一种流式细胞分选仪的照明系统和流式细胞分选仪

摘要

本发明公开了一种流式细胞分选仪的照明系统和流式细胞分选仪，流式细胞分选仪的照明系统包括光源模块和光束能量分布调整模块；所述光源模块用于产生出射光束；所述光束能量分布调整模块包括变倍扩束单元和光束整形单元，所述变倍扩束单元用于对所述出射光束进行扩束处理得到扩束光束，且所述变倍扩束单元的扩束倍率可调；所述光束整形单元用于根据所述扩束光束的光束口径调整所述扩束光束的能量分布。通过变倍扩束单元得到光束口径不同的扩束光束，再经过光束整形单元得到能量分布不同的照明光斑，例如高斯光斑、类高斯光斑和平顶光斑，针对不同的探测样品采用不同的照明光斑进行探测，可以降低照明系统的功耗，增加照明系统的普适性。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及细胞分选技术领域，尤其涉及一种流式细胞分选仪的照明系统和流式细胞分选仪。

背景技术

基于流式细胞术的仪器，包括流式细胞仪、血液分析仪、粒子分析仪等都是通过对靶流中排列成单列的细胞或其他微粒逐个进行快速定量分析和分选的技术平台，其基本原理是利用聚焦的激光束照射单个细胞或微粒，并同时利用光电探测器件对产生的散射光或荧光信号分析从而得到待检测物的各种参数。其中激光光源及其光学系统是流式细胞仪的核心部件之一，聚焦光束的质量和稳定性直接决定了流式细胞仪器的性能指标。

在对流式细胞分选仪中的样品进行探测时，往往需要探测不同尺寸的样品，小的可以到几十纳米(比如50nm)，大尺寸的样品可以到几十微米(比如50μm)。如果都采用同一种光斑进行照明，对照明系统的要求较高。例如都用平顶光斑照明，则探测小尺寸样品时，需要光斑中心能量密度较大，对激光器的功率要求特别高，比如激光器功率要达到200mw以上，这样设备成本就大大增加。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种流式细胞分选仪的照明系统和流式细胞分选仪，针对不同的探测样品可以形成不同的照明光斑，增加照明系统的普适性。

第一方面，本发明实施例提供了一种流式细胞分选仪的照明系统，包括光源单元和光束能量分布调整模块；

所述光源模块用于产生出射光束；

所述光束能量分布调整模块包括变倍扩束单元和光束整形单元，所述变倍扩束单元用于对所述出射光束进行扩束处理得到扩束光束，且所述变倍扩束单元的扩束倍率可调；

所述光束整形单元用于根据所述扩束光束的光束口径调整所述扩束光束的能量分布。

可选的，所述变倍扩束单元至少包括第一折射棱镜和第二折射棱镜；

所述第一折射棱镜用于对所述出射光束进行首次扩束，形成第一扩束光束，且所述第一折射棱镜的扩束倍率可调；

所述第二折射棱镜用于对所述第一扩束光束进行再次扩束，形成第二扩束光束；并调整所述第二扩束光束的出射方向与所述出射光束的出射方向平行。

可选的，所述第一折射棱镜包括第一光入射面；

所述出射光束入射至所述第一光入射面的入射角可调。

可选的，所述第一折射棱镜还包括第一光出射面，所述第二折射棱镜包括第二光入射面和第二光出射面；

所述第一光入射面和所述第二光出射面之间的夹角为第一顶角，所述第二光入射面与所述第二光出射面之间的夹角为第二顶角；

所述第一顶角和所述第二顶角方向相反。

可选的，所述变倍扩束单元的扩束倍率为a，其中，2≤a≤6。

可选的，所述光束整形单元包括柱面非球面透镜组，所述柱面非球面透镜组包括至少一个圆锥面。

可选的，所述光束能量分布调整模块还包括汇聚单元；

所述汇聚单元包括单透镜、双胶合消色差透镜和变焦透镜中的至少一种。

可选的，所述光源模块包括多个单波长光源单元；

所述光束能量分布调整模块还包括多个光束转折单元，所述光束转折单元与所述单波长光源单元一一对应；所述光束转折单元用于反射所述扩束光束至所述光束整形单元。

可选的，所述光束转折单元包括反射镜和/或反射棱镜。

第二方面，本发明实施例还提供了一种流式细胞分选仪，包括第一方面所述的流式细胞分选仪的照明系统。

本发明实施例提供的流式细胞分选仪的照明系统和流式细胞分选仪，通过设置变倍扩束单元的扩束倍率可调，如此出射光束经变倍扩束单元后可以得到光束口径不同的扩束光束，光束口径不同的扩束光束经过光束整形单元后可以得到能量分布不同的照明光斑，例如高斯光斑、类高斯光斑和平顶光斑，如此针对不同的探测样品可以采用不同的照明光斑进行探测，保证本发明实施例提供的照明系统可以适配不同尺寸的探测样品，如此可以降低照明系统的功耗，增加照明系统的普适性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例提供的一种不同照明光斑对应的能量分布示意图；

图2是本发明实施例提供的一种流式细胞分选仪的照明系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种光束口径与照明光斑的对应示意图；

图4是本发明实施例提供的一种透射棱镜的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种透射棱镜的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种变倍扩束单元的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种流式细胞分选仪的照明系统的结构示意图。

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，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

图1是本发明实施例提供的一种不同照明光斑对应的能量分布示意图，如图1所示，上侧为高斯光斑形貌，中间为类高斯光斑形貌，下侧为平顶光斑形貌。当三个光斑的束腰尺寸w0相等，且入射激光功率也相等时，高斯光斑的中心能量密度I_max最大，其次是类高斯光斑，平顶光斑中心能量密度最低。并且，此时高斯光斑的中心能量密度是平顶光斑中心能量密度两倍以上。如此，当需要对小尺寸样品进行探测时，需要光斑的中心能量密度较大，例如高斯光斑，保证探测准确度高；当需要对大尺寸样品件探测时，为了保证探测结构一致性良好，需要光斑的尺寸较大，例如平顶光斑，保证探测一致性良好。但是现有技术中的照明系统，针对同一照明系统仅可以得到一种照明光斑，例如高斯光斑或者平顶光斑。当照明系统得到的光斑为高斯光斑，但是需要探测大尺寸样品时，只能通过增加入射光束的光斑尺寸或者增加激光整形单元的结构来增大照明光斑的尺寸，如此造成整个照明系统结构庞大；当照明系统得到的光斑为平顶光斑，但是需要探测小尺寸样品时，只能通过增加入射光束的能量，如此对激光器的功率要求特别高，大大增加照明系统的成本。

基于上述技术问题，本发明实施例提供一种流式细胞分选仪的照明系统，包括光源模块和光束能量分布调整模块；光源模块用于产生出射光束；光束能量分布调整模块包括变倍扩束单元和光束整形单元，变倍扩束单元用于对出射光束进行扩束处理得到扩束光束，且变倍扩束单元的扩束倍率可调；光束整形单元用于根据扩束光束的光束口径调整扩束光束的能量分布。采用上述技术方案，通过设置变倍扩束单元的扩束倍率可调，如此出射光束经变倍扩束单元后可以得到光束口径不同的扩束光束，光束口径不同的扩束光束经过光束整形单元后可以得到能量分布不同的照明光斑，例如高斯光斑、类高斯光斑和平顶光斑，如此针对不同的探测样品可以采用不同的照明光斑进行探测，保证本发明实施例提供的照明系统可以适配不同尺寸的探测样品，如此可以降低照明系统的功耗，增加照明系统的普适性。

以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2是本发明实施例提供的一种流式细胞分选仪的照明系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的照明系统包括光源模块10和光束能量分布调整模块20；光源模块10用于产生出射光束；光束能量分布调整模块20包括变倍扩束单元21和光束整形单元22，变倍扩束单元21用于对出射光束进行扩束处理得到扩束光束，且变倍扩束单元的扩束倍率可调；光束整形单元22用于根据扩束光束的光束口径调整扩束光束的能量分布。

如图2所示，准直的出射光束31经过变倍扩束单元21后得到扩束光束32，扩束光束32的光束口径相对于出射光束31的光束口径发生变化。当特定光束口径的激光光束经过光束整形单元22后，光束整形单元22用于根据扩束光束32的口径尺寸调整扩束光束32的能量分布，得到整形光束33，整形光束33的光斑类型与光束口径相关。例如针对不同光束口径，可以得到高斯光斑、类高斯光斑和平顶光斑的其中一种，不同的照明光束照射到流动室40中心，对待探测样品进行照明探测。进一步的，本发明实施例的照明系统中，光束扩束单元21的扩束倍率可调，如此可以得到不同光束口径的扩束光束，进一步经过光束整形单元22后可以得到不同能量分布的整形光束，可以针对不同尺寸的待探测样品进行照明探测，保证照明系统可以适配不同尺寸的待探测样品进行调整优化，降低照明系统的功耗，同时增加照明系统的普适性。

具体的，图3是本发明实施例提供的一种光束口径与照明光斑的对应示意图，如图3所示，光束整形单元22的整形效果受扩束光束32的光束口径决定，比如当到达光束整形单元22的扩束光束32的光束口径D1＝3mm时，经过光束整形单元22后的光斑可以为平顶光斑；当到达光束整形单元22的扩束光束32的光束口径D2＝2.5mm时，经过光束整形单元22后的光斑可以为类高斯光斑；当到达光束整形单元22的扩束光束32的光束口径D3＝2mm时，经过光束整形单元22后的光斑可以为高斯光斑。因此，根据待探测样品的尺寸可以合理设置变倍扩束单元21的扩束倍率，在保证对待探测样品良好探测的前提下降低照明系统的功耗或者减小照明系统的体积，提升照明系统性能。

需要说明的是，本发明实施例仅以光束口径为3mm得到平顶光斑，光束口径为2.5mm得到类高斯光斑，光束口径为2mm得到高斯光斑为例进行说明而非限定。对于不同的光束整形单元22，可以是其他不同数值的光束口径分别得到平顶光斑、类高斯光斑和高斯光斑，本发明实施例对此不进行限定。

可选的，准直的出射光束31可以是空间激光器直接输出的激光光束，也可以是尾纤输出再经过准直的激光光束，本发明实施例对此不进行限定。

可选的，准直的出射光束31的光束口径一般在0.5～1.5mm之间，本发明实施例对此同样不进行限定。

进一步的，光源模块10产生的出射光束31可以是单波长激光光束，比如出射光束31的波长可以为488nm；进一步的，出射光束31也可以是多波长同时入射，比如出射光束31的波长可以为375nm，405nm，488nm，561nm，633nm等任意波长的组合。

综上，本发明实施例提供的流式细胞分选仪的照明系统，通过设置变倍扩束单元的扩束倍率可调，如此出射光束经变倍扩束单元后可以得到光束口径不同的扩束光束，光束口径不同的扩束光束经过光束整形单元后可以得到能量分布不同的照明光斑，例如高斯光斑、类高斯光斑和平顶光斑，如此针对不同的探测样品可以采用不同的照明光斑进行探测，保证本发明实施例提供的照明系统可以适配不同尺寸的探测样品，如此可以降低照明系统的功耗或者减小照明系统的尺寸，增加照明系统的普适性。

接下来对变倍扩束单元的变倍扩束原理进行说明。

图4是本发明实施例提供的一种透射棱镜的结构示意图，如图4所示，尺寸为D4的激光束经过棱镜50的一个表面后，光束宽度变为D4’，如此可以推导出棱镜单个表面的放大率公式，即扩束倍率β满足：

其中，n1表示激光束入射至透射棱镜之前传输介质的折射率，n2表示透射棱镜的折射率，θ表示激光束的入射角。从上述公式可以看出，当n1/n2<1时，扩束倍率大于1，反之扩束倍率小于1。

从上述公式可以看出，入射角θ越大，扩束倍率越高。表1列举了不同扩束倍率对应的入射角，如下表所示。

表1

因此，针对不同的扩束需要，可以通过合理设置激光束的入射角实现，如图5所示，当设置激光束的入射角不同，可以实现不同的扩束倍率。

图6是本发明实施例提供的一种变倍扩束单元的结构示意图，如图6所示，变倍扩束单元21至少包括第一折射棱镜211和第二折射棱镜212；第一折射棱镜用于对出射光束31进行首次扩束，形成第一扩束光束321，且第一折射棱镜211的扩束倍率可调；第二折射棱镜212用于对第一扩束光束321进行再次扩束，形成第二扩束光束322；并调整第二扩束光束322的出射方向与出射光束31的出射方向平行。

示例性的，出射光束31经第一折射棱镜211首次扩束后，形成第一扩束光束321，第一扩束光束321经第二折射棱镜212再次扩束后形成第二扩束光束322，第二扩束光束322可以为变倍扩束单元21最终的出射的扩束光束。进一步的，第一折射棱镜211可以理解为变倍棱镜，第一折射棱镜211的扩束倍率可调；第二折射棱镜212可以理解为补偿棱镜，第二折射棱镜212用于调整第二扩束光束322的出射方向与出射光束31的出射方向平行，保证入射至变倍扩束单元21的光束与从变倍扩束单元21出射的光束平行。

可选的，综合参考图4、图5和图6所示，第一折射棱镜211实现变倍扩束的原理可以通过调整入射至第一折射棱镜211的光束的入射角实现不同扩束倍率。

具体的，继续参考图6所示，第一折射棱镜211可以包括第一光入射面2111；其中，出射光束31入射至第一光入射面2111的入射角可调。当出射光束31的入射角越大时，第一折射棱镜211的扩束倍率越大，当出射光束31的入射角越小时，第一折射棱镜211的扩束倍率越小。因此，可以通过调整出射光束31入射至第一光入射面2111时的入射角保证第一折射棱镜211的扩束倍率可调。进一步的，可以通过连续调整出射光束31入射至第一光入射面2111时的入射角保证第一折射棱镜211的扩束倍率连续变化。

可选的，继续参考图6所示，第一折射棱镜211还可以包括第一光出射面2112，第二折射棱镜212包括第二光入射面2121第二光出射面2122；第一光入射面2111和第一光出射面2112之间的夹角为第一顶角α，第二光入射面2121与第二光出射面2122之间的夹角为第二顶角

示例性的，第一光入射面2111和第一光出射面2112之间的夹角为第一顶角α，第二光入射面2121与第二光出射面2122之间的夹角为第二顶角

需要说明的是，第一顶角α和第二顶角

还需要说明的是，本发明实施例仅以变倍扩束单元21包括两个折射棱镜为例进行了说明，可以理解的是，根据不同的扩束需求，可以合理选择变倍扩束单元21中包含的折射棱镜的数量，本发明实施例对此不进行限定，只需保证变倍扩束单元21可以实现扩束倍率可调以及从变倍扩束单元21出射的扩束光束与入射至变倍扩束单元21的光束的传播方向相同即可。

上述实施例对变倍扩束单元的变倍扩束原理进行了详细说明，综上所述可以知道，本发明实施例提供的变倍扩束单元实现扩束倍率可调的方案实际可行，且变倍扩束单元的结构简单，易于制备，具备良好的实用性。

可选的，本发明实施例提供的变倍扩束单元21的扩束倍率为a，其中，2≤a≤6，在保证合理扩束倍率的情况下，保证变倍扩束单元21的整体结构较小，利于实现整体照明系统的结构较小。

可选的，继续参考图2所示，光束整形单元22包括柱面非球面透镜组，柱面非球面透镜组包括至少一个圆锥面。

示例性的，如图2所示，柱面非球面透镜组可以包括一个或者多个柱面非球面透镜，本发明实施例对此不进行限定，图2仅以柱面非球面透镜组包括一个柱面非球面透镜221为例进行说明。进一步的，柱面非球面透镜组可以包括一个或者多个圆锥面，本发明实施例对此同样不进行限定，图2仅以柱面非球面透镜组包括两个圆锥面为例进行说明。

进一步的，柱面非球面透镜可以为鲍威尔棱镜，也可以为其他形式的整形透镜，本发明实施例对此不进行限定。

可选的，继续参考图2所示，本发明实施例提供的光束能量分布调整模块20还可以包括汇聚单元23；汇聚单元23包括单透镜、双胶合消色差透镜和变焦透镜中的至少一种，图2仅以汇聚单元23包括双胶合消色差透镜为例进行说明。

可选的，图7是本发明实施例提供的另一种流式细胞分选仪的照明系统的结构示意图，如图7所示，本发明实施例提供的光源模块10包括多个单波长光源单元11；光束能量分布调整模块20还包括多个光束转折单元24，光束转折单元24与单波长光源单元11一一对应；光束转折单元24用于反射扩束光束至光束整形单元22。

可选的，本发明实施例提供的流式细胞分选仪的照明系统可以应用于多个不同激光光源的情况。图7是本发明实施例提供的另一种流式细胞分选仪的照明系统的结构示意图，如图7所示，本发明实施例提供的光源单元10可以为多波长光源单元，多波长光源单元包括多个单波长激光器。并且，本发明实施例提供的多波长光源单元中包含的单波长激光器202的数量可以多于4个，本发明实施例仅以4个为例进行说明。光束能量分布调整模块20还可以包括多个光束转折单元24，光束转折单元24与单波长激光器一一对应；光束转折单元24位于单波长激光器的出射激光的传播路径上，用于对出射激光进行反射，反射扩束光束至光束整形单元22。

可选的，光束转折单元24包括反射镜和/或反射棱镜，本发明实施例对此不进行限定。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种流式细胞分选仪，包括本发明实施例所述的流式细胞分选仪的照明系统，该流式细胞分选仪与上述流式细胞分选仪的照明系统具备相同的有益效果，这里不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。