專利名稱：光收集系統及細胞分析儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種粒子分析領域，尤其涉及細胞分析儀中用于收集粒子發出的熒光的光收集系統。
背景技術：
在醫療和生物領域，通常采用流式細胞分析儀來統計和分析細胞、DNA、蛋白和各種酶等微小粒子，流式細胞分析儀及流式細胞術，是一種在功能水平上對單細胞或其他生物粒子進行定量分析和分選的檢測手段，可以高速分析成千上萬個細胞，并能同時從一個細胞中測得多個參數。激光束經過整形后照射到樣本流上，依次通過檢測區的細胞在激光束的照射下產生熒光，激發產生的熒光很弱，而且是圍繞著細胞360度向整個空間發散；熒光收集鏡頭的作用就是盡可能多的收集熒光信號，數值孔徑(Numerical Aperture，即NA)越大收集到角度范圍越大，從而使熒光信號越強，儀器的熒光探測性能越高，因此大數值孔徑的熒光收集鏡頭設計對于流式細胞儀來說很重要。目前各種流式細胞儀中的熒光收集鏡主要有三種:(一)是直接采用現成的顯微物鏡產品鏡頭；(二)是采用非球面鏡；(三)是針對流式定制的物鏡。顯微物鏡的NA與工作距離成反比，NAl.0以上工作距離基本在0.5mm以內，由于流式細胞儀中的流動室壁厚多數在1.5mm以上，即工作距離多數大于1.5mm，所以只能采用工作距離符合要求但NA—般小于0.4的物鏡，因此收集的熒光信號能量受限。對于采用非球面鏡的情況，單片非球面鏡只能達到ΝΑ0.65左右，而且對于寬波長范圍的熒光光譜不能校正色差，采用非球面會提高加工與檢測的工藝難度。對于其他一些定制的物鏡，雖然能夠在指定工作距離上達到NAl.1以上，但其鏡片組成結構較多，較復雜，加工和裝配工藝要求高。
發明內容
本發明要解決的主要技術問題是，提供一種具有較大數值孔徑的光收集系統。根據本發明的一方面，提供一種光收集系統，包括:第一平凸透鏡，其平面為光入射面，凸面為光出射面；第二平凸透鏡，其與第一平凸透鏡共光軸，第二平凸透鏡的平面為光入射面，凸面為光出射面；第一雙膠合透鏡，其與第一平凸透鏡和第二平凸透鏡共光軸，第一雙膠合透鏡的負透鏡外表面為光入射面，正透鏡外表面為光出射面；和第二雙膠合透鏡，第二雙膠合透鏡位于光經第一平凸透鏡、第二平凸透鏡和第一雙膠合透鏡聚合后的光路上，第二雙膠合透鏡的正透鏡外表面為光入射面，負透鏡外表面為光出射面。本發明還提供一種細胞分析儀，包括:激光發射源；流動室，所述流動室包括供樣本流流過的檢測區，所述激光發射源發出的激光束照射到檢測區；和上述光收集系統，所述光收集系統的第一平凸透鏡的平面緊貼所述流動室的外壁。本發明通過將兩個平凸透鏡和兩個雙膠合透鏡進行組合，既實現了較大的數值孔徑，滿足了工作距離的要求，又降低了加工和裝配的工藝難度。
圖1為本發明一種實施例的光收集系統的結構示意圖；圖2為本發明一種實施例的光收集系統應用于細胞分析儀的光路分析圖；圖3為圖2中A部的放大示意圖；圖4為本發明一種實施例的光收集系統收集熒光的光路示意圖；圖5為本發明另一種實施例的光收集系統收集熒光的光路示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。首先對本申請中的一些術語進行描述。平凸透鏡為凸透鏡的一種，其一面為平面鏡，另一面是凸出的透鏡，凸出的一面可以是球面，也可以是非球面。雙膠合透鏡是指由一片低色散的正透鏡(即凸透鏡)和一片高色散的負透鏡(即凹透鏡)膠合在一起的透鏡，簡稱雙膠合，正負透鏡的膠合面曲率相同。在一種實施例中，光收集系統的結構如圖1所示，光收集系統10包括兩個平凸透鏡和兩個雙膠合透鏡。比較好的方式是將第一平凸透鏡11、第二平凸透鏡12、第一雙膠合透鏡13和第二雙膠合透鏡14設置為共光軸，在圖1所示實施例中，第一平凸透鏡11、第二平凸透鏡12、第一雙膠合透鏡13和第二雙膠合透鏡14成直線排列。也可如圖5所示的實施例中，通過分光鏡或反光鏡改變光的傳播方向，從而可將某一個透鏡(例如第二雙膠合透鏡)轉一定角度后仍然位于光軸上。其中第一平凸透鏡11的平面111朝向光入射方向，為光入射面，其凸面112為光出射面；第二平凸透鏡12的平面121朝向第一平凸透鏡11，為光入射面，其凸面122背向第一平凸透鏡11，為光出射面；第一雙膠合透鏡13的負透鏡131的內表面和正透鏡132的內表面膠合在一起，負透鏡131外表面朝向第二平凸透鏡12，為光入射面，正透鏡外表面背向第二平凸透鏡12，為光出射面；第二雙膠合透鏡14位于光經第一平凸透鏡11、第二平凸透鏡12和第一雙膠合透鏡13聚合后的光路上，第二雙膠合透鏡14的正透鏡141的內表面和負透鏡142的內表面膠合在一起，正透鏡141的外表面朝向光入射方向，為光入射面，負透鏡142的外表面為光出射面。在一種實施例中，第一平凸透鏡的凸面為球面，所述第二平凸透鏡的凸面也為球面。為更好地收集經第一平凸透鏡會聚后的光，第二平凸透鏡的口徑大于或等于第一平凸透鏡的口徑，第一雙膠合透鏡的口徑大于或等于第二平凸透鏡的口徑，第二雙膠合透鏡的口徑大于或等于第一雙膠合透鏡的口徑。下面以光收集系統應用于細胞分析儀為例進行說明。如圖2所示，細胞分析儀包括激光發射源(圖中未示出)、流動室22和光收集系統10，流動室22包括小孔221，小孔221的一段為檢測區，激光發射源發出的激光束照射到檢測區。光收集系統10的第一平凸透鏡11的平面111緊貼所述流動室22的一側外壁，為將平面111和流動室22的一側外壁固定在一起，可采用光學凝膠23將平面111和流動室22的一側外壁膠合在一起。當樣本流21以一定速度從小孔流過，樣本流21經過檢測區時經激光照射發出熒光，熒光圍繞著細胞360度向整個空間發散，從與平面111緊貼在一起的流動室22的一側外壁發出的突光自左向右被第一平凸透鏡11所收集，其中樣本21經流動室22發光和光透過第一平凸透鏡11的細節請見圖3所示。相當于由一個點光源發出的熒光24斜射到第一平凸透鏡11的平面部分，由于第一平凸透鏡11使用的材質針對于熒光具有較大的折射率，所以熒光在第一平凸透鏡11的平面和凸面發生兩次折射后，出射的熒光向光軸急速會聚，但出射的熒光光束25仍呈發散狀態。發散的熒光束25再次經第二平凸透鏡12進行會聚，從第二平凸透鏡出射的熒光光束26接近于平行光，當仍呈稍微發散狀態，這束熒光26入射到第一雙膠合透鏡13，通過第一雙膠合透鏡13的會聚和發散的準直處理后，從第一雙膠合透鏡13出射的是平行的熒光光束27。在一種實施例中，第二雙膠合透鏡14與第一平凸透鏡11、第二平凸透鏡12和第一雙膠合透鏡13共光軸，如圖4所示，從第一雙膠合透鏡13出射的平行熒光光束27入射到第二雙膠合透鏡14上，第二雙膠合透鏡14對平行熒光光束27進行會聚。會聚后的熒光被耦合到探測器或光纖中。圖4所示即為本發明鏡頭設計與光纖收集系統耦合的示意圖:樣本發出的熒光信號經過由第一平凸透鏡11、第二平凸透鏡12、第一雙膠合透鏡13和第二雙膠合透鏡14組成的收集鏡頭，將熒光能量信號耦合到多模光纖31中，再傳輸給相應探測器。為使第一雙膠合透鏡出射的為平行光，第一平凸透鏡、第二平凸透鏡和第一雙膠合透鏡之間需要具有匹配的材質和參數。由于從第一平凸透鏡和第二平凸透鏡出射的熒光束仍呈發散狀態，為了更多地收集熒光，所以第二平凸透鏡的口徑大于或等于第一平凸透鏡的口徑，第一雙膠合透鏡的口徑大于或等于第二平凸透鏡的口徑，第二雙膠合透鏡的口徑大于或等于第一雙膠合透鏡的口徑。由于不需要第二平凸透鏡12對入射的熒光具有急速的會聚作用，所以第二平凸透鏡使用的材料針對于熒光的折射率小于第一平凸透鏡使用的材料針對于熒光的折射率，第二平凸透鏡凸面的曲率半徑大于第一平凸透鏡凸面的曲率半徑。本實施例中，第一平凸透鏡11采用ZK9玻璃材料(η = 1.62，Vd = 60.29，其中η代表材料折射率，Vd代表材料的色散率，是光學玻璃材料的兩個最基本的參數)，曲面半徑在2.99 6.0mm ;第二平凸鏡12采用Κ9玻璃材料(η = 1.516，Vd = 64.07)，曲率半徑在7.89 10.5mm ;第一雙膠合透鏡13采用負、正透鏡組合方式，玻璃材料從前到后依次為ZF13 (n = 1.78, Vd = 25.76)和 Κ9 (η = 1.516, Vd = 64.07);第二雙膠合透鏡 14 采用 了正、負透鏡組合方式，玻璃材料從前到后依次為Bak2(n = 1.1.54，Vd = 59.67)和ZFll (η=1.699，Vd = 30.07)。光學系統中所采用的材料均為很低熒光效應的光學玻璃(熒光效應是指受一種波長比如488nm光照射時發出另外一個波長比如530nm的熒光)，因為流式細胞檢測應用了熒光效應原理，為了準確測試熒光都由樣本發出，所以要求光學系統本身的材料為無熒光或低熒光效應即可。以下兩個具體實例中列舉了兩平凸透鏡和兩個雙膠合透鏡的材質和參數。例一:兩平凸透鏡和兩個雙膠合透鏡的材質和參數如表I所示。表I鏡片 曲率半徑(mm)厚度(mm) 口徑(mm) 間距(mm) 材料
權利要求
1.一種光收集系統，其特征在于包括: 第一平凸透鏡，其平面為光入射面，凸面為光出射面； 第二平凸透鏡，其與第一平凸透鏡共光軸，第二平凸透鏡的平面為光入射面，凸面為光出射面； 第一雙膠合透鏡，其與第一平凸透鏡和第二平凸透鏡共光軸，第一雙膠合透鏡的負透鏡外表面為光入射面，正透鏡外表面為光出射面；和 第二雙膠合透鏡，第二雙膠合透鏡位于光經第一平凸透鏡、第二平凸透鏡和第一雙膠合透鏡聚合后的光路上，第二雙膠合透鏡的正透鏡外表面為光入射面，負透鏡外表面為光出射面。
2.按權利要求1所述的光收集光學系統，其特征在于，，第二平凸透鏡的口徑大于或等于第一平凸透鏡的口徑，第一雙膠合透鏡的口徑大于或等于第二平凸透鏡的口徑，第二雙膠合透鏡的口徑大于或等于第一雙膠合透鏡的口徑。
3.按權利要求2所述的光收集光學系統，其特征在于，所述第一平凸透鏡的材料折射率大于第二平凸透鏡的材料折射率。
4.按權利要求3所述的光收集光學系統，其特征在于，所述第一平凸透鏡的材料色散率小于第二平凸透鏡的材料色散率。
5.按權利要求3或4所述的光收集光學系統，其特征在于，所述第一平凸透鏡和第二平凸透鏡的凸面都為球面，第一平凸透鏡凸面的曲率半徑小于第二平凸透鏡凸面的曲率半徑。
6.按權利要求5所述的光收集光學系統，其特征在于，所述第一平凸透鏡的材料折射率為1.62，材料色散率為60.29，第一平凸透鏡凸面的曲率半徑為2.99-6.0mm;第二平凸透鏡的材料折射率為1.516，材料色散率為64.07，第二平凸透鏡凸面的曲率半徑為7.89-10.5mm。
7.按權利要求6所述的光收集光學系統，其特征在于，所述第一雙膠合透鏡的負透鏡的材料折射率為1.78，材料色散率為25.76，第一雙膠合透鏡的正透鏡的材料折射率為1.516，材料色散率為64.07，所述第二雙膠合透鏡的正透鏡的材料折射率為1.54，材料色散率為59.67，第二雙膠合透鏡的負透鏡的材料折射率為1.699，材料色散率為30.07。
8.按權利要求7所述的光收集光學系統，其特征在于，所述第二雙膠合透鏡與第一平凸透鏡、第二平凸透鏡、第一雙膠合透鏡和第二雙膠合透鏡共光軸。
9.按權利要求7或8所述的光收集光學系統，其特征在于，還包括設置在第一雙膠合透鏡出射光路上的若干二向色濾光片，所述后面的二向色濾光片設置在前一個二向色濾光片透射光的光路上，所述第二雙膠合透鏡的數量與二向色濾光片數量相同，且每個第二雙膠合透鏡設置在各自對應的二向色濾光片反射光的光路上。
10.一種細胞分析儀,包括: 激光發射源； 流動室，所述流動室包括供樣本流流過的檢測區，所述激光發射源發出的激光束照射到檢測區；其特征在于還包括: 如權利要求1至9中任一項所述的光收集系統，所述光收集系統的第一平凸透鏡的平面緊貼所述流動室的外壁。
全文摘要
本發明公開了一種光收集系統及細胞分析儀，光收集系統包括第一平凸透鏡，其平面為光入射面，凸面為光出射面；第二平凸透鏡，其與第一平凸透鏡共光軸，第二平凸透鏡的平面為光入射面，凸面為光出射面；第一雙膠合透鏡，其與第一平凸透鏡和第二平凸透鏡共光軸，第一雙膠合透鏡的負透鏡外表面為光入射面，正透鏡外表面為光出射面；和第二雙膠合透鏡，第二雙膠合透鏡位于光經第一平凸透鏡、第二平凸透鏡和第一雙膠合透鏡聚合后的光路上，第二雙膠合透鏡的正透鏡外表面為光入射面，負透鏡外表面為光出射面。本發明通過將兩個平凸透鏡和兩個雙膠合透鏡進行組合，既實現了較大的數值孔徑，滿足了工作距離的要求，又降低了加工和裝配的工藝難度。
文檔編號G02B3/00GK103091821SQ201110343620
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者梁敏勇, 安棟梁, 史宏偉 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司, 北京深邁瑞醫療電子技術研究院有限公司