专利名称：光学检测装置以及使用该装置的多通道试样分析器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于多通道多色测量的光学检测装置，以及使用该光学检测装置的多通道试样分析器；具体而言，涉及一种可以利用光学检测器以不同的波长高速测量多通道试样的光学检测装置以及一种使用该光学检测装置的多通道试样分析器。
背景技术：
众所周知一种分析试样成分的方法，该方法包括将特定波长的光照射到试样上，然后检测从该试样发出的光的光谱。例如，可以通过具有不同发射波长的荧光染料标记出DNA的相应碱基，然后分析从荧光染料发出的光的强度，由此鉴别该DNA的碱基序列。
图1表示传统的荧光分析器100的示意图。参照图1，传统的荧光分析器100包括将光照射到试样130上的光学单元110，以及检测从试样130发出的光的检测单元120。光学单元110通常包括光源112，分色镜114，物镜115，以及试样支架117。检测单元120包括光学检测器125，例如光电倍增管(PMT)，以及透过特定波长的光的滤光镜121等。光源112可以包括不同的源，例如卤素灯、发光二极管(LED)、激光器等等。从光源112发出的光被分色镜114反射，并且部分地被试样支架117上的试样130吸收。从试样130发出的光透过分色镜114，并且进入检测单元120。进入检测单元120的光透过滤光镜121，因而具有特定的波长，光学检测器125检测该具有特定波长的光的强度。通过利用改变滤光镜121或光源110的波长特性分析从试样发出的荧光的强度可以辨别该试样的分析物。
近来，为了提高分析试样的效率以及高速确定试样的特性，研制了一种多通道试样分析器，该多通道试样分析器可以一次分析多个试样。多通道分析器可以粗略地分成利用多个光学检测器同时确定多个试样的装置，以及利用一个光学检测器顺序地确定多个试样的装置。
该利用多个光学检测器同时确定多个试样的装置的例子包括其中使用与试样数量相等的检测从相应试样发出的光的多个独立光学检测器的装置(例如，Cepheid Smart CyclerR)，以及其中将大面积的光同时照射在多个试样上并且用具有大面积的CCD检测从该试样发出的光的装置(例如，ABIPrism 7000R以及BioRad iCyclerR)。然而，当独立的光学检测器的数量等于试样的数量时，则可以覆盖所要检测的一定波段的波长的滤光镜布置在相应光学检测器的前面。这样，相对于试样的数量，使用了过多的光学检测器和滤光镜。另一方面，当使用CCD时，可以仅使用一个滤光轮。然而，荧光分析所需的具有大面积和高精度的CCD非常昂贵，因而提高了该多通道试样分析器的生产成本，并且不适合小型分析器。参照图2，通常将旋转滤光轮布置在CCD的前面，以便利用多个波长执行多通道分析。然而，由于与CCD尺寸的分辨率相关的帧速(CCD每秒读取的图象数量)的限制，所以限制了该滤光轮速度的提高。这样，当高速测量多个波长时仍然存在着限制。
在利用一个光学检测器顺序地确定多个试样的装置中，通常将多个试样放置在试样支架上，并且通过扫描测量试样。如上所述，为了以多个波长执行试样的光谱分析，应当旋转该滤光轮。这样，通过将试样的扫描时间乘以该滤光轮的旋转次数计算得到总的测量时间会增加。
因此，需要一种能够利用光学检测器和滤光轮以不同波长高速检测多个试样的检测单元。
发明内容
本发明提供一种能够利用光学检测器以不同波长高速测量多通道试样的光学检测装置以及一种使用该光学检测装置的多通道试样分析器。
本发明还提供一种用于多通道多色测量的小尺寸、低生产成本的光学检测装置，以及一种使用该光学检测装置的多通道试样分析器。
根据本发明的一个方面，提供一种用于多通道多色测量的光学检测装置，包括一光学检测器；一具有彼此连接成盘状的至少两个滤色镜的滤光轮；多个光学通道，多个光束通过该多个光学通道进入所述滤光轮；以及一反射镜单元，其包括多个反射镜，所述多个反射镜顺序地将透过所述滤光轮的多个光束反射到所述光学检测器，其中所述反射镜单元与所述滤光轮一起旋转。
所述光学通道可以在连接所述滤光轮的中心和所述光学检测器的直线上，沿所述滤光轮的半径方向，在所述滤光轮上方排列成一行。距离所述光学检测器较远的光学通道可以比靠近所述光学检测器的光学通道更短。
所述反射镜单元的每一个反射镜可以对应于所述光学通道中的一个，使得所述光学通道出射的光束被反射到所述光学检测器，并且所述反射镜可以与对应的所述光通道设置在相同的径向位置上。所述反射镜单元的反射镜可以以彼此不同的方位角设置在所述反射镜单元上，使得所述反射镜单元的旋转过程中，所述光学通道出射的光束顺序地被反射到所述光学检测器。
根据本发明的另一个方面，提供一种多通道试样分析器，包括一光源单元，用于将光照射到多个试样中的每一个上；一光学检测单元，用于检测从所述多个试样发出的光束；以及一光学传送单元，用于接收从所述多个试样发出的光束并且将它们传送到所述光学检测单元，其中所述光学检测单元包括一光学检测器；一具有彼此连接成盘状的至少两个滤色镜的滤光轮；多个光学通道，所述多个光束通过该多个光学通道进入所述滤光轮；以及一反射镜单元，其包括多个反射镜，所述多个反射镜顺序地将透过所述滤光轮的多个光束反射到所述光学检测器，其中所述反射镜单元与所述滤光轮一起旋转。
所述光学传送单元可以包括用于接收从所述试样发出的光束的一光接收器，和用于将来自所述光接收器的光束传送到所述光学检测单元的光纤。
所述多通道试样分析器可以进一步包括一分色镜，用于使从所述光源单元发出的光传播至所述试样，以及使从所述试样发出的光束传播至所述光学传送单元；一试样支架，用于支撑所述试样；以及一驱动单元，用于旋转所述滤光轮和所述反射镜单元。
通过参照附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点将变得更加显而易见，其中图1是用于荧光分析的传统装置的示意图；图2是用于利用滤光轮的多色测量的传统光学检测装置的示意图；图3是根据本发明实施例的光学检测装置的示意性透视图；图4是图3所示的光学检测装置的示意性截面图；图5是说明根据本发明实施例的光学检测装置的原理的示意图；
图6是图3所示的光学检测装置的示意性俯视图；以及图7是根据本发明实施例使用图3所示的光学检测装置的多通道试样分析器的示意图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图更详细地描述根据本发明实施例的用于多通道多色测量的光学检测装置以及使用该光学检测装置的多通道试样分析器的构造和操作。
图3是根据本发明实施例的光学检测装置10的示意性透视图。参照图3，光学检测装置10包括光学检测器18，例如光电倍增管(PMT)；具有彼此连接以形成盘状的第一至第四滤色镜12a至12d的滤光轮；多个光学通道17和19，多个光波长通过该光学通道进入滤光轮12；以及具有多个反射镜21至25的反射镜单元20，该反射镜将透过滤光轮12的光波长顺序地反射到光学检测器18。光学检测装置10可以进一步包括例如主轴电机15，用于以相同的速度旋转滤光轮12和反射镜单元20。光学通道17a至17d使从试样发出的光进入滤光轮12，光学通道19使用于指示滤光轮12的一次回转的标记光进入滤光轮12。这样，该光学通道19例如可以是激光二极管。如图3所示，在连接滤光轮12的旋转中心和光学检测器18的直线上，沿着滤光轮12的径向方向，将光学通道17和19在滤光轮12上方排列成一行。虽然图3示出了由第一至第四滤色镜12a至12d组成的滤光轮12，但是这是为了说明目的而表示的，并且不应当将该滤色镜的数量限制于四个。
图4是图3所示的光学检测装置10的示意性截面图。参照图4，光学检测器18靠近滤光轮12和反射镜单元20的圆周。光学检测器18检测由反射镜单元20反射的光。在反射镜单元20中，多个反射镜21至25分别面向多个光学通道17a、17b、17c、17d和19，并且将光反射到光学检测器18。
为了保证多个光学通道17和19出射的光的光程都具有相同的长度，光学通道17和19越靠近滤光轮12的中心，光学通道17和19的长度越短。这如图5所示。参照图5，为了保证光学检测器18可以精确地测量入射光的强度，优选地使光同样地进入光学检测器18的检测表面。为此，必须将所有进入光学通道17和19的光束聚焦。此外，为了保证光学通道17和19出射的光束都以相同的方式聚焦到光学检测器18的检测表面上，光学检测器18和光学通道17和19之间相应光程的长度必须相等。这样，面向最靠近光学检测器18的反射镜21的光通道17a在光通道17和19中最长。也就是说，光学通道17a和反射镜21之间的光程最长。这样，如图5所示，反射镜离光学检测器18越远，对应的光学通道的长度越短。可以将用于聚焦光的透镜安装在相应的光学通道17的入射部分中。
如果将反射镜单元20中的多个反射镜21至25沿滤光轮12的径向象光学通道17和19一样地排列成一行，则由靠近反射镜单元20的中心设置的反射镜反射的光会被靠近反射镜单元20的圆周的反射镜阻挡。同样，如果反射镜21至25由半透明材料形成，则多个光学通道17和19出射的光束同时进入光学检测器18，这样，光学检测器18不能够精确地测量光束。图6是所述图3所示的光学检测装置10中多个反射镜21至25的布置的示意性俯视图。这样的布置可以克服上述的问题。参照图6，“X”表示反射镜单元20中多个反射镜21至25的位置，“O”表示光学通道17和19的位置。
参照图6，反射镜单元20的反射镜21至25以预定的方位角彼此分开，并且在预定的方位角方向上靠近反射镜单元20的中心布置。也就是说，多个反射镜21至25分别具有与光学通道17a、17b、17c、17d和19相同的径向位置，但是以彼此不同的方位角排列在反射镜单元20上。这样，当反射镜单元20旋转时，反射镜21至25顺序地将光学通道17a、17b、17c、17d和19分别出射的光束反射到光学检测器18。
分别对应于多个光学通道17a至17d的反射镜21至24被重复地安装在反射镜单元20分别面向第一至第四滤色镜12a至12d的四个区域中，其中试样出射的光通过上述光学通道17a至17d进入滤光轮12。例如，参照图6，分别对应于光学通道17a至17d的第一组反射镜21a至24a安装在与第一滤色镜12a对应的区域中，分别对应于光学通道17a至17d的第二组反射镜21b至24b安装在与第二滤色镜12b对应的区域中，分别对应于光学通道17a至17d的第三组反射镜21c至24c安装在与第三滤色镜12c对应的区域中，以及分别对应于光学通道17a至17d的第四组反射镜21d至24d安装在与第四滤色镜对应的区域中。也就是说，在反射镜单元20中，对应于各个光学通道17的反射镜的数量与滤光轮12中第一至第四滤色镜12a至12d的数量相等。同时，只有一个与光学通道19对应的反射镜25，该光学通道发出指示滤光轮12的一次回转的标记光。
光学检测装置10的操作如下。首先，滤光轮12和反射镜单元20通过驱动单元例如主轴电机15在逆时针方向上旋转。滤光轮12和反射镜单元20以相同的速度旋转。然后，从试样发出的光通过第一至第四光学通道17a至17d进入滤光轮12，同时，指示滤光轮12的一次回转的标记光通过第五光学通道进入滤光轮12。当滤光轮12和反射镜单元20旋转时，来自第五光学通道19的标记光被反射镜25反射，并且进入光学检测器18。光学检测器18接收该标记光，并且将其认作是新通道的开始信号。然后，来自第四光学通道17d、透过第一滤色镜12a的光被反射镜24a反射并进入光学检测器18。随后，来自第三光学通道17c、透过滤色镜12a的光被反射镜23a反射并进入光学检测器18。然后，来自第二和第一光学通道17b和17a、透过第一滤色镜12a的光束分别顺序地被反射镜22a和反射镜21a反射。虽然在本实施例中，发射标记光的光学通道19在光学通道17和19中被设置成最靠近滤光轮12的中心，但是可以以不同的方式布置光学通道17和19。此外，滤光轮12和反射镜单元20可以在顺时针方向上旋转。
当滤光轮12和反射镜单元20连续地在逆时针方向上旋转时，来自第四光学通道17d、透过第二滤色镜12b的光被反射镜24b反射并进入光学检测器18。同样地，来自第三至第一光学通道17c至17a、透过第二滤色镜12b的光束分别顺序地被反射镜23b至21b反射并进入光学检测器18。通过这种方式，来自光学通道17d至17a、透过第三滤色镜12c的光束分别顺序地被反射镜24c至21c反射并进入光学检测器18，来自光学通道17d至17a、透过第四滤色镜12d的光束分别顺序地被反射镜24d至21d反射并进入光学检测器18。
在滤光轮12和反射镜单元20旋转一次之后，来自第五光学通道19的标记光被反射镜25反射并第二次进入光学检测器18。这样，光学检测器18接收该标记光，并且将其认作是新通道的开始信号。同时，其它试样发出的光束通过光学通道17a至17d进入光学检测器18。从而，重复上述过程。
如上所述，光学检测装置10可以仅利用一个光学检测器18以不同的波长高速测量来自多个多通道试样的光。此外，光学检测装置10具有简化的结构，这样可以具有较小的尺寸。例如，可以将图3所示的光学检测装置10构造成半径大约为25mm。虽然在本实施例中仅使用四个光学通道17a至17d，但是本例子是为了说明的目的给出的，光学通道的数量不限制于四个。当使用更多的光学通道时，反射镜单元20中反射镜的数量也必须相应地增加。
图7是根据本发明实施例使用光学检测装置10的多通道试样分析器的示意图。参照图7，根据本发明实施例的多通道试样分析器30包括用于将光照射到多个试样50上的光源单元41，用于检测多个试样50发出的的光的光学检测单元10，以及用于接收多个试样50发出的光以及将该光传送到光学检测单元10的光学传送单元60和61。多通道试样分析器30可以进一步包括用于固定多个试样50的试样支架43。
如以上就传统装置所讨论的，光源单元41可以具有不同的结构。例如，光源单元41可以具有多个光源，该多个光源独立地将光照射到多个试样50上。或者，光源单元41可以同时将大面积的光照射到多个试样50上，当旋转试样50或光时，可以高速扫描试样50。例如将试样50染有发出不同波长的光的不同的荧光染料。当将光照射到试样50上时，从相应荧光染料发出具有不同波长和强度的光束。发出的光束例如由分色镜42反射，并且由光接收器60接收。光接收器60例如可以是光纤连接器。光接收器60接收到的光束通过光纤61传送到光学通道17。然后，如上所述，当旋转滤光轮12和反射镜单元20时，测量从试样50发出的光束的波长和强度，以便分析试样50。
尽管图7中多通道试样分析器30被构造成使得从试样50发出的光束通过图7中的光接收器60和光纤61传送到光学检测装置10，但是也可以将该多通道试样分析器30可选择地构造成使得从试样50发出的光束直接进入光学通道17。在这种情况下，光学通道17例如可以是仅用于聚焦光的折射透镜。
以上已经说明了利用根据本发明实施例的光学检测装置的多通道荧光分析器。然而，除了荧光分析器，可以将根据本发明实施例的光学检测装置用作不同类型的多通道分析器的光学检测单元。
如上所述，在根据本发明的光学检测装置中，可以利用光学检测器和滤光轮高速顺序地检测多个具有不同波长的光学信号。此外，该光学检测装置具有简化的结构，这样可以具有较小的尺寸以及较低的生产成本。
此外，根据本发明，所能检测的波长的数量可以根据轮中滤色镜的数量来增加，并且所能检测的信号的数量可以通过改变反射镜之间的方位角以及反射镜扇区的数量来控制。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作出各种改变。
权利要求
1.一种用于多通道多色测量的光学检测装置，其包括一光学检测器；一具有彼此连接成盘状的至少两个滤色镜的滤光轮；多个光学通道，多个光束通过该多个光学通道进入所述滤光轮；以及一反射镜单元，其包括多个反射镜，所述多个反射镜顺序地将透过所述滤光轮的多个光束反射到所述光学检测器，其中所述反射镜单元与所述滤光轮一起旋转。
2.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，所述光学通道在连接所述滤光轮的中心和所述光学检测器的直线上，沿所述滤光轮的半径方向，在所述滤光轮上方排列成一行。
3.如权利要求2所述的光学检测装置，其中，距离所述光学检测器较远的光学通道比靠近所述光学检测器的光学通道更短。
4.如权利要求2所述的光学检测装置，其中，所述光学通道中的一些使从试样发出的光束进入所述滤光轮，并且所述光学通道中的一个发出用于指示所述滤光轮的一次回转的标记光。
5.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，所述反射镜单元的每一个反射镜对应于所述光学通道中的一个，使得所述光学通道出射的光束被反射到所述光学检测器，并且所述反射镜与对应的所述光通道设置在相同的径向位置上。
6.如权利要求5所述的光学检测装置，其中，所述反射镜单元的反射镜以彼此不同的方位角设置在所述反射镜单元上，使得所述反射镜单元的旋转过程中，所述光学通道出射的光束顺序地被反射到所述光学检测器。
7.如权利要求6所述的光学检测装置，其中，所述反射镜设置成在预定的方位角方向上靠近所述反射镜单元的中心。
8.如权利要求6所述的光学检测装置，其中，所述反射镜中的至少两个对应于各个光学通道，并且所述对应于各个光学通道的反射镜分别面向所述至少两个滤色镜。
9.如权利要求8所述的光学检测装置，其中，所述光学通道中的一个发出用于指示所述滤光轮的一次回转的标记光，并且所述反射镜中的一个对应于发出所述标记光的所述光学通道。
10.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，进一步包括用于旋转所述滤光轮和所述反射镜单元的一驱动单元。
11.一种多通道试样分析器，其包括一光源单元，用于将光照射到多个试样中的每一个上；一光学检测单元，用于检测从所述多个试样发出的光束；以及一光学传送单元，用于接收从所述多个试样发出的光束并且将它们传送到所述光学检测单元，其中所述光学检测单元包括一光学检测器；一具有彼此连接成盘状的至少两个滤色镜的滤光轮；多个光学通道，所述多个光束通过该多个光学通道进入所述滤光轮；以及一反射镜单元，其包括多个反射镜，所述多个反射镜顺序地将透过所述滤光轮的多个光束反射到所述光学检测器，其中所述反射镜单元与所述滤光轮一起旋转。
12.如权利要求11所述的多通道试样分析器，其中，所述光学传送单元包括用于接收从所述试样发出的光束的一光接收器，和用于将来自所述光接收器的光束传送到所述光学检测单元的光纤。
13.如权利要求11所述的多通道试样分析器，其中，进一步包括一分色镜，用于使从所述光源单元发出的光传播至所述试样，以及使从所述试样发出的光束传播至所述光学传送单元；一试样支架，用于支撑所述试样；以及一驱动单元，用于旋转所述滤光轮和所述反射镜单元。
14.如权利要求11所述的多通道试样分析器，其中，所述光学通道在连接所述滤光轮的中心和所述光学检测器的直线上，沿所述滤光轮的半径方向，在所述滤光轮上方排列成一行。
15.如权利要求14所述的多通道试样分析器，其中，距离所述光学检测器较远的光学通道比靠近所述光学检测器的光学通道更短。
16.如权利要求11所述的多通道试样分析器，其中，所述反射镜单元的每一个反射镜对应于所述光学通道中的一个，使得所述光学通道出射的光束被反射到所述光学检测器，并且所述反射镜与对应的所述光通道设置在相同的径向位置上。
17.如权利要求16所述的多通道试样分析器，其中，所述反射镜单元中的反射镜以彼此不同的方位角设置在所述反射镜单元上，使得在所述反射镜单元的旋转过程中，所述光学通道出射的光束顺序地被反射到所述光学检测器。
18.如权利要求17所述的多通道试样分析器，其中，所述反射镜中的至少两个对应于所述光学通道中的每一个，并且所述对应于所述光学通道中的每一个的反射镜分别面向所述至少两个滤色镜。
19.如权利要求18所述的多通道试样分析器，其中，所述光学通道中的一个发出用于指示所述滤光轮的一次回转的标记光，并且所述反射镜中的一个对应于发出所述标记光的所述光学通道。
全文摘要
本发明提供了一种能够利用光学检测器以不同波长高速测量多通道试样的光学检测装置以及一种使用该光学检测装置的多通道试样分析器。该光学检测装置包括一光学检测器；一具有彼此连接成盘状的至少两个滤色镜的滤光轮；多个光学通道，多个光束通过该多个光学通道进入所述滤光轮；以及一反射镜单元，其包括多个反射镜，用于顺序地将透过该滤光轮的多个光束反射到所述光学检测器，其中所述反射镜单元与所述滤光轮一起旋转。
文档编号G01N21/01GK1746659SQ200510099239
公开日2006年3月15日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月7日
发明者玉景植, 金珍泰, 吴光昱, 金相孝 申请人:三星电子株式会社