专利名称：光收集系统及细胞分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粒子分析领域，尤其涉及细胞分析仪中用于收集粒子发出的荧光的光收集系统。
背景技术：
在医疗和生物领域，通常采用流式细胞分析仪来统计和分析细胞、DNA、蛋白和各种酶等微小粒子，流式细胞分析仪及流式细胞术，是一种在功能水平上对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段，可以高速分析成千上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数。激光束经过整形后照射到样本流上，依次通过检测区的细胞在激光束的照射下产生荧光，激发产生的荧光很弱，而且是围绕着细胞360度向整个空间发散；荧光收集镜头的作用就是尽可能多的收集荧光信号，数值孔径(Numerical Aperture，即NA)越大收集到角度范围越大，从而使荧光信号越强，仪器的荧光探测性能越高，因此大数值孔径的荧光收集镜头设计对于流式细胞仪来说很重要。目前各种流式细胞仪中的荧光收集镜主要有三种:(一)是直接采用现成的显微物镜产品镜头；(二)是采用非球面镜；(三)是针对流式定制的物镜。显微物镜的NA与工作距离成反比，NAl.0以上工作距离基本在0.5mm以内，由于流式细胞仪中的流动室壁厚多数在1.5mm以上，即工作距离多数大于1.5mm，所以只能采用工作距离符合要求但NA—般小于0.4的物镜，因此收集的荧光信号能量受限。对于采用非球面镜的情况，单片非球面镜只能达到ΝΑ0.65左右，而且对于宽波长范围的荧光光谱不能校正色差，采用非球面会提高加工与检测的工艺难度。对于其他一些定制的物镜，虽然能够在指定工作距离上达到NAl.1以上，但其镜片组成结构较多，较复杂，加工和装配工艺要求高。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种具有较大数值孔径的光收集系统。根据本发明的一方面，提供一种光收集系统，包括:第一平凸透镜，其平面为光入射面，凸面为光出射面；第二平凸透镜，其与第一平凸透镜共光轴，第二平凸透镜的平面为光入射面，凸面为光出射面；第一双胶合透镜，其与第一平凸透镜和第二平凸透镜共光轴，第一双胶合透镜的负透镜外表面为光入射面，正透镜外表面为光出射面；和第二双胶合透镜，第二双胶合透镜位于光经第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一双胶合透镜聚合后的光路上，第二双胶合透镜的正透镜外表面为光入射面，负透镜外表面为光出射面。本发明还提供一种细胞分析仪，包括:激光发射源；流动室，所述流动室包括供样本流流过的检测区，所述激光发射源发出的激光束照射到检测区；和上述光收集系统，所述光收集系统的第一平凸透镜的平面紧贴所述流动室的外壁。本发明通过将两个平凸透镜和两个双胶合透镜进行组合，既实现了较大的数值孔径，满足了工作距离的要求，又降低了加工和装配的工艺难度。
图1为本发明一种实施例的光收集系统的结构示意图；图2为本发明一种实施例的光收集系统应用于细胞分析仪的光路分析图；图3为图2中A部的放大示意图；图4为本发明一种实施例的光收集系统收集荧光的光路示意图；图5为本发明另一种实施例的光收集系统收集荧光的光路示意图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。首先对本申请中的一些术语进行描述。平凸透镜为凸透镜的一种，其一面为平面镜，另一面是凸出的透镜，凸出的一面可以是球面，也可以是非球面。双胶合透镜是指由一片低色散的正透镜(即凸透镜)和一片高色散的负透镜(即凹透镜)胶合在一起的透镜，简称双胶合，正负透镜的胶合面曲率相同。在一种实施例中，光收集系统的结构如图1所示，光收集系统10包括两个平凸透镜和两个双胶合透镜。比较好的方式是将第一平凸透镜11、第二平凸透镜12、第一双胶合透镜13和第二双胶合透镜14设置为共光轴，在图1所示实施例中，第一平凸透镜11、第二平凸透镜12、第一双胶合透镜13和第二双胶合透镜14成直线排列。也可如图5所示的实施例中，通过分光镜或反光镜改变光的传播方向，从而可将某一个透镜(例如第二双胶合透镜)转一定角度后仍然位于光轴上。其中第一平凸透镜11的平面111朝向光入射方向，为光入射面，其凸面112为光出射面；第二平凸透镜12的平面121朝向第一平凸透镜11，为光入射面，其凸面122背向第一平凸透镜11，为光出射面；第一双胶合透镜13的负透镜131的内表面和正透镜132的内表面胶合在一起，负透镜131外表面朝向第二平凸透镜12，为光入射面，正透镜外表面背向第二平凸透镜12，为光出射面；第二双胶合透镜14位于光经第一平凸透镜11、第二平凸透镜12和第一双胶合透镜13聚合后的光路上，第二双胶合透镜14的正透镜141的内表面和负透镜142的内表面胶合在一起，正透镜141的外表面朝向光入射方向，为光入射面，负透镜142的外表面为光出射面。在一种实施例中，第一平凸透镜的凸面为球面，所述第二平凸透镜的凸面也为球面。为更好地收集经第一平凸透镜会聚后的光，第二平凸透镜的口径大于或等于第一平凸透镜的口径，第一双胶合透镜的口径大于或等于第二平凸透镜的口径，第二双胶合透镜的口径大于或等于第一双胶合透镜的口径。下面以光收集系统应用于细胞分析仪为例进行说明。如图2所示，细胞分析仪包括激光发射源(图中未示出)、流动室22和光收集系统10，流动室22包括小孔221，小孔221的一段为检测区，激光发射源发出的激光束照射到检测区。光收集系统10的第一平凸透镜11的平面111紧贴所述流动室22的一侧外壁，为将平面111和流动室22的一侧外壁固定在一起，可采用光学凝胶23将平面111和流动室22的一侧外壁胶合在一起。当样本流21以一定速度从小孔流过，样本流21经过检测区时经激光照射发出荧光，荧光围绕着细胞360度向整个空间发散，从与平面111紧贴在一起的流动室22的一侧外壁发出的突光自左向右被第一平凸透镜11所收集，其中样本21经流动室22发光和光透过第一平凸透镜11的细节请见图3所示。相当于由一个点光源发出的荧光24斜射到第一平凸透镜11的平面部分，由于第一平凸透镜11使用的材质针对于荧光具有较大的折射率，所以荧光在第一平凸透镜11的平面和凸面发生两次折射后，出射的荧光向光轴急速会聚，但出射的荧光光束25仍呈发散状态。发散的荧光束25再次经第二平凸透镜12进行会聚，从第二平凸透镜出射的荧光光束26接近于平行光，当仍呈稍微发散状态，这束荧光26入射到第一双胶合透镜13，通过第一双胶合透镜13的会聚和发散的准直处理后，从第一双胶合透镜13出射的是平行的荧光光束27。在一种实施例中，第二双胶合透镜14与第一平凸透镜11、第二平凸透镜12和第一双胶合透镜13共光轴，如图4所示，从第一双胶合透镜13出射的平行荧光光束27入射到第二双胶合透镜14上，第二双胶合透镜14对平行荧光光束27进行会聚。会聚后的荧光被耦合到探测器或光纤中。图4所示即为本发明镜头设计与光纤收集系统耦合的示意图:样本发出的荧光信号经过由第一平凸透镜11、第二平凸透镜12、第一双胶合透镜13和第二双胶合透镜14组成的收集镜头，将荧光能量信号耦合到多模光纤31中，再传输给相应探测器。为使第一双胶合透镜出射的为平行光，第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一双胶合透镜之间需要具有匹配的材质和参数。由于从第一平凸透镜和第二平凸透镜出射的荧光束仍呈发散状态，为了更多地收集荧光，所以第二平凸透镜的口径大于或等于第一平凸透镜的口径，第一双胶合透镜的口径大于或等于第二平凸透镜的口径，第二双胶合透镜的口径大于或等于第一双胶合透镜的口径。由于不需要第二平凸透镜12对入射的荧光具有急速的会聚作用，所以第二平凸透镜使用的材料针对于荧光的折射率小于第一平凸透镜使用的材料针对于荧光的折射率，第二平凸透镜凸面的曲率半径大于第一平凸透镜凸面的曲率半径。本实施例中，第一平凸透镜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，是光学玻璃材料的两个最基本的参数)，曲面半径在2.99 6.0mm ;第二平凸镜12采用Κ9玻璃材料(η = 1.516，Vd = 64.07)，曲率半径在7.89 10.5mm ;第一双胶合透镜13采用负、正透镜组合方式，玻璃材料从前到后依次为ZF13 (n = 1.78, Vd = 25.76)和 Κ9 (η = 1.516, Vd = 64.07);第二双胶合透镜 14 采用 了正、负透镜组合方式，玻璃材料从前到后依次为Bak2(n = 1.1.54，Vd = 59.67)和ZFll (η=1.699，Vd = 30.07)。光学系统中所采用的材料均为很低荧光效应的光学玻璃(荧光效应是指受一种波长比如488nm光照射时发出另外一个波长比如530nm的荧光)，因为流式细胞检测应用了荧光效应原理，为了准确测试荧光都由样本发出，所以要求光学系统本身的材料为无荧光或低荧光效应即可。以下两个具体实例中列举了两平凸透镜和两个双胶合透镜的材质和参数。例一:两平凸透镜和两个双胶合透镜的材质和参数如表I所示。表I镜片 曲率半径(mm)厚度(mm) 口径(mm) 间距(mm) 材料
权利要求
1.一种光收集系统，其特征在于包括: 第一平凸透镜，其平面为光入射面，凸面为光出射面； 第二平凸透镜，其与第一平凸透镜共光轴，第二平凸透镜的平面为光入射面，凸面为光出射面； 第一双胶合透镜，其与第一平凸透镜和第二平凸透镜共光轴，第一双胶合透镜的负透镜外表面为光入射面，正透镜外表面为光出射面；和 第二双胶合透镜，第二双胶合透镜位于光经第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一双胶合透镜聚合后的光路上，第二双胶合透镜的正透镜外表面为光入射面，负透镜外表面为光出射面。
2.按权利要求1所述的光收集光学系统，其特征在于，，第二平凸透镜的口径大于或等于第一平凸透镜的口径，第一双胶合透镜的口径大于或等于第二平凸透镜的口径，第二双胶合透镜的口径大于或等于第一双胶合透镜的口径。
3.按权利要求2所述的光收集光学系统，其特征在于，所述第一平凸透镜的材料折射率大于第二平凸透镜的材料折射率。
4.按权利要求3所述的光收集光学系统，其特征在于，所述第一平凸透镜的材料色散率小于第二平凸透镜的材料色散率。
5.按权利要求3或4所述的光收集光学系统，其特征在于，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜的凸面都为球面，第一平凸透镜凸面的曲率半径小于第二平凸透镜凸面的曲率半径。
6.按权利要求5所述的光收集光学系统，其特征在于，所述第一平凸透镜的材料折射率为1.62，材料色散率为60.29，第一平凸透镜凸面的曲率半径为2.99-6.0mm;第二平凸透镜的材料折射率为1.516，材料色散率为64.07，第二平凸透镜凸面的曲率半径为7.89-10.5mm。
7.按权利要求6所述的光收集光学系统，其特征在于，所述第一双胶合透镜的负透镜的材料折射率为1.78，材料色散率为25.76，第一双胶合透镜的正透镜的材料折射率为1.516，材料色散率为64.07，所述第二双胶合透镜的正透镜的材料折射率为1.54，材料色散率为59.67，第二双胶合透镜的负透镜的材料折射率为1.699，材料色散率为30.07。
8.按权利要求7所述的光收集光学系统，其特征在于，所述第二双胶合透镜与第一平凸透镜、第二平凸透镜、第一双胶合透镜和第二双胶合透镜共光轴。
9.按权利要求7或8所述的光收集光学系统，其特征在于，还包括设置在第一双胶合透镜出射光路上的若干二向色滤光片，所述后面的二向色滤光片设置在前一个二向色滤光片透射光的光路上，所述第二双胶合透镜的数量与二向色滤光片数量相同，且每个第二双胶合透镜设置在各自对应的二向色滤光片反射光的光路上。
10.一种细胞分析仪,包括: 激光发射源； 流动室，所述流动室包括供样本流流过的检测区，所述激光发射源发出的激光束照射到检测区；其特征在于还包括: 如权利要求1至9中任一项所述的光收集系统，所述光收集系统的第一平凸透镜的平面紧贴所述流动室的外壁。
全文摘要
本发明公开了一种光收集系统及细胞分析仪，光收集系统包括第一平凸透镜，其平面为光入射面，凸面为光出射面；第二平凸透镜，其与第一平凸透镜共光轴，第二平凸透镜的平面为光入射面，凸面为光出射面；第一双胶合透镜，其与第一平凸透镜和第二平凸透镜共光轴，第一双胶合透镜的负透镜外表面为光入射面，正透镜外表面为光出射面；和第二双胶合透镜，第二双胶合透镜位于光经第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一双胶合透镜聚合后的光路上，第二双胶合透镜的正透镜外表面为光入射面，负透镜外表面为光出射面。本发明通过将两个平凸透镜和两个双胶合透镜进行组合，既实现了较大的数值孔径，满足了工作距离的要求，又降低了加工和装配的工艺难度。
文档编号G02B3/00GK103091821SQ201110343620
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者梁敏勇, 安栋梁, 史宏伟 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司, 北京深迈瑞医疗电子技术研究院有限公司