用于流式细胞仪的光学系统的制作方法_3

文档序号:9583524阅读:来源:国知局
一旦流路FP定位在光学系统108的焦点之外(例如,定位在FP+或FP处),该实例就不再能准确地过滤光线LR。
[0058]图5为图4的示例性光学系统108的示意性横截面侧视图,其中滤光罩120被朝着光学系统108后端布置。为了方便说明和理解,在图5(和一些后续示意图)中大幅放大了光线偏移度。
[0059]在该实例中,光学系统108包括集光光学组件132和准直器134。
[0060]集光光学组件132被布置和构造为在光线LR通过液流F之后收集光线LR。至少一些这种光线LR以发射角Θ散射。光线LR是弯曲的,朝准直器134引导。集光光学组件132的实例为物镜。在一些实施例中,集光光学组件132还包括一个或多个杂散光控制结构,如针孔。在一些实施例中,针孔包括其中有孔的机械结构。该机械结构是不透明的,能够阻挡一部分光,而其中的孔又允许另一部分光从中穿过。在一些实施例中,这种杂散光控制结构有助于减弱背景信号,由此提升光学系统检测所关注光线的能力。[0061 ] 准直器134接收来自集光光学组件132的光线LR。在液流F (沿着流路FP)布置在集光光学组件132焦点处的情况下,准直器134使多条光线LR准直,使得它们基本上彼此平行地射出。
[0062]随后用滤光罩120过滤光线LR。由于集光光学组件132使光线LR的相对位置保持固定(即,散射得更厉害的光线相比未散射光线与中心成比例地相距更远),所以能够采用与结合图1示出和描述同样的方式使用滤光罩120,以过滤掉与某些发射角相关联的光线,同时又允许其他光线(与其他发射角相关联的光线)通过。随后用传感器分析仪110检测穿过滤光罩120的那些光线。
[0063]然而,如果滤光罩120定位在焦点敏感区域136中,那么,一旦流路FP的位置移动远离集光光学组件132的焦点从而使流路偏离焦点,滤光罩便不能以预期方式过滤光线LRo
[0064]图5能说明该现象,其中示意性地绘出了从三种不同位置的液流F流路FP发出的光线LR的光学路径。当流路FP处于集光光学组件132的焦点处时,出现第一光学路径(用实线示出)。当流路FP沿流路FP+朝集光光学组件132偏移时,出现第二光学路径(用虚线示出)。当流路FP沿流路FP远离集光光学组件132偏移时,出现第三光学路径(用短划线示出)。
[0065]从图中可以看出,虽然流路FP+和流路FP,或流路FP和流路FP间的位置改变可能非常小(如大约+50 μ m或-50 μ m),但差异会被光学系统108放大数倍。光线LR到达滤光罩时,其位置明显偏离预想的位置。例如,从FP+发出的光线向外偏离原点,而从FP发出的光线向内朝原点偏移。图6更清楚地示出了这种现象的结果,即,一旦流路偏离集光光学组件132的焦点,滤光罩120就可能允许那些与不需要的发射角相关联的光线通过,并可能阻挡那些与需要的发射角相关联的光线。
[0066]图5还示出了光学路径中的焦点不敏感区域138,其与焦点敏感区域136形成对照。在结合图7至图15较详细示出和描述的示例性流式细胞仪100中用到了这种焦点不敏感区域138。
[0067]图6为示例性滤光罩120的正视平面图,示出了在流路偏离集光光学组件的焦点时出现的滤光不当现象。
[0068]如上所述,如果流路FP准确地定位在集光光学组件的焦点处,光线就会与滤光罩120准确对准。因此,需要的光线从孔124中穿过,不需要的光线被滤光罩120阻挡。
[0069]当液流F在流路FP+上朝光学系统108偏移时,光线LR的光学路径在滤光罩120处会大幅偏移。举例来说,需要的光线LR偏移到了区域142(用虚线表示)。从图中可以看出,需要的光线只有一小部分从孔124中穿过,不需要的光线(区域142外的那些光线)却有许多获准穿过滤光罩120的孔124。
[0070]相似地,当液流F在流路FP上远离光学系统108偏移到时,光线LR的光学路径在滤光罩120处会大幅偏移。举例来说,需要的光线LR偏移到了区域144 (用短划线表示)。从该实例可以看出,全部需要的光线都被滤光罩120阻挡,不需要的光线却获准穿过滤光罩120的孔124。
[0071]图7至图9示出了流式细胞仪100的另一个实例,其克服了之前实例的缺点。
[0072]图7为另一种示例性流式细胞仪100的示意性框图。该实例类似于图4示出的实例,不同的是将滤光罩120从光学系统108的焦点敏感区域136 (示于图5)移到了光学系统108的焦点不敏感区域138。因此,该示例性流式细胞仪100不仅获得了图4所示实例的好处,例如方便操作员更轻松地触及滤光罩120,还克服了对流路FP位置的敏感性。
[0073]类似于图1和图4所示的实例,该示例性流式细胞仪100包括液流喷嘴102、光源104、样品收集器106、光学系统108、传感器分析仪110和计算设备兼控制电子设备112。
[0074]光学系统108包括布置在光学路径中的滤光罩120。更具体地讲,滤光罩120定位在焦点不敏感区域处。
[0075]图8为图7的示例性光学系统108的示意性横截面侧视图,其中滤光罩120被布置在光学系统108的焦点不敏感区域处。
[0076]该不例性光学系统108和图5所不实例一样,还包括集光光学组件132和准直器134。光线由集光光学组件132收集并由准直器134标称地准直。
[0077]图8采用与图5同样的方法,示意性地绘出了从三种不同位置的液流F流路FP发出的光线LR的光学路径。当流路FP处于集光光学组件132的焦点处时,出现第一光学路径(用实线示出)。当流路FP沿流路FP+朝集光光学组件132偏移时,出现第二光学路径(用虚线示出)。当流路FP沿流路FP远离集光光学组件132偏移时,出现第三光学路径(用短划线示出)。
[0078]在光线穿过准直器134后,第一光学路径中的光线被正确准直。然而,第二光学路径中的光线(虚线)是发散的,第三光学路径中的光线(短划线)是会聚的。
[0079]虽然光线在不同光学路径中沿不同的方向行进,但这三种光学路径最终会在焦点不敏感区域138处相交。比方说,与45°发射角Θ相关联的光线,不管它是从液流流路FP发出、还是从偏移的液流流路FP+或FP发出,最终全都相交于同一点。与每种发射角相关联的所有光线情形都是如此。
[0080]因此,将滤光罩120定位在焦点不敏感区域138后,就可以使用滤光罩120根据发射角Θ准确地过滤与发射角Θ相关联的光线LR,即便液流F的流路FP不处于集光光学组件132的焦点处也可以准确过滤。
[0081]在一些实施例中,在液流流路FP与滤光罩120之间使用的光学系统能够消除预备使用的光波长(颜色)范围内的色差。单透镜会产生色差。也就是说,单透镜会将不同波长(颜色)的光沿着稍有不同的方向引导。这会改变不同波长(颜色)的光线从透镜射出时的出射角、这些光线的焦点位置,以及这些光线所成图像的尺寸。因此,不同波长的光源会产生不同的光路,焦点不敏感区域的不同位置,以及焦点敏感区域处透光角和遮光角的不同图案,除非光学系统被专门设计来校正和削弱这种效应。
[0082]在一些实施例中,流式细胞仪100使用多种波长的光源,让样品可被不同波长的光照射。因此在一些实施例中构思了不改变光学系统108的配置,将其与不同波长的光一起使用,光学系统108因而必须对预备采用波长范围内的所有光发挥相同(在规定的公差范围内)的引导作用。
[0083]此时,可构思使用由不同类型的玻璃制成的多个透镜系统,以便最大程度减轻选定波长范围内的上述效应。这种类型的透镜或透镜系统据说能够消除色差(即,无色差),我们称其为消色差透镜。一些实施例采用了多透镜系统,借此减轻光学系统中各点处的色差现象。
[0084]例如,将集光光学组件132设计成能够消除色差,以使预备使用波长(颜色)范围内的全部光线LR都会聚于焦点。
[0085]相似地,一些实施例中的准直器134能够消除色差,让从其射出的所有波长的光线全都被标称地准直一一否则,波长不同的光线便将以不同的出射角离开准直器,随后投射在滤光罩120上的不同位置。
[0086]图9是较详细示出焦点不敏感区域138的示意图。该示意图示出了沿三个示例性光学路径行进的光线,这些光学路径包括第一光学路径152、第二光学路径154和第三光学路径156。第一光学路径152中的光线从处于光学系统108焦点处的流路FP(示于图7)发出。第二光学路径154中的光线从流路FP+发出,该流路FP+相比焦点离光学系统108更近。第三光学路径156中的光线从流路FP发出,该流路FP相比焦点离光学系统108更远。
[0087]沿第一光学路径152行进的光线是准直的。第二光学路径154中的光线是发散的。第三光学路径156中的光线是会聚的。
[0088]尽管光学路径152、154和156各不相同,但图9不出了与给定发射角Θ相关联的这些光学路径各自是如何在焦点不敏感区域处相交的一一不管光线是从什么位置(流路FP、FP+或是FP )发出。虽然图9只示出了垂直维度,但水平维度上的情形也是如此。
[0089]因为所有光路相交于共同位置,所以在滤光罩120定位于焦点不敏感区域138处时,滤光罩120将根据发射角Θ恰当地过滤与发射角Θ相关联的光线,即便液流流路偏离集光光学组件132的焦点也可以恰当过滤。举例来说,可使用滤光罩120阻挡第一部分光线,同时允许第二部分光线从中穿过(例如,图3所示的示例性滤光罩让与介于20°与35°间以及介于-20°与-35°间的发射角Θ相关联的那些光线从中穿过)。
[0090]图10至图12示出
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