本發(fā)明涉及醫(yī)療儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于細(xì)胞分析儀的熒光檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在生物和醫(yī)療領(lǐng)域，往往采用流式細(xì)胞分析儀來定量統(tǒng)計(jì)和分析生物細(xì)胞種類和數(shù)量。流式細(xì)胞分析儀采用熒光試劑對樣本染色，被染色的樣本粒子經(jīng)過檢測區(qū)，同時(shí)利用激光光束照射檢測區(qū)，不同種類的被染色的樣本粒子發(fā)出不同波長的熒光信號，這些不同波長的熒光混合在一起被物鏡所收集。同時(shí)采用分光鏡和帶通濾光片將熒光分成不同波長的熒光信號，然后逐一分析這些不同波長的熒光信號，通過軟件計(jì)算，快速統(tǒng)計(jì)出樣本中粒子的種類和數(shù)量。

美國專利US 6683314采用了星形光路系統(tǒng)來收集檢測熒光信號。在該發(fā)明中，使用長焦距物鏡來收集熒光，但熒光在傳輸過程中的像差和發(fā)散角問題限制其能檢測的熒光波長數(shù)目，故該發(fā)明僅能檢測不超過6種波長的熒光；同時(shí)，入射到探測器光敏面上的熒光光斑大于3mm。因此該發(fā)明提出的技術(shù)不僅只能采用大表面積的光電倍增管(PMT)作為探測器，故整個(gè)系統(tǒng)體積比較大。

中國專利文獻(xiàn)公開的CN 103091311 A設(shè)計(jì)了一種熒光收集檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用雙棱鏡組分光的方式將寬光譜范圍的熒光按波長在空間依次排列開。根據(jù)待檢測熒光波長數(shù)量使用相同數(shù)量的光纖組，來傳輸熒光信號。整個(gè)系統(tǒng)對雙棱鏡和光纖組的位置精度要求較高，因此導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)整難度也進(jìn)一步增大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在，提供一種用于細(xì)胞分析儀的熒光檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測的熒光波長數(shù)目不受其在傳輸過程的像差和發(fā)散角的限制，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小和調(diào)試簡單等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：

這種用于細(xì)胞分析儀的熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的熒光檢測系統(tǒng)包括構(gòu)成檢測區(qū)的物鏡、光纖、凹面鏡組、柱透鏡組、分光鏡組、帶通濾光片組、透鏡組和探測器組，由上述構(gòu)件組成的熒光檢測系統(tǒng)對經(jīng)過檢測區(qū)的染色樣本粒子在經(jīng)激光照射后發(fā)出的熒光進(jìn)行收集檢測；

其中：

所述物鏡用于收集和準(zhǔn)直樣本粒子受激光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光；

所述光纖包括入射端面和出射端面，所述光纖用于傳輸經(jīng)物鏡準(zhǔn)直后的熒光；

所述凹面鏡組包括若干呈陣列排布的、用于反射熒光的凹面鏡，所述凹面鏡的凹面鍍有全反膜且其凹面朝向光纖；

所述柱透鏡組包括若干呈陣列排布的、用于校正像散的平凸柱透鏡，所述柱透鏡兩個(gè)面均鍍有增透膜系；

所述分光鏡組包括若干呈陣列排布的分光鏡，每個(gè)分光鏡會(huì)根據(jù)待測的熒光波長分別鍍膜，使得大于某波長的熒光信號通過，而小于該波長的熒光信號被反射；

所述帶通濾光片組包括若干呈陣列排布的帶通濾光片，每個(gè)濾光片會(huì)根據(jù)待測的熒光波長分別鍍膜，使得特定波長的熒光通過，而其它波長的熒光全部被反測的熒光波長分別鍍膜，使得特定波長的熒光通過，而其它波長的熒光全部被反射；

所述透鏡組包括若干呈陣列排布的非球面透鏡，每個(gè)非球面透鏡的兩個(gè)面均鍍有增透膜系，非球面透鏡將分光鏡上的熒光光斑成像于探測器的光敏面上；

所述探測器組包括若干呈陣列排布的探測器，所述探測器對應(yīng)帶通濾波片劃分出的熒光波長而設(shè)置，所述探測器用于接收熒光信號，并將熒光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

所述分光鏡設(shè)于與之對應(yīng)的凹面鏡的二倍焦距位置處附近。

所述探測器的光敏面位于與之對應(yīng)的非球面透鏡的二倍焦距位置處附近。

所述分光鏡位于與之對應(yīng)的非球面透鏡的二倍焦距位置處附近。

所述光纖的入射端面位于物鏡的焦點(diǎn)處附近；所述光纖的出射端面位于凹面鏡的二倍焦距位置處附近。

所述物鏡，具有較高的數(shù)值孔徑(NA)，NA為0.5-1.4。

所述光纖，具有較的低數(shù)值孔徑，NA為0.05-0.15。

所述呈陣列排布的非球面透鏡，具有較高的數(shù)值孔徑，NA為0.5-0.9。

所述柱透鏡陣列中的柱透鏡的凸的曲率面背向探測器。

所述探測器陣列的光敏面朝向透鏡；所述探測器為光電倍增管(PMT)或雪崩光電二極管(APD)。

根據(jù)以上技術(shù)方案提出的本發(fā)明，該熒光檢測系統(tǒng)采用Z型光路，使用低數(shù)值孔徑光纖輸出熒光信號，同時(shí)采用柱透鏡校正熒光的發(fā)散角和像散，非球面透鏡校正熒光信號的色差和球差等像差，最終將熒光信號按波長在空間內(nèi)依次排列開并以1x放大率成像于探測器的光敏面上，且在探測器光敏面上的熒光光斑尺寸與光纖芯徑基本相等。因此本發(fā)明可使用小表面積的探測器(<1mm，如雪崩二極管APD)作為探測器，來大幅降低系統(tǒng)體積；該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)檢測的熒光波長數(shù)目可根據(jù)客戶需要增加或減小，可實(shí)現(xiàn)對一種或同時(shí)多種波長熒光信號的檢測，具有更好客戶適應(yīng)性；同時(shí)，本發(fā)明的光學(xué)器件對調(diào)整精度要求不高，具有更好的成本優(yōu)勢，和生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種用于細(xì)胞分析儀的熒光檢測系統(tǒng)的流動(dòng)室、物鏡和光纖的組合示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種用于細(xì)胞分析儀的熒光檢測系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中熒光信號在系統(tǒng)中的傳輸?shù)墓饴肥疽鈭D；

其中，1A為流動(dòng)室；1B為物鏡；2為光纖，21為光纖入射端面，22為光纖出射端面；

3為凹面鏡組，包括凹面鏡31、32、33、34和35；

4為柱透鏡組，包括柱透鏡41、42、43、44和45；

5為分光鏡組，包括分光鏡51、52、53、54和55；

6為帶通濾光片組，包括帶通濾光片61、62、63、64和65；

7為透鏡組，包括非球面透鏡71、72、73、74和75；

8為探測器組，包括探測器81、82、83、84和85。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

這種用于細(xì)胞分析儀的熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的熒光檢測系統(tǒng)包括構(gòu)成檢測區(qū)的物鏡1B、光纖2、凹面鏡組3、柱透鏡組4、分光鏡組5、帶通濾光片組6、透鏡組7和探測器組8，由上述構(gòu)件組成的熒光檢測系統(tǒng)對經(jīng)過檢測區(qū)的染色樣本粒子在經(jīng)激光照射后發(fā)出的熒光進(jìn)行收集檢測；

其中：

所述物鏡用于收集和準(zhǔn)直樣本粒子受激光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光；

所述光纖包括入射端面和出射端面，所述光纖用于傳輸經(jīng)物鏡準(zhǔn)直后的熒光；

所述凹面鏡組包括若干呈陣列排布的用于反射熒光信號的凹面鏡，所述凹面鏡的凹面鍍有全反膜且其凹面朝向光纖；

所述柱透鏡組包括若干呈陣列排布的、用于校正像散的平凸柱透鏡，所述柱透鏡兩個(gè)面均鍍有增透膜系；

所述分光鏡組包括若干呈陣列排布的分光鏡，每個(gè)分光鏡會(huì)根據(jù)待測的熒光波長分別鍍膜，使得大于某波長的熒光信號通過，而小于該波長的熒光信號反射；

所述帶通濾光片組包括若干呈陣列排布的帶通濾光片，每個(gè)濾光片會(huì)根據(jù)待測熒光波長分別鍍膜，使得特定波長的熒光通過，而其它波長的熒光全部被反射；

所述透鏡組包括若干呈陣列排布的非球面透鏡，每個(gè)非球面透鏡的兩個(gè)面均鍍有增透膜系，非球面透鏡將通過分光鏡上的熒光光斑成像于探測器的光敏面上；

所述探測器包括若干呈陣列排布的探測器，所述探測器對應(yīng)帶通濾波片劃分出的熒光波長而設(shè)置，所述探測器用于接收熒光信號，并將熒光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

如圖1和如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的一種用于細(xì)胞分析儀的熒光檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

光路中放置著流動(dòng)室1A，物鏡1B，光纖2(包括入射端面21和出射端面22)，凹面鏡組3(包括5個(gè)凹面鏡，分別是31、32、33、34和35)，柱透鏡組4(包括5個(gè)柱透鏡，分別是41、42、43、44和45)，分光鏡組5(包括五個(gè)分光鏡，分別是51、52、53、54和55)，帶通濾光片組6(包括5個(gè)帶通濾波片，分別是61、62、63、64和65)，透鏡組7(包括5個(gè)非球面透鏡，分別是71、72、73、74和75)，和探測器組8(包括5個(gè)探測器，分別是81、82、83、84、85)。

其中，凹面鏡的凹面均鍍有全反膜系，用于反射熒光信號；柱透鏡和非球面透鏡均鍍有增透膜系；分光鏡會(huì)根據(jù)待測熒光波長分別鍍膜，使得大于某波長的熒光通過，而小于該波長的熒光信號會(huì)被反射；帶通濾光片會(huì)根據(jù)待測熒光波長分別鍍膜，使得特定波長的熒光通過，而其他波長的熒光則全部反射；

采用熒光試劑對樣本粒子染色，染色后的樣本粒子通過流動(dòng)室1A，同時(shí)激光照射流動(dòng)室，樣本粒子受激發(fā)后發(fā)射出熒光信號，其中熒光信號包含寬頻多種波長熒光，波長分別為λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅，且λ₁>λ₂>λ₃>λ₄>λ₅；由具有高數(shù)值孔徑的物鏡1B收集樣本粒子產(chǎn)生的熒光信號，并將熒光信號準(zhǔn)直；準(zhǔn)直后的熒光通過光纖入射端面21，進(jìn)入光纖2，并從光纖出射端面22輸出；其中，光纖入射端面21位于物鏡的焦點(diǎn)位置附近，光纖出射端面22位于凹面鏡的二倍焦距位置附近。

由光纖出射端面22輸出后的熒光信號(包含波長λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)，以一定角度傳輸至凹面鏡31并被反射；其中入射角度為10-35°；由于凹面鏡31在水平面和垂直面上的焦距不同，導(dǎo)致熒光信號(包含波長λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)經(jīng)凹面鏡31反射后在水平和垂直方向會(huì)產(chǎn)生像散；

具有像散的熒光信號(包含波長λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)，通過柱透鏡41，接著入射到分光鏡51上。其中，柱透鏡41的凸面朝向凹面鏡，且凸的曲率面為垂直方向放置，熒光信號通過柱透鏡時(shí)，柱透鏡只對垂直方向的熒光進(jìn)行聚焦，而不對水平方向的熒光聚焦，這樣就可以矯正熒光信號(包含波長λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)的像散；同時(shí)，分光鏡51位于凹面鏡31的兩倍焦距位置處附近，這樣在分光鏡51上的熒光信號的水平和垂直方向的光斑尺寸基本接近，且與光纖芯徑基本相等。

分光鏡51鍍有λ₁高透，而小于λ₁波長高反的膜系；因此波長λ₁的熒光通過分光鏡51，而波長為λ₂、λ₃、λ₄、λ₅則會(huì)反射。波長λ₁的熒光依次通過分光鏡51，帶通濾光片61，再通過非球面透鏡71成像于探測器81的光敏面上。其中探測器81的光敏面和分光鏡51均位于非球面透鏡71的二倍焦距位置處附近，同時(shí)非球面透鏡71可校正熒光的球差和色差等像差，因此，分光鏡51上的熒光光斑會(huì)以1x放大率成像于探測器81的光敏面上。探測器81可為光電倍增管(PMT)或小表面積(<1mm)的雪崩光電二極管(APD)。

簡而言之，波長為λ₁的熒光信號從光纖輸出端面22輸出，通過凹面鏡31、柱透鏡41、分光鏡51、帶通濾光片61，最終通過非球面透鏡71，以1×放大率成像于探測器81的光敏面上。且在探測器光敏面上的熒光光斑尺寸與光纖的芯徑基本相等。而波長為λ₂，λ₃，λ₄，λ₅的熒光信號則被分光鏡51反射。

被分光鏡51反射后的熒光信號(包含波長λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)，以一定入射角傳輸至凹面鏡32并被反射；其中，其入射角由熒光信號在分光鏡51上的反射角決定，并與光纖2的數(shù)值孔徑NA成正比；其中，分光鏡51位于凹面鏡32的二倍焦距位置處附近；由于凹面鏡32在水平面和垂直面上的焦距不同，導(dǎo)致熒光信號(包含波長λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)經(jīng)凹面鏡32反射后會(huì)產(chǎn)生像散；

具有像散的熒光信號(包含波長λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)，通過柱透鏡42，接著入射到分光鏡52上。其中，柱透鏡42的凸面朝著凹面鏡32，且凸的曲率面為垂直方向放置，熒光信號經(jīng)過柱透鏡42時(shí)，柱透鏡42只對垂直方向的熒光信號進(jìn)行聚焦，而不對水平方向的熒光聚焦，這樣就可以矯正熒光信號(包含波長λ₂、λ₃、λ₄、λ₅)的像散；同時(shí)，分光鏡52位于凹面鏡32的二倍焦距位置處附近，這樣在分光鏡52上的熒光的水平和垂直方向的光斑尺寸基本接近，與光纖芯徑基本相等。

分光鏡52鍍有波長λ₂高透，而小于λ₂的波長高反的膜系；因此波長λ₂的熒光可通過分光鏡52，而波長為λ₃、λ₄、λ₅的熒光則會(huì)反射。波長λ₂的熒光依次通過分光鏡52，帶通濾光片62，最終通過非球面透鏡72成像于探測器82的光敏面上。其中探測器82的光敏面和分光鏡52均位于非球面透鏡72的二倍焦距位置處附近，同時(shí)非球面透鏡72可校正熒光的球差和色差等像差，因此，分光鏡52上的熒光光斑會(huì)以1x放大率成像于探測器72的光敏面上。探測器72可為光電倍增管(PMT)或小表面積(<1mm)的雪崩光電二極管(APD)。

簡而言之，波長為λ₂的熒光信號從光纖輸出端面22輸出，通過凹面鏡31、柱透鏡41、分光鏡51、凹面鏡32、柱透鏡42、分光鏡52、帶通濾光片62，最終通過非球面透鏡72，以1×放大率成像于探測器82的光敏面上，且在探測器82光敏面上的熒光光斑尺寸與光纖芯徑基本相等。而λ₃，λ₄，λ₅的熒光信號則被分光鏡52反射，繼續(xù)在光路中傳輸。

熒光在起反射作用的凹面鏡組和分光鏡組內(nèi)來回反射傳輸，軌跡為Z型光路，在光路中，柱透鏡校正像散，非球面鏡校正球差和色差等球差，簡而言之：

波長為λ₃的熒光信號從光纖輸出端面22輸出，先通過凹面鏡31、32，柱透鏡41、42，分光鏡51、52，再通過凹面鏡33、柱透鏡43、分光鏡53，通過帶通濾光片63和非球面透鏡73，最終以1×放大率成像于探測器83的光敏面上。且在探測器83光敏面上的熒光光斑尺寸與光纖芯徑基本相等。分光鏡53鍍有λ₃波長高透，而小于λ₃的波長高反的膜系；因此λ₄，λ₅的熒光信號則被分光鏡53反射，繼續(xù)在光路中傳輸。

波長為λ₄的熒光信號從光纖輸出端面22輸出，先通過凹面鏡31、32、33，柱透鏡41、42、43，分光鏡51、52、53，再通過凹面鏡34、柱透鏡44、分光鏡54，通過帶通濾光片64和非球面透鏡74，最終以1×放大率成像于探測器84的光敏面上。且探測器84光敏面上的熒光光斑尺寸與光纖芯徑基本相等。分光鏡54鍍有λ₄波長高透，而小于λ₄的波長高反的膜系；因此λ₅的熒光信號則被分光鏡54反射，繼續(xù)在檢測系統(tǒng)內(nèi)傳輸。

波長為λ₅的熒光信號從光纖輸出端面22輸出，先通過凹面鏡31、32、33、34，柱透鏡41、42、43、44，分光鏡51、52、53、54，再通過凹面鏡35、柱透鏡45、分光鏡55，通過帶通濾波片65和非球面透鏡75，最終以1×放大率成像于探測器85的光敏面上且在探測器光敏面上的熒光光斑尺寸與光纖芯徑基本相等。分光鏡55鍍有λ₅高透，而小于λ₅的波長高反的膜系。

在以上實(shí)施方式中，亦可根據(jù)客戶實(shí)際需求和待測波長數(shù)目，來實(shí)現(xiàn)熒光信號(包含波長λ₁、λ₂、λ₃、λ₄和λ₅)中的一種或多種波長的熒光信號的檢測。

在以上實(shí)施方式中，亦可根據(jù)客戶實(shí)際需求和待測波長數(shù)目，通過增加凹面鏡、柱透鏡、分光鏡、帶通濾波片、非球面透鏡和探測器的數(shù)量，來實(shí)現(xiàn)大于5種波長的熒光信號的分析檢測，實(shí)現(xiàn)檢測熒光波長數(shù)目不受其在傳輸中的發(fā)散角和像差的限制。

針對以上具體實(shí)施例中，熒光信號在起反射作用的凹面鏡組和分光鏡組中來回反射傳輸?shù)墓饴奋壽E為Z型。現(xiàn)將Z型軌跡光路簡化為圖3。圖3為本發(fā)明的凹面鏡組和分光鏡組示意圖，其中省略了圖2中的柱透鏡組，帶通濾光片組，透鏡組和探測器組。注意，首先從光纖輸出的熒光信號首先經(jīng)凹面鏡M(1)反射后成像于分光鏡D(1)處，圖1凹面鏡M(1)未在圖3中畫出。其中：

A(0)：熒光信號光斑，可即為光纖孔徑；

A(n)：第n個(gè)分光鏡處的光斑直徑；

D(n)：第n個(gè)分光鏡；

M(n)：第n個(gè)凹面鏡；

在該設(shè)計(jì)中，A(0)為熒光信號光斑，其與光纖芯徑相等；光纖輸出的熒光信號光斑A(0)經(jīng)凹面鏡M(1)反射后，在分光鏡D(1)處成像得到光斑A(1)，然后光斑A(1)經(jīng)凹面鏡M(2)反射后在分光鏡D(2)處成像得到光斑A(2)，依次類推，在分光鏡D(n-1)處的光斑A(n-1)經(jīng)凹面鏡M(n)反射后在分光鏡D(n)上成像得到光斑A(n)。在該設(shè)計(jì)中，A(1)位于凹面鏡M(2)前面，A(2)位于凹面鏡M(2)后面，依次類推A(n-1)位于凹面鏡M(n)前面，A(n)位于凹面鏡M(n)后面；同時(shí)，分色鏡D(1)位于凹面鏡M(2)的兩倍焦距位置處附近，依次類推，分光鏡D(n-1)位于凹面鏡M(n)的兩倍焦距位置處附近。

熒光在凹面鏡M(2)的入射角由其在D(1)處的反射角決定，且與光纖的數(shù)值孔徑成正比，如果從A(0)到A(1)的放大率為1：m，那么A(1)處入射角大小等于A(0)處入射角乘以因子m。在該設(shè)計(jì)中A(1)到A(2)，A(2)到A(3)，依次類推，A(n)到A(n+1)的放大率均等于1，即m等于1。故本發(fā)明能夠?qū)⒐饫w輸出的熒光信號按波長在空間依次排列開，并以1×放大率成像于分光鏡上。同時(shí)，分光鏡和探測器均位于與之對應(yīng)的非球面透鏡的二倍焦距位置處，因此整個(gè)系統(tǒng)可將光纖輸出的熒光信號按波長在空間內(nèi)依次排列開、并以1X放大率成像于探測器的光敏面上，且能使探測器光敏面上的熒光光斑尺寸與光纖芯徑基本相等。

綜上所述，包含多個(gè)波長的熒光信號經(jīng)光纖入射到凹面鏡后，經(jīng)過柱透鏡組和分光鏡組，各熒光在空間內(nèi)依次分開；在傳輸過程中，柱面鏡校正熒光信號像散，非球面鏡校正球差和色差等像差，將熒光信號按波長在空間內(nèi)依次排列開并以1×放大率入射到相應(yīng)波長的探測器上；系統(tǒng)分析檢測的熒光波長數(shù)目可根據(jù)客戶需要增加或減小，具有更好客戶適應(yīng)性；同時(shí)，本發(fā)明的光學(xué)器件對調(diào)整精度要求不高，具有更好的成本優(yōu)勢，和生產(chǎn)工藝。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。