面上常见荧光检测模块的光电探测器有：光电二极管（PD）、雪崩型光电二极管（APD）、光电倍增管（PMT）、CCD和CMOS等。由于这些光学传感器灵敏度和信噪比的特性差异，市面上的荧光检测模块的动态范围最高只能达到5~6 logs。但在实际应用中，一个被测样本上所有荧光信号的强度范围往往非常宽。如果用这些荧光检测模块来扫描成像，要么无法识别极微弱的荧光信号，要么高强度信号会饱和，无法在一次扫描成像中对极低和极高荧光信号同时识别。这就制约了试验效率，提高了试验成本。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，能够解决上述问题。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，包括外壳，所述外壳内设激光发射通道、第一荧光检测通道、第二荧光检测通道，所述激光发射通道依次设有激光器、二向色镜，所述第一荧光检测通道依次设有光电探测器一、小孔一、荧光滤色片一、平凸透镜一、分光镜，所述第二荧光检测通道依次设有光电探测器二、小孔二、荧光滤色片二、平凸透镜二、反射镜，所述激光器、所述光电探测器一、所述光电探测器二均电性连接所述外壳内的电路板。

进一步的，所述激光器出光口设有一个可调节的准直透镜，所述激光器的发射激光相对于所述二向色镜的入射角为45度。

进一步的，所述二向色镜、所述分光镜、所述反射镜位置相匹配且互相平行。

进一步的，所述光电探测器一为高灵敏度光电传感器，所述光电探测器二为低灵敏度光电探测器。

进一步的，所述小孔一的孔径为1mm，所述小孔二的孔径为1mm。

进一步的，所述激光器可选用波长范围为400-1100nm的任一激光器。

进一步的，所述电路板包括跨阻放大器电路。

进一步的，所述外壳为方形，所述外壳上端设有与物镜相匹配的通光孔。

本实用新型的有益效果：本实用新型的荧光检测模块能够控制半导体激光器的光功率，激发被测样品的荧光信号；能够收集荧光信号，并将其分解成不同强度的两束光；能够利用两种不同灵敏度的光电探测器同时检测高、低强度的荧光信号，在一次成像过程中，将高、低信号同时成像，动态范围可达7~8 logs，在硬件成本略微提高的前提下，大大提高了试验效率，降低了试验成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的荧光成像装置工作示意图；

图2是根据本实用新型实施例所述的荧光检测模块内部结构示意图。

在图1至图2中，部件名称或线条与附图编号的对应关系为：

1、荧光检测模块；

101、电路板；102、线缆一；103、线缆二；104、线缆三；105、激光器；106、光电探测器一；107、光电探测器二；108、准直透镜；109、小孔一；110、小孔二；111、荧光滤色片一；112、荧光滤色片二；113、平凸透镜一；114、平凸透镜二；115、激光；116、80%荧光；117、100%荧光；118、20%荧光；119、二向色镜；120、分光镜；121、反射镜；

2、待测样品；3、物镜；4、载物玻璃。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-2所示，一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，包括外壳，所述外壳内设激光发射通道、第一荧光检测通道、第二荧光检测通道，所述激光发射通道依次设有激光器105、二向色镜119，所述第一荧光检测通道依次设有光电探测器一106、小孔一109、荧光滤色片一111、平凸透镜一113、分光镜120，所述第二荧光检测通道依次设有光电探测器二107、小孔二110、荧光滤色片二112、平凸透镜二114、反射镜121，所述激光器105、所述光电探测器一106、所述光电探测器二107均电性连接所述外壳内的电路板101。

在本实用新型中，采用激光器105作为激发光源（激光器105通过线缆一102连接电路板101），可选用波长范围为400-1100nm的任一激光器，基本上覆盖了荧光分子成像领域所有的应用需求。激光器105出光口位置配有一准直透镜108，可通过调节该准直透镜108的前后距离，改变出射激光的发散角，进而改变激光经可移动物镜聚焦后的焦点位置。激光115经二向色镜119反射，从荧光检测模块1射出，打在被测的样品上，激发出荧光117，该荧光117强度为检测模块所能接收到的100%全部荧光量。100%荧光通过二向色镜119后，通过分光镜120被分解成20%和80%两束荧光：其中一束80%荧光116经过平凸透镜113、小孔109和荧光滤色片111，被高灵敏度的光电探测器一106接收（光电探测器一106通光线缆二103连接电路板101）；另外一束20%荧光118经过同样的平凸透镜114、小孔110和荧光滤色片112，被较低灵敏度的光电探测器二107接收（光电探测器二107通光线缆三104连接电路板101）。平凸透镜将荧光光斑聚焦于小孔，以使焦平面上方或下方的光被挡在小孔外面而不能成像，提高成像的分辨率。荧光滤色片可将非荧光波段的干扰光（如环境光或其他非样品的荧光）滤除。高灵敏度的光电探测器106主要对低强度的荧光进行探测，而低灵敏度的光电探测器107对高强度的荧光进行探测。光电探测器将荧光信号转换成电流信号，经电路板101的电路处理后转换成数字信号，发送给处理能力更强大的主机进行图像的保存和处理。由于知道两个光电探测器的灵敏度和分光镜的分光比例，继而可以反推出两束荧光信号的实际强度差异。将低灵敏度的光电探测器107识别的信号乘以一定的系数，与高灵敏度光电探测器识别的信号组合，即可还原整个图像所有探测点的荧光强度，达到提高整张图像动态范围的目的。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，如图1所示的荧光成像装置，包括至少一组荧光检测模块1、可移动物镜3、载物玻璃4、待测样品2。图中仅示出了一个本实用新型所述的荧光检测模块，待测样品2放置在载物玻璃4上，可移动物镜3置于载物玻璃4下方。

如图2所示，激光器105发射的激光，经过准直透镜108调整为平行出射的激光115，入射至二向色镜119。二向色镜119经过特殊订制，对于激光波长的光（波长较短）进行反射，对于荧光波长的光（波长较长）使其完全通过。激光115从模块射出，经过可移动物镜3，聚焦到待测样品2上，激发出荧光117。荧光117经过可移动物镜3，通过二向色镜119，入射至分光镜120上。分光镜120经过特殊订制，可让荧光117有约80%发生反射，剩下约20%通过。80%荧光116，经过平凸透镜一113，聚焦于小孔一109处。小孔一109的孔径为1mm，可以滤除少量杂散光，提高成像的分辨率。小孔一109前放置一荧光滤色片一111，可将不关心的波长范围的干扰光滤除，提高成像的信噪比。80%荧光116最终入射至高灵敏度的光电探测器一106的感光靶面上。本例采用的高灵敏度的光电探测器一106为日本滨松的S12023-10A雪崩型光电二极管（APD）或者H10721光电倍增管（PMT），一般成本较高。高灵敏度的光电探测器一106的增益可调，用于探测极低强度的荧光信号，对于较强的荧光信号，探测器输出的信号趋于饱和，无法准确识别。20%荧光118，经过平凸透镜二114，聚焦于小孔二110处。小孔二110的孔径为1mm，可以滤除少量杂散光，提高成像的分辨率。小孔二110前放置一荧光滤色片二112，可将不关心的波长范围的干扰光滤除，提高成像的信噪比。20%荧光118最终入射至低灵敏度光电探测器107的感光靶面上。本例采用的低灵敏度光电探测器为日本滨松的S1223-0光电二极管（PD），价格低廉，用于探测高强度的荧光信号，对于较低的荧光信号，探测器无法识别。两种光电探测器将荧光信号转换成电流信号，经电路板101上的跨阻放大器（TIA）电路，转换成ADC能够采样识别的电压信号，通过阻抗匹配的差分总线，发送给处理能力更强大的主机进行图像的保存和处理。由于知道两个光电探测器的灵敏度和分光镜的分光比例，继而可以反推出两束荧光信号的实际强度差异。将低灵敏度光电探测器识别的信号乘以一定的系数（达到与高灵敏度光电探测器相同的增益），与高灵敏度光电探测器识别的信号组合，即可还原整个图像所有探测点的荧光强度，达到提高整张图像动态范围的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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

1.一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，包括外壳，所述外壳内设激光发射通道、第一荧光检测通道、第二荧光检测通道，所述激光发射通道依次设有激光器（105）、二向色镜（119），所述第一荧光检测通道依次设有光电探测器一（106）、小孔一（109）、荧光滤色片一（111）、平凸透镜一（113）、分光镜（120），所述第二荧光检测通道依次设有光电探测器二（107）、小孔二（110）、荧光滤色片二（112）、平凸透镜二（114）、反射镜（121），所述激光器（105）、所述光电探测器一（106）、所述光电探测器二（107）均电性连接所述外壳内的电路板（101）。

2.根据权利要求1所述的一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，所述激光器（105）出光口设有一个可调节的准直透镜（108），所述激光器（105）的发射激光相对于所述二向色镜（119）的入射角为45度。

3.根据权利要求1所述的一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，所述二向色镜（119）、所述分光镜（120）、所述反射镜（121）位置相匹配且互相平行。

4.根据权利要求1所述的一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，所述光电探测器一（106）为高灵敏度光电传感器，所述光电探测器二（107）为低灵敏度光电探测器。

5.根据权利要求1所述的一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，所述小孔一（109）的孔径为1mm，所述小孔二（110）的孔径为1mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，所述激光器（105）可选用波长范围为400-1100nm的任一激光器。

7.根据权利要求1所述的一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，所述电路板（101）包含跨阻放大器电路。

8.根据权利要求1所述的一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块，其特征在于，所述外壳为方形，所述外壳上端设有与物镜（3）相匹配的通光孔。