本实用新型属于分析仪器技术领域，涉及激光、流式细胞仪技术，具体涉及一种流式细胞仪的光路和探测系统。
背景技术：
流式细胞仪采用激光照射被测的微观颗粒(如细胞)，并通过采集系统收集散射光和被激发出的荧光，再对这些采集到的光分析，得到微观颗粒的信息。散射光包括前向散射和侧向散射。其中前向散射也称为小角度散射，其强度和细胞的大小、形状、内部结构、折射率等因素相关，和被测颗粒体积呈正相关，常用于免疫表型分析。
前向散射光和激光穿过颗粒的直透光在同一个方向，因此需要在前向散射探测器前面，放置一个光束挡板，滤掉直透光。该光束挡板根据光路需要可以为矩形、十字形或其他异形结构(如CN105917211A所描述的菱形)。在使用过程中，流动室的内壁会或多或少吸附一些杂质或气泡，造成内壁上出现大量的杂散光。由于流动室的内径很小，对于采集透镜而言，内壁和颗粒的物距几乎相等(相差100微米左右)，它们的像距也几乎相等。因此，大量的杂散光将和前向散射光一起被聚焦到探测器上，很容易就淹没了信号。
入射到颗粒上的激光光束往往需要整形为椭圆光斑，这样即便每个颗粒经过光斑的位置不同，也不会造成激发光能量有太大的差异。比较成熟的整形方法包括使用变型棱镜对，或者柱透镜实现对光束一维方向的压缩。另一方面，现代流式细胞仪往往会采用两个以上的激光器作为激发光源，而由于棱镜色散角度不大，采用变型棱镜对需要将激光器置于较远的距离才不会相互干涉，不便于小型化(如US 20040061853所描述的方式)。所以大多数流式细胞仪依然采用一对交叉放置的柱透镜来实现光束整形。
公告号为CN103430009A的中国专利公开了一种用于流式细胞术的轴向光损失传感器系统，其合束并整形的方法为：先将多束激光合束，然后再统一由整形器件整形。大多数流式细胞仪均采用这种方法，其不足点是：对整形器件的要求相对较高，而且每组光束的聚焦尺寸和聚焦位置只能折衷处理。
公告号为CN105917211A的中国专利公开了一种用于流式细胞仪的光学引擎、流式细胞仪系统及使用方法，其对每个激光束都配置一对柱面镜。这种方案的好处是可以实现将每个激光源精确聚焦到流动室的不同位置，但是其存在的缺点则是：装调比较麻烦，而且对空间布置有要求。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种新型流式细胞仪的光路和探测系统，其采用的光路布局和调节方法使得在多激光仪器中，每个激光聚焦光斑的空间位置能精确调节，并且光斑大小能满足使用要求，同时探测系统能大大减小杂散光的影响，且安装调试简单。
本实用新型的技术方案如下：
一种流式细胞仪的光路和探测系统，其包括光源组、合束镜、光束整形系统、流动室、探测系统；所述光源组包括至少两种光源，所述合束镜为二向色镜，至少两种光源通过二向色镜实现合束；所述光束整形系统包括两组旋转轴正交设置的柱透镜组：第一柱透镜组和第二柱透镜组；所述二向色镜设于所述第一柱透镜组和第二柱透镜组之间；所述探测系统包括光学采集系统和探测器，所述探测器设于所述光学采集系统的后焦距之外；所述流动室的中心轴位于所述第二柱透镜组的后焦点上，且位于所述光学采集系统的前焦距之内。
优选的方案，所述第一柱透镜组的数量有多个，且和所述光源组一一对应，所述第一柱透镜组用来将被净化滤光片过滤后的光源光束，在垂直于所述第一柱透镜组所包含的各柱透镜的旋转轴方向上压缩。
进一步优选的方案，所述第一柱透镜组所包含的各柱透镜均可以在垂直于各自的旋转轴方向，并且垂直于相应的光源光束入射方向上精确调节，使第一柱透镜组所对应的光源在流动室上的光斑沿着液流流动方向精确分开排布。
所述第二柱透镜组的数量为一个，用来将合束后的光源光束在垂直于第二柱透镜组的旋转轴方向上压缩。
所述第二柱透镜组可以在垂直于其旋转轴方向，并且垂直于合束后的光源光束入射方向上精确调节，使参考光源光束在流动室上的光斑的重心位于流动室中样本流流动的中心轴上。
所述二向色镜的角度可精确微调，使参考光源光束之外的光源光束在流动室上的光斑的重心位于流动室中样本流流动的中心轴上。
所述第一柱透镜组为平凸单柱透镜或二次曲面单柱透镜；所述第二柱透镜组为消色差柱透镜组或者复消色差柱透镜组。
所述光学采集系统包括依次设置的光束挡板、第一采集透镜组、参考光源光束窄带滤光片、第二采集透镜组和小孔光阑；所述光束挡板位于流动室和第一采集透镜组之间。
所述第一采集透镜组与所述流动室中心轴之间的距离，在所述第一采集透镜组的一个焦距范围内。
所述小孔光阑位于所述“流动室的中心”经采集透镜组成像后的像点上。
工作时，激光从激光器出射后，经过激光净化滤光片，滤掉激发波长以外的光波，入射到第一柱透镜上，该组柱透镜用来实现对激光束的Y方向(对流动室而言)的压缩聚焦。从第一柱透镜出射后的激光束，经过二向色镜实现光束合束。合束后的多波长激光束继续入射到第二柱透镜上，实现光束的X方向(对流动室而言)的压缩聚焦，最终入射到流动室上的光束被聚焦成椭圆光斑。
在多激光流式细胞仪中，每种激光的聚焦位置需要在流动室X方向上精确调节，使得光斑重心落在流动室样本流的中心轴上。同时，不同波长的聚焦光斑需要在Y轴上分开，以实现对不同染色颗粒的激发。在本发明中，将其中一种波长的激光束(通常为前散射探测的波长)设为参考激光，其他激光束聚焦在流动室中心的光斑的高度以此为参考。所有激光束聚焦光斑在Y方向上的位置通过对相应的第一柱透镜在Y-Z平面平移实现。而X方向的聚焦位置，参考光束通过对第二柱透镜在X-Z平面的平移实现，其他光束则通过微调其相应的二向色镜的俯仰实现。
当流动室中的颗粒经过聚焦光斑时，会产生前向散射，同时还会有大量的激光直透光。直透光的光强远远超过散射光强，因此在进入采集透镜前，使用光束挡板过滤掉直透光，光束挡板可以为矩形、十字形或其他满足要求的异性结构。本发明的采集透镜为两组透镜，其中第一组透镜用来收集前向散射光，第二组透镜将被收集到的前向散射光会聚到探测器上。两组透镜之间放置有一片窄带滤光片，用来过滤掉参考波长以外波长，以减少串扰。另一方面，如背景所述，来自内部的大量杂散光会淹没前向散射信号。为此，采集透镜的第一组透镜并不是将前向散射光准直，而是使其发散，即流动室中心位于第一组透镜的焦点内，而非焦点上。发散的前向散射光相对于第二组透镜形成虚物，物距缩小，同时虚物之间的距离则被放大，这样经过第二组透镜聚焦后，内壁和颗粒的像点分开。在探测器前面加入小孔光阑，该光阑位于颗粒的像点上，从而只有前向散射光能通过，来自内壁的杂散光则被阻挡，大大提高了信噪比。
综上所述本实用新型的有益效果在于：
1、激光聚焦光斑尺寸和位置可以精确调节，降低了对整形器件的要求，和布局空间的要求，同时调节简单。
2、采用离焦方式，增加了内壁像点和颗粒像点之间的距离，使得过滤更容易实现；配合挡板和小孔，即使在流动室内径污染的情况下依然能得到很高的信噪比，最终实现了对前向散射高信噪比的探测。
附图说明
图1为本实用新型的一种三色激光激发系统布局图；
图2为本实用新型的另一种三色激光激发系统以及前散射光路的布局图。
1、2、3分别为不同波长光束的独立路径：第一激光光束、第二激光光束和第三激光光束，11、21、31分别为第一激光器、第二激光器、第三激光器，12、22、32为第一激光净化滤光片、第二激光净化滤光片、第三激光净化滤光片，13、23、33为不同激光束相应的第一柱透镜一、第一柱透镜二、第一柱透镜三，14为反射镜，24、34均为二向色镜，4为第二柱透镜，5为流动室，61为光束挡板，62为小孔光阑，71为采集第一透镜组，72为采集第二透镜组，8为窄带滤光片，9为探测器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
【具体实施例一】
为了便于描述，我们规定，光束由左到右传播的方向为Z轴，垂直于绘图平面向内的方向为X轴，Y轴与X、Z轴成右手坐标系。
本实施例为一种三色激光激发系统的布局图，1、2、3分别为不同波长光束的独立路径，第一激光器11发出的第一激光束，经过第一激光净化滤光片12滤光后，入射到第一柱透镜一13上，实现Y方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，入射到二向色镜24上；第二激光器21发出的第二激光束，经过第二激光净化滤光片22滤光后，入射到第一柱透镜二23上，实现Y方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，入射到二向色镜24上；第一激光束和第二激光束经过二向色镜24合束后入射到二向色镜34上；第三激光器31发出的第三激光束，经过第三激光净化滤光片32滤光后，入射到第一柱透镜三33上，实现Y方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，入射到二向色镜34上；第三激光束与第一、第二激光束的合束光束，经过二向色镜34合束后，共同入射到第二柱透镜4上，实现X方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，入射到流动室5，并在流动室的中心处形成一个椭圆形聚焦光斑，光斑的长轴平行于Y轴，短轴平行于X轴。流动室5中，液流沿着x方向流动。第一柱透镜13、23、33为平凸单柱透镜或者非球面单柱透镜。第二柱透镜4为消色差柱透镜组或者复消色差柱透镜组。
每种波长的聚焦光斑在Y方向(相对于流动室5)的重心位置，可以通过对各自的第一柱透镜在Y-Z平面位移实现调节，位移方向如图中箭头所示。假定第一激光束为参考激光，则，第一激光束聚焦光斑在X方向(相对于流动室5)的重心位置，可以通过对第二柱透镜4沿X轴平移实现，如图中“x·”所示。以第一激光束聚焦光斑位置为参考，微调二向色镜24、34的俯仰角度，可以分别实现第二、第三激光束的聚焦光斑在X轴上的位置的调节。通过以上过程，就能实现三个聚焦光斑重心位于流动室的中心上，且沿着流动室中心轴分开排布。
【具体实施例二】
本实施例为另一种三色激光激发系统以及前散射光路的布局图，1、2、3分别为不同波长光束的独立路径，第一激光器11发出的第一激光束，经过第一激光净化滤光片12滤光后，入射到第一柱透镜一13上，实现Y方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，45度入射到反射镜14上，并被14垂直反射入射到二向色镜24上；第二激光器21发出的第二激光束，经过第二激光净化滤光片22滤光后，入射到第一柱透镜二23上，实现Y方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，入射到二向色镜24上；第一激光束和第二激光束经过二向色镜24合束后入射到二向色镜34上；第三激光器31发出的第三激光束，经过第三激光净化滤光片32滤光后，入射到第一柱透镜三33上，实现Y方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，入射到二向色镜34上；第三激光束与第一、第二激光束的合束光束，经过二向色镜34合束后，共同入射到第二柱透镜4上，实现X方向(相对于流动室5)上的压缩聚焦后，入射到流动室5，并在流动室的中心处形成一个椭圆形聚焦光斑，光斑的长轴平行于Y轴，短轴平行于X轴。流动室5中，液流沿着x方向流动。第一柱透镜13、23、33为平凸单柱透镜或者非球面单柱透镜。第二柱透镜4为消色差柱透镜组或者复消色差柱透镜组。
每种波长的聚焦光斑在Y方向(相对于流动室5)的重心位置，可以通过对各自的第一柱透镜在Y-Z平面位移实现调节，位移方向如图中箭头所示。假定第一激光束为参考激光，则，第一激光束聚焦光斑在X方向(相对于流动室5)的重心位置，可以通过对第二柱透镜4沿X轴平移实现，如图中“x·”所示。以第一激光束聚焦光斑位置为参考，调节二向色镜24、34的俯仰角度，可以分别实现第二、第三激光束的聚焦光斑在X轴上的位置的调节。通过以上过程，就能实现三个聚焦光斑重心位于流动室的中心上，且沿着流动室中心轴分开排布。
流动室5中的颗粒经过三种激光束的聚焦光斑时，都会有前向散射光和直透光出现。前向散射光和直透光均包含三种波长。经过光束挡板61过滤后，只有前向散射光入射到采集透镜组的采集第一透镜组71。如图所示，采集第一透镜组71沿着z方向移动，以实现对前向散射光的发散。含有三种激光波长的、发散的前向散射光经过窄带滤光片8过滤后，只剩下第一激光波长。发散的、第一波长前向散射光被采集透镜组的采集第二透镜组72聚焦。小孔光阑62放置在流动室5的中心的像点处，从而小孔光阑62与流动室中的颗粒形成一个共聚焦结构。来自颗粒的前向散射光可以透过小孔光阑62到达探测器9上，而来自内壁或其他地方的杂散光将被小孔光阑62拦截。本发明通过离焦的方法，增加了内壁像点和颗粒像点之间的距离，使得过滤更容易实现。配合光束挡板61和小孔光阑62，最终实现了对前向散射高信噪比的探测。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。