具有正交雷射入射的螢光檢測儀器的製作方法
2023-06-18 01:56:01 2
專利名稱：具有正交雷射入射的螢光檢測儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於螢光檢測的系統和方法。更具體地，本發明涉及用於分析來自目標物質的螢光信號的螢光檢測組件。
背景技術：
流式細胞儀通常被用於區分各種類型的細胞以及其他「形成體」，其他「形成體」包括例如全血的生物流體。常規的流式細胞儀一般包括通常由石英製成的光學透明的流動室，該流動室具有中心通道，使得要逐一地被識別的細胞流流過該中心通道。經過流動室通道的細胞流的移動能夠通過無細胞鞘液被水力地輸送到流動室通道的中心縱軸，無細胞鞘液同心地包圍細胞流並且當細胞流經過流動室通道時隨著細胞流一起流動。當每個細胞經過流動室通道的細胞探詢地帶時，用聚焦的輻射光束(如通常由雷射源提供)來照射它。當衝擊每個細胞時，雷射光束被散射為表徵細胞的形態、密度、折射率和大小的圖案。此外，雷射光束的光譜特性可以起作用以激發與選擇的細胞有關的某些螢光染料，如可以是當細胞的DNA已經預先用這種螢光染料被著色的情況，或者當螢光染料分子已經預先直接地或經由中間珠等等與細胞的選擇的類型配對的情況。戰略上關於光學流動室定位的光電檢測器用來將由每個細胞散射的光和由激發的螢光染料發射的螢光轉換成電信號，該電信號在被適當處理時用來識別照射的細胞。以上指出的類型的常規的光散射和螢光感應流式細胞儀在弗雷澤(Frazier)的第7，392，908號美國專利中被揭示，其揭示的全部內容通過引用被結合在本文中。作為關於光學流動室直接定位光電檢測器的替換物，聚光器可用於聚集由激發的螢光染料發射的螢光。可以是一組透鏡元件的聚光器將發射光成像為多個光纖。每個光纖將光傳送到一排光電檢測器，該光電檢測器依次將由激發的螢光染料發射的螢光轉換成用於分析的電信號。各種類型的光電檢測器陣列已經被用於將光分離成為離散波長以幫助螢光分析。 科學儀器評論(Review of Scientific hstruments)，1992 年 11 月，第 62 卷，第 11 號，第 2751-2764頁，約翰·Α ·斯泰因坎普(John A. Steinkamp)等人的「用於分析和分類細胞和顆粒的改進的多雷射/多參數流式細胞儀(Improved Multilaser/Multiparameter Flow Cytometer for Analysis and Sorting of Cells and Particles) 」( 「斯泰因坎普出版物」)，揭示了一個這種檢測器陣列。斯泰因坎普出版物描述了包括將光分離成為離散波長的包括四個二向色性濾光器的檢測器構造。二向色性濾光器被布置成一行，並且除了行中的最後一個之外的每個濾光器將光的某一頻帶反射到相關檢測器並將其餘頻帶傳送到下一個檢測器。最後的濾光器將光的一個頻帶反射到檢測器，並將光的其餘波長傳送到末級檢測器。諾蘇(Nosu)等人的第4，244, 045號美國專利(「諾蘇專利」)揭示了第二種檢測器陣列構造。光纖將光束引入到多路分解器中，多路分離器被設計成將光分離成為多個波長。多路分解器包括六個光學濾光器，每個光學濾光器經由其透射某些波長並且用與透射的波長完全不同的波長反射光波。三個光學濾光器被布置在通路的每側上。光束以15度的入射角經由光纖和準直棒形透鏡被引入到陣列中，準直棒形透鏡被定位成與通路平行。第一光學濾光器，在通路的與準直透鏡相對的那側上直接接收來自準直透鏡的光。其次的四個光學濾光器接收來自反射光束的光，反射光束來自位於通路的相對側上的另一個光學濾光器。諸如由斯泰因坎普出版物和諾蘇專利描述的檢測器組件通常是預製塊。結果，如果希望分析多個光束，例如不同色譜的光束，則必須使用多個檢測器組件。採用已知檢測器組件和多路分解器的另一個問題是塊必須基於要被分離的光的波長數來被預製，即，每個塊被製造成具有用於預定數目的二向色性濾光器和檢測器的空間。結果，這些預製的檢測器組件對於適應多個光束是不可定製的，每個光束可能需要波長的不同量的間距。為了適應變化數目的光學輸入，本發明提供了可以關於可被分析的光學輸入的數目而被定製的檢測器陣列。為了在不需要多個檢測器組件的情況下將光束分離成或多或少的波長，這種檢測器陣列可以被調整，以致與每個光學輸入有關的二向色性濾光器和檢測器的數目可以被調整。
發明內容
此處描述的檢測器組件通過提供可以關於可以被分析的光學輸入的數目以及與每個光學輸入有關的二向色性濾光器和檢測器的數目而被定製的組件，來設法改善以前的檢測器組件的一個或多個缺點。此處描述的各種檢測器組件實施例可以被用於分析從螢光材料發射出的光。此處還提供的是用於將輸出光束引入到檢測器陣列或者多路分解器中的光學對準組件的各種實施例。此處還描述了將光束多路分解成它的部分波長頻帶的方法的各種實施例。本檢測器組件通常包括將具有投影光軸的輸出光束引入到濾光器陣列中的光學對準組件。光學對準組件被安裝成與由輸出光束經過濾光器陣列的路徑限定的反射光的平面基本上正交。陣列包括平行布置成兩行的濾光器。濾光器透射輸出光束的特定頻帶， 並且將其餘頻帶反射到濾光器的相反行中的下一個濾光器。該陣列進一步包括安裝在檢測器埠中的多個檢測器。檢測器接收輸出光束的透射支路。本方法包括使用用於將光束多路分解成它的部分波長的本檢測器陣列的步驟。此處給出的光學對準組件通常包括配置成容納光纖的外殼、至少一個準直透鏡、和具有附接的光束反射元件的可轉動的外殼構件。光學對準組件是可調整的，以便利用轉動調整機構和測角傾斜調整機構來將輸出光束引入到檢測器陣列中。這兩個機構確保了光束進入陣列的入射點在空間中保持在固定點，而不管可轉動的外殼構件的轉動或者傾斜。
結合於此的附圖形成為說明書的一部分，並且圖示檢測器組件的實施例，該檢測器組件用於分析從螢光物質發射出的光。圖與描述一起進一步地用來說明此處描述的檢測器組件和方法的原理，並且使本領域的技術人員能夠做出和使用該檢測器組件和方法。在附圖中，相同的參考數字表示相同的或功能上類似的元件。圖1是按照此處給出的一個實施例的檢測器組件的截面圖。圖2是按照此處給出的一個實施例的檢測器組件的底視圖。
圖3是按照此處給出的一個實施例的包括三個光學對準組件的檢測器組件的頂部的立體圖。圖4是按照此處給出的一個實施例的光學對準組件的截面圖。圖5A-5C是圖4中顯示的光學對準組件的側視圖。圖6A-6C是圖4中顯示的光學對準組件的底視圖。圖7A和7B是圖4中顯示的光學對準組件的另外的側視圖。圖8是按照此處給出的一個實施例的具有另外的檢測器埠和光學對準組件安裝位置的檢測器組件的頂部的立體圖。圖9是按照此處給出的一個實施例的包括蓋板的檢測器組件的頂部的立體圖，蓋板用於在檢測器組件的頂部中開口的通孔。
具體實施例方式下面參照圖示示範性實施例的附圖詳細說明用於多路分解光束的檢測器組件和方法。其他實施例是可能的。在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以對此處描述的實施例做出變形。因此，以下詳細說明不意味著限制。此外，對本領域的技術人員將顯而易見的是，如下所述的系統和方法可以在硬體的許多不同的實施例中被實現。任何描述的實際的硬體不意味著限制。以可以給予實施例的修改和變化的詳細說明為條件，描述給出的系統和方法的操作和性能。例如，雖然提供的描述將檢測器組件結合到流式細胞儀系統中， 但是此處給出的檢測器組件和光學對準組件以及方法不應該局限於細胞計數儀的領域。本領域的技術人員將容易地了解如何將給出的檢測器組件和多路分解方法結合到諸如例如血液分析系統、細胞分類系統、DNA分析系統等等其他本地環境中。圖1是檢測器組件100的截面圖。在給出的實施例中，檢測器組件100包括多個二向色性濾光器102、多個帶通濾光器104和收容在檢測器埠 105中的多個檢測器106。 在一個實施例中，檢測器106是光電倍增管(PMT)。當然，各種其他類型的光電檢測器，例如，光電雪崩檢測器，可以被用於檢測器組件100的實施例。光束110、116和120通過三個光學對準組件400 (圖3-7B中顯示)被引入檢測器組件的中心幹道122，每個光學對準組件 400包括光束反射元件108。光學對準組件400基本上被安裝成與中心幹道122正交。每個光學對準組件包括光束反射元件108，光束反射元件108是反射鏡或者更佳地是稜鏡，光束反射元件108將來自光學對準組件的光束反射到中心幹道122中。稜鏡具有提供全內反射的優點，即，在稜鏡表面上不需要反射塗層。反射鏡通常需要反射塗層，這是不利的，因為費用和製造困難。雖然檢測器組件100被顯示具有與三個光學對準組件400相對應的三個光束反射元件108，但是檢測器組件100可以根據要被分析的輸入的數目被調整成包括或多或少的光學對準組件。具體地，檢測器組件的實施例可以包括至少兩個光學對準組件、四個以上的光學對準組件、以及甚至七個以上的對準組件。因為光學對準組件400被安裝成與中心幹道122正交，所以光學對準組件的數目可以被調整，而不改變檢測器埠 105的間距。另外，雖然圖1中顯示的檢測器組件包括十三個檢測器埠，但是檢測器組件的實施例可以隨意地包括或多或少的檢測器埠。如將在此進一步詳細說明的，在不需要多個檢測器組件塊的情況下定製光學對準組件的數目和與每個光學對準組件有關的檢測器的數目的能力提供了超出以前的檢測器組件的多個益處。
操作中，第一光束110通過光束反射元件108被反射到中心幹道122中。光束110 在指示的方向上朝向第一二向色性濾光器103行進。二向色性濾光器103使光束110分裂，以使屬於光學信號的特定頻帶的一部分光束透過二向色性濾光器103，而其他頻帶中的光朝向另一個二向色性濾光器107被反射。雖然濾光器102在此被描述為二向色性濾光器，但是，當然，其他類型的濾光器、反射鏡或者反射器可以被用來代替二向色性濾光器，以使光學信號的特定頻帶通過，同時傳送其餘頻帶。因此，如在此使用的，術語二向色性濾光器指的是使光學信號的特定頻帶通過同時傳送其餘頻帶的任何裝置。然後光束110的透射部分經過帶通濾光器104並進入檢測器106用於分析。帶通濾光器104進一步從光束110 的透射部分中隔離期望頻帶的波長。光束110的反射部分行進到二向色性濾光器107，在二向色性濾光器107，光學信號的第二頻帶被透射到第二檢波器，而其餘頻帶被向上反射。沿著光束110的路徑的每個二向色性濾光器102以相同的方式去除選擇頻帶的光，但是具有被分離的不同波長的光。在圖1中顯示的實施例中，光束110在光學信號的其餘頻帶進入檢測器埠 112之前遇到五個二向色性濾光器102。雖然圖1中顯示的實施例沒有圖示檢測器埠 112中的檢測器，但是，當然，檢測器可以被包括在埠 112中以接收光學信號的任何其餘頻帶。圖1中顯示的實施例圖示了包括與三個光學對準組件400相對應的三個光束反射元件108的檢測器組件100。每個光束反射元件108將光束引入到中心幹道122中，並且每個光束在衝擊收容在檢測器埠 105中的末級檢測器之前，反射離開一個或多個二向色性濾光器102。如參照圖3-7B進一步詳細說明的，光束反射元件108較佳地是反射鏡，或者更佳地是稜鏡，每個光束反射元件108被固定到安裝於檢測器組件100的頂部的光學對準組件400。措辭頂部和底部在此被使用僅僅作為便於描述目的的相對術語，而並不意欲限制參考相對於一些絕對參考方向的任何特定方向。當然，除了圖3-7B中顯示的那些對準組件之外的對準組件可以被用於將光束輸送到光束反射元件108。較佳地，光束反射元件108 被定位成二向色性濾光器102上的光束的入射角小於二十度。更佳地，入射角小於十九度， 以及最佳地，小於十八度。較低的入射角與較高的角度相比提供更少的光偏振。在圖1中圖示的實施例中，第一光束110反射離開五個二向色性濾光器，第二光束 116反射離開三個二向色性濾光器，以及第三光束120反射離開一個二向色性濾光器。每個光束遇到的二向色性濾光器的數目僅僅是示範性的。光學對準組件的位置和數目兩者可以被調整，以致三個以下或以上的光學對準組件被包括在檢測器組件中，並且與從每個光學對準組件發射出的光束有關的二向色性濾光器102的數目可以被增減，而不必重新配置沿著中心幹道122的檢測器埠 105的位置。在較佳實施例中，檢測器組件100包括十三個檢測器埠。或者，檢測器組件100可以被設置有任何數目的檢測器埠，該數目僅僅受到檢測器組件100的實際大小的限制。圖2是按照此處給出的一個實施例的檢測器組件的底部200的圖。如圖2所示， 檢測器組件100在其中形成有多個二向色性濾光器槽202。二向色性濾光器槽202被形成為平行的兩行。每行中的槽202被均勻地隔開，並且取決於檢測器組件100的期望構造，槽 202可以或者可以不具有插入在其中的二向色性濾光器102。每個二向色性濾光器槽202具有與此相關的帶通濾光器槽204。帶通濾光器槽204形成為相對於二向色性濾光器槽202 成一角度，並且每行中的槽204被均勻地隔開。檢測器埠 105位於每個帶通濾光器槽204
8後面，並且檢測器106可以被安裝在每個檢測器埠 105中。根據期望應用的需要，二向色性濾光器102、帶通濾光器104和檢測器106可以被增加或者從檢測器組件100上去除。圖3是按照此處給出的一個實施例的檢測器組件100的頂部的立體圖。檢測器組件100包括三個光學對準組件400，光學對準組件400被安裝在檢測器組件100的頂面300 上。為了封閉中心幹道122，端帽304被附接到檢測器組件的每個端部。檢測器組件100 的頂面300設置有多個帶螺紋的安裝孔306和多個沒有螺紋的安裝孔305。每個檢測器組件在組件的底部支撐板605上還被設置有多個螺釘容納孔307。如圖6A所示，為了幫助將光學對準組件400定位在檢測器組件100的頂面300上，安裝銷606也被定位在光學對準組件400的底部支撐板605上。通過使安裝銷606與沒有螺紋的安裝孔305對準並使用安裝螺釘將光學對準組件固定到檢測器組件100，將光學對準組件400安裝到檢測器組件，其中，安裝螺釘穿過螺釘容納孔307並被固定在帶螺紋的安裝孔306中。雖然在此描述了各個緊固構件，但是，當然，多種裝置和方法可以被用於將光學對準組件400緊固到檢測器組件100，以及使光學對準組件的部件彼此附接。例如，螺栓、銷、 舌榫布置、支架乃至焊接可以被用來代替螺釘，或者另外的，以便將檢測器組件100的各種部件中的任何部件與光學對準組件400緊固在一起。此處對特定緊固方法的任何引用僅僅是示範性的。通過以上述方式布置光學對準組件400，以使光束正交於由經過檢測器陣列的輸出光束的路徑限定的平面而進入檢測器組件100，允許檢測器組件的最終用戶在位置上增減光學對準組件的數目，而不必損失一個或多個檢測器位置。如上面本發明的背景技術部分中所指出的，檢測器陣列通常是預製塊。結果，多個檢測器組件塊不得不被用於分析多個光束，例如，不同色譜的光束。另外，在先技術的檢測器組件不能容易地升級，並且不能在位置上被容易地改造以適應螢光檢測的發展。具體地，一旦檢測器組件塊被交付給最終用戶， 在先技術的檢測器組件就不能被修改以包括另外的檢測器。為了使光束分裂成比最初配置的檢測器組件塊更多的頻帶，將不得不定購全新的檢測器組件。相反，此處描述的檢測器組件考慮到與特定的光學對準組件有關的檢測器的數目的快速調整。在利用幹道布置的以前的檢測器陣列中，經由平行於由經過檢測器陣列的輸出光束的路徑限定的平面而被布置的機構，將光引入到陣列中。因為這個平行布置，即使想要在單個預製造的檢測器組件塊中包括多個光學對準組件，該塊也將具有不必要的大的佔地面積。還有將不可能增加與每個光學對準組件有關的檢測器的數目。具體地，如圖1-3所示，正交入射到中心幹道122中，考慮到要與多個光學對準組件一起使用的檢測器組件塊， 而同時維持在二向色性濾光器102之間的均勻間隔。這提供了多個益處。例如，參照圖1 和2，光束110終止於檢測器埠 112。但是，因為二向色性濾光器槽202及其對應的檢測器106圍繞中心幹道122被布置成均勻間隔的行，所以可以通過從組件中去除第二光學對準系統並且在與檢測器埠 112有關的二向色性濾光器槽中放入另外的二向色性濾光器， 來增加與第一光束110有關的二向色性濾光器的數目。用這樣的方式，光束110可以被過濾成另外的波長，而不需要新的檢測器組件塊。類似地，如果至少一個波長範圍在光束到達其最後的檢測器之前與光束分離，則檢測器組件100可以被重新配置成包括另外的光學對準組件。例如，參照圖1，光束110可以終止於檢測器125，並且第四光束可以在檢測器125和檢測器1 之間的點處被引入到檢測器組件100中。此外，為了適應檢測器組件100中包括的光學對準組件400的數目以及與引入到濾光器陣列中的每個光束有關的檢測器的數目兩者的進一步擴充，此處描述的檢測器組件可以設置有任何數目的檢測器埠。這種定製對於現有技術的檢測器組件是不可能的。如現有技術所揭示的，平行於中心幹道布置光學對準組件需要大量的間隔。即使為了容納多個光學對準組件而試圖擴展現有技術的檢測器陣列，二向色性濾光器和相應的檢測器埠也不會被均勻地隔開。這是因為，在第二光束的入射點，將需要檢測器埠之間的大間隔來容納第二光學對準組件。因為這個間隔，最終用戶將被局限於光束入射點的數目並且將不能將另外的光束入射點添加到組件，光束入射點被設置在預製的檢測器組件塊中。此外，最終用戶將不具有增加與特定光束有關的檢測器埠的數目的能力，因為在檢測器之間需要間隔來容納光學對準組件。如以上參照圖1所指出的，可以通過從組件中去除第二光學對準系統並且在與檢測器埠 112有關的二向色性濾光器槽中放入另外的二向色性濾光器，來增加與第一光束110有關的二向色性濾光器的數目。因為檢測器埠被均勻地隔開，所以光束將與下一個檢測器埠對準，而不需要對組件作進一步的調整。在使用平行入射的假設的擴展檢測器組件中，即使去除第二光學對準組件，也不能使光束與下一個檢測器埠對準。圖4是按照此處給出的一個實施例的光學對準組件400的截面圖。光學對準組件 400考慮到保持準直光束的起點的光學中心的轉動和測角移動，而允許調整以維持與沿著中心幹道122的檢測器106的對準。在圖4中顯示的實施例中，光學對準組件400的管狀部分包括準直器外殼404、上套筒410和下套筒412。當然，代替被形成為管狀或者套筒形狀，包括上套筒410和下套筒412部分的準直器外殼404可以被形成為各種其他形狀。具有聚焦盤的光纖埠 402被設置成容納光纖，並且聚焦由光纖傳送的光。第一和第二準直透鏡406和408被固定在準直器外殼404中。雖然，在本實施例中，兩個準直透鏡和一個聚焦盤被用來接收和聚焦來自光纖的光，但是，當然，替代的透鏡布置可以被設置在準直器外殼404中，以便聚焦從光纖接收到的光。準直器外殼404較佳地通過螺釘405被固定到上套筒410。上套筒410較佳地通過螺釘420被固定到下套筒412。光束反射元件108被設置在下套筒412的底部。如此處參照圖1描述的，光束反射元件108反射來自第一和第二準直透鏡406和408的準直光束，以致從光學對準組件400發射出的光束沿著中心幹道122 行進。彈簧418使光束反射元件108偏離上套筒410。雖然彈簧418被描繪成線圈彈簧，但是，當然，諸如墊圈的其他元件可以被用於提供偏置力以使反射元件108偏離上套筒410。光學對準組件400進一步包括可滑動基座414和固定基座416。在至少一個實施例中，可滑動基座414和固定基座416被彎曲，以致可滑動基座414的底面的凹曲度通常匹配固定基座416的頂面的凸曲率。操作中，為了使輸出光束與沿著中心幹道122定位的檢測器106對準，可以調整可滑動基座414相對於固定基座416的位置。這個調整伴隨有傾斜螺釘415的操縱，傾斜螺釘415將壓力施加到可滑動基座414的一側。彈簧(未顯示) 使可滑動基座414朝向傾斜螺釘415偏置。圖7A和7B中顯示，彈簧在一端被錨固到可滑動基座414並且在另一端被錨固到螺釘708。因此，操作中，為了將可滑動基座414推離螺釘，可以緊固螺釘，而鬆開的傾斜螺釘415導致可滑動基座414由於彈簧的偏置效應而沿著螺釘的方向移動。
如圖5A-5C所示，光學對準組件400允許光束511的輸出角相對於中心幹道122的調整。在本實施例中，可滑動基座414和固定基座416的曲面允許光學對準組件起定位測角器的作用，以致傾斜螺釘415的操縱使光束反射元件108圍繞空間中的固定軸轉動。作為這個測角動作的結果，與光學對準組件被傾斜一樣，光束511進入中心幹道122的入射點 510保持不變。不管光學對準組件400的管狀部分的傾斜方向或傾斜量，入射點510在三維空間中保持在基本相同的地點。因此，不管機構被傾斜了多少，光束511從相同的點進入中心幹道122，從而維持與沿著中心幹道122布置的檢測器的對準。參照圖5B，顯示了一個實施例的幾個其他特徵。光學對準組件400設置有左側板 504。安裝孔512被形成在左側板504中以幫助錨固固定基座416。活塞506能夠微調可滑動基座416的位置，並且與拉簧(未顯示)連接在一起的調整螺釘514進一步提供C支架 515的左到右調整，C支架515通過圖7A中顯示的定位銷715和緊固螺釘714被固定到上套筒410的側面。參照圖6A-6C，進一步地詳細描述光學對準組件400的轉動調整，以及更具體地， 光束反射元件108的轉動調整。圖6A-6C是光學對準組件400的底視圖，具有表示轉動調整的箭頭。光束反射元件108的轉動調整提供了以期望角度將光束511引導到中心幹道122 中的第二機構。圖5B和7A中顯示的，光束反射元件108的轉動調整通過操縱螺釘514來實現。當螺釘514C被推壓支架515時，上套筒410沿使得光束反射元件108沿順時針方向轉動的順時針方向轉動。彈簧(未顯示)使C支架515朝向螺釘514偏置。從而，當螺釘被退回時，C支架515和光束反射元件108沿逆時針方向轉動。如同參照圖5A-5C描述的傾斜調整機構一樣，轉動的調整機構確保光束511進入中心幹道122的入射點510在三維空間中保持在相同的點，與光束反射元件108的轉動方向或轉動量無關。通過利用光學對準組件400，為了使光束與中心幹道122中的檢測器106對準，只需要兩個調整(傾斜調整和轉動調整)。測角的傾斜調整和轉動調整也彼此獨立操作。常規的光學對準系統典型地需要四個調整，並且這四個調整互相依存。圖7A和7B是圖4中顯示的光學對準組件的另外的側視圖。在使用時，光纖702 被插入到光學對準組件400的頂部中。光纖702將光束引入到光學對準組件400中。參照圖4，一旦光束被引入到光學對準組件中，光束在被光束反射元件108反射到中心幹道122 中之前經過聚焦盤402、第一準直透鏡406和第二準直透鏡408。在某些實施例中，左側板504和右側板602是相同的。但是，如參照圖5B說明的， 兩個活塞506被插入到左側板504的上孔中，以能夠微調可滑動基座416的位置。左右側板504和602兩者設置有安裝螺釘孔512。在一個實施例中，安裝螺釘710被插入到左右側板504和602兩者的安裝螺釘孔512中，以在適當位置上使固定基座416固定。一旦可滑動基座414已經被調整到期望位置，就將螺釘711插入到右側板602中的中心上孔中以固定可滑動基座414。為了進一步固定可滑動基座414，滾球頂端定位螺釘716被插入經過左右側板504和602的頂面。滾球頂端螺釘716在期望位置固定可滑動基座414，而不損壞基座，並且不需要使特別設計的螺釘匹配可滑動基座414的曲率。但是，在其他實施例中，可以使用特別設計的螺釘或標準頂端螺釘來代替滾球頂端定位螺釘716。圖8圖示了按照本發明的另一個實施例的檢測器組件。檢測器組件800包括十六個檢測器埠 105。圖8還圖示了形成在檢測器組件800的頂面300中的通孔801，第四光學對準組件可以被安裝到檢測器組件800中。雖然沒有被圖示，但是通孔也可以被設置在以上參照圖1-3描述的實施例中。例如，如圖3所示，檢測器組件100設置有三個通孔，光學對準組件400的下套筒412被插入到通孔中。檢測器組件100和800兩者可以設置有另外的通孔以容納另外的光學對準組件。例如，在檢測器組件100和800中，另外的通孔和相應的光學對準組件400可以被設置在第一和第二光學對準組件之間。此外，根據本發明的檢測器組件的實施例可以比圖中顯示的那些檢測器組件更長，並且可以容納十六個以上的檢測器埠 105和四個以上的光學對準組件400。為了提供另外波長的光的分析，可以在通孔801的位置安裝光學對準組件。如圖9中所示，蓋板901可以被用來覆蓋任何沒有被用於特定光分析應用的通孔。這種蓋子確保了沒有外界光進入中心幹道122。在一些應用中，可以在光密封機殼中操作根據本發明的檢測器組件，而在這種情況下，不需要蓋板901 來覆蓋打開的通孔。在這些應用中，不使用的通孔可以保持打開，而不損害檢測器組件的性能。實例以下段落作為上述實施例的實例。實例1一個實施例提供了用於光分析的檢測器組件。檢測器組件包括光學對準組件和二向色性濾光器陣列，光學對準組件被配置成提供具有投影光軸的輸出光束，二向色性濾光器陣列具有平行布置成兩行的多個二向色性濾光器。較佳地，大多數二向色性濾光器被配置成接收來自另一個二向色性濾光器的光。二向色性濾光器位於槽中，並且每行槽包括多個均勻間隔的槽。至少一半的二向色性濾光器將輸出光束分裂成反射支路和透射支路。輸出光束的反射支路較佳地具有小於二十度的二向色性反射角，更佳地，小於十九度，以及最佳地，小於18度。每個平行的行中的二向色性濾光器在它們各自的平行行中與另一個二向色性濾光器均勻地間隔。檢測器組件進一步包括用於在其中容納檢測器的多個檢測器埠，其中所述檢測器接收輸出光束的透射支路。光學對準組件被安裝成與由輸出光束的路徑限定的反射光的平面基本上正交。每個輸出光束與接收來自輸出光束的光的一個或多個檢測器有關，並且可以增加接收來自輸出光束的光的檢測器的數目，而不改變檢測器的數目或位置。光學對準組件包括配置成容納光纖的外殼，配置成使光纖發射的光束準直的準直透鏡，可轉動的外殼構件，附接到可轉動的外殼構件的光束反射元件，以及利用兩個調整機構的對準系統，其中第一調整機構調整可轉動的外殼構件的轉動，以及第二調整機構調整可轉動的外殼構件的測角傾斜。另一方面，兩個以上的光學對準組件被包括在實例1的檢測器組件中，每個光學對準組件被安裝成與反射光的平面基本上正交。每個光學對準組件被配置成提供具有投影光軸的各自的輸出光束。實例2另一個實施例提供用於分析螢光材料發射出的光的檢測器組件。該檢測器組件包括二向色性濾光器陣列，二向色性濾光器陣列具有平行布置成兩行的多個二向色性濾光器。二向色性濾光器位於槽中，並且每行槽包括多個均勻間隔的槽。二向色性濾光器被配置成將輸出光束分裂成反射支路和透射支路。檢測器組件進一步包括配置成產生具有第一投影光軸的第一輸出光束的第一光學對準組件，和配置成產生具有第二投影光軸的第二輸出光束的第二光學對準組件。第一和第二光學對準組件被安裝成與由輸出光束的路徑限定的反射光的平面基本上正交。第一輸出光束在第一位置進入二向色性濾光器陣列，以及第二輸出光束在第二位置進入二向色性濾光器陣列。用於在其中容納檢測器的多個檢測器埠也被包括在檢測器組件中，其中所述檢測器接收輸出光束的透射支路。至少第二光學對準組件被配置成從檢測器組件中被去除或在檢測器組件上被重新定位。一個或多個檢測器埠被配置成接收來自第一輸出光束的光，並且檢測器組件被配置成可以通過去除光學組件中的一個以及添加相應的二向色性濾光器來增加接收來自第一輸出光束的光的檢測器埠的數目。第一和第二光學對準組件包括配置成容納光纖的外殼，配置成使光纖發射的光束準直的準直透鏡，可轉動的外殼構件，附接到可轉動的外殼構件的光束反射元件，以及利用兩個調整機構的對準系統，其中第一調整機構調整可轉動的外殼構件的轉動，以及第二調整機構調整可轉動的外殼構件的測角傾斜。檢測器組件還可以包括配置成產生具有第三投影光軸的第三輸出光束的第三光學對準組件，其中第三輸出光束在第三位置進入二向色性濾光器陣列。實例3在提供用於將輸出光束引入到二向色性濾光器的陣列中的光學對準組件的另一個實施例中，光學組件包括配置成容納光纖的外殼，配置成使光纖發射的光束準直的準直透鏡，可轉動的外殼構件，附接到可轉動的外殼構件的諸如稜鏡的光束反射元件，以及利用兩個調整機構的對準系統，其中第一調整機構調整可轉動的外殼構件的轉動，以及第二調整機構調整可轉動的外殼構件的測角傾斜。光束反射元件被配置成將準直光束反射到二向色性濾光器的陣列中，並且該光束反射元件以近似90度的角度反射光。光束反射元件在光束反射元件內部的反射點處反射光，並且當調整可轉動的外殼構件的傾斜時，反射點的位置基本上保持相同。可轉動的外殼構件具有套筒形狀。第一調整機構獨立於第二調整機構， 並且第二調整機構包括第一曲面和第二曲面，其中第一曲面鄰接第二曲面並且相對於第二曲面是可滑動的。光學對準組件進一步包括彈簧，彈簧被配置成使光束反射元件偏離第二調整機構。光學對準組件可以進一步包括第二準直透鏡。光學組件可以進一步包括聚焦盤或者配置成將由光纖發射的光聚焦在準直透鏡上的透鏡。實例 4在一個實例中，檢測器組件100被用來多路分解光束，例如，通過光纖傳送的螢光脈衝。用於多路分解的方法包括以下步驟a)用準直透鏡準直該光束；b)用諸如稜鏡的光束反射元件使光束改變方向，以使光束進入二向色性濾光器陣列，二向色性濾光器陣列具有平行布置成兩行的多個二向色性濾光器，並且測角地調整光束射出光束反射元件的角度；c)通過將該光束反射離開至少一個二向色性濾光器以及將該光束反射離開兩個以上的二向色性濾光器，將該光束分離成它的部分波長，其中該光束在位於第一行中的二向色性濾光器和第二行中的二向色性濾光器之間被交替地反射；和d)用帶通濾光鏡過濾該光束，其中，該光束在被光束反射元件改變方向之前與在該光束被光束反射元件改變方向之後由光束的路徑限定的反射光的平面大致正交。
在步驟b)中，以較佳地小於大約20度，更佳地小於大約19度以及最佳地小於大約18度的角度，使光束反射離開至少一個二向色性濾光器。為了圖解和說明，已經給出了本發明的上述說明。這不打算是詳盡的並且將本發明限制為揭示的精確形式。其他改進和變化按照上述教導可以是可能的。為了最好地說明本發明的原理及其實際應用，並且從而使得本領域的技術人員能夠最好地利用各種實施例和各種改進中的本發明作為適合於特定的使用設想，選擇和描述實施例和實例。意圖是附上的權利要求書被視為包括本發明的其他替換的實施例。
權利要求
1.一種用於分析光的檢測器組件，其特徵在於，所述檢測器組件包括光學對準組件，被配置成提供具有投影光軸的輸出光束；二向色性濾光器陣列，具有平行布置成兩行的多個二向色性濾光器；和用於在其中容納檢測器的多個檢測器埠，其中，所述檢測器接收所述輸出光束的透射支路，其中，所述光學對準組件被安裝成與由所述輸出光束的路徑限定的反射光的平面基本上正交。
2.如權利要求1所述的檢測器組件，其特徵在於，包括安裝成與反射光的所述平面基本上正交的兩個以上的光學對準組件，其中，每個光學對準組件被配置成提供各自的具有投影光軸的輸出光束。
3.如權利要求2所述的檢測器組件，其特徵在於，每個平行的行中的所述二向色性濾光器在它們各自的平行的行中與其他二向色性濾光器均勻地間隔。
4.如權利要求2所述的檢測器組件，其特徵在於，每個輸出光束與一個或多個檢測器有關，所述檢測器接收來自所述輸出光束的光，並且其中，可以增加接收來自輸出光束的光的檢測器的數目，而不改變所述檢測器的數目或位置。
5.如權利要求1所述的檢測器組件，其特徵在於，至少一半的二向色性濾光器將所述輸出光束分裂成反射支路和透射支路，並且其中，所述投影光軸的所述反射支路具有小於大約20度的二向色性反射角。
6.如權利要求5所述的檢測器組件，其特徵在於，所述投影光軸的所述反射支路具有小於大約19度的二向色性反射角。
7.如權利要求6所述的檢測器組件，其特徵在於，所述投影光軸的所述反射支路具有小於大約18度的二向色性反射角。
8 如權利要求1所述的檢測器組件，其特徵在於，所述二向色性濾光器位於槽中，並且其中，每行槽包括多個均勻間隔的槽。
9.如權利要求1所述的檢測器組件，其特徵在於，所述光學對準組件包括配置成容納光纖的外殼，配置成使所述光纖發射的光束準直的準直透鏡，可轉動的外殼構件，附接到所述可轉動的外殼構件的光束反射元件，以及利用兩個調整機構的對準系統，其中，第一調整機構調整所述可轉動的外殼構件的轉動，以及第二調整機構調整所述可轉動的外殼構件的測角傾斜。
10.一種用於分析發射的光的檢測器組件，其特徵在於，所述檢測器組件包括二向色性濾光器陣列，具有平行布置成兩行的多個二向色性濾光器，其中，所述二向色性濾光器位於槽中，並且其中，每行槽包括多個均勻間隔的槽；第一光學對準組件，被配置成產生具有第一投影光軸的第一輸出光束；和第二光學對準組件，被配置成產生具有第二投影光軸的第二輸出光束；其中，所述第一輸出光束在第一位置進入所述二向色性濾光器陣列，以及所述第二輸出光束在第二位置進入所述二向色性濾光器陣列。
11.如權利要求10所述的檢測器組件，其特徵在於，進一步包括配置成產生具有第三投影光軸的第三輸出光束的第三光學對準組件，其中，所述第三輸出光束在第三位置進入所述二向色性濾光器陣列。
12.如權利要求10所述的檢測器組件，其特徵在於，所述二向色性濾光器被配置成將所述輸出光束分裂成反射支路和透射支路。
13.如權利要求10所述的檢測器組件，其特徵在於，進一步包括用於在其中容納檢測器的多個檢測器埠，其中，所述檢測器接收所述輸出光束的透射支路。
14.如權利要求10所述的檢測器組件，其特徵在於，至少所述第二光學對準組件被配置成從所述檢測器組件中被去除或在所述檢測器組件上被重新定位。
15.如權利要求10所述的檢測器組件，其特徵在於，所述第一和第二光學對準組件被安裝成與由所述輸出光束的路徑限定的反射光的平面基本上正交。
16.如權利要求10所述的檢測器組件，其特徵在於，所述第一光學對準組件包括配置成容納光纖的外殼，配置成使所述光纖發射的光束準直的準直透鏡，可轉動的外殼構件，附接到所述可轉動的外殼構件的光束反射元件，以及利用兩個調整機構的對準系統，其中，第一調整機構調整所述可轉動的外殼構件的轉動，以及第二調整機構調整所述可轉動的外殼構件的測向傾斜。
17.一種用於將輸出光束引入到二向色性濾光器陣列中的光學對準組件，其特徵在於， 所述光學組件包括配置成容納光纖的外殼；配置成使所述光纖發射的光束準直的準直透鏡；可轉動的外殼構件；附接到所述可轉動的外殼構件的光束反射元件；和利用兩個調整機構的對準系統，其中，第一調整機構調整所述可轉動的外殼構件的轉動，以及第二調整機構調整所述可轉動的外殼構件的測角傾斜。
18.如權利要求17所述的光學對準組件，其特徵在於，所述光束反射元件被配置成將所述準直光束反射到所述二向色性濾光器陣列中。
19.如權利要求17所述的光學對準組件，其特徵在於，所述第一調整機構獨立於所述第二調整機構。
20.如權利要求17所述的光學對準組件，其特徵在於，所述光束反射元件在所述光束反射元件內部的反射點處反射光，並且其中，當調整所述可轉動的外殼構件的傾斜時，所述反射點的位置基本上保持相同。
21.如權利要求17所述的檢測器組件，其特徵在於，所述光束反射元件是稜鏡。
22.—種多路分解由光纖傳送的光束的方法，其特徵在於，包括a)用準直透鏡使所述光束準直；b)用光束反射元件使所述光束改變方向，以致所述光束進入二向色性濾光器陣列，所述二向色性濾光器陣列具有平行布置成兩行的多個二向色性濾光器；和c)通過將所述光束反射離開至少一個所述二向色性濾光器，使所述光束分離成它的部分波長，其中，所述光束在被所述光束反射元件改變方向之前與在所述光束被所述光束反射元件改變方向之後由所述光束的路徑限定的反射光的平面大致正交。
23.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，進一步包括d)用帶通濾光器過濾所述光束。
24.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，所述光束以小於大約20度的角度被反射離開所述至少一個二向色性濾光器。
25.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，步驟c)進一步包括使所述光束反射離開兩個以上的所述二向色性濾光器，其中，所述光束在位於第一行中的二向色性濾光器和位於第二行中的二向色性濾光器之間被交替地反射。
26.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，步驟b)進一步包括測角地調整所述光束射出所述光束反射元件的角度。
27.如權利要求22所述的檢測器組件，其特徵在於，所述光束反射元件是稜鏡。
全文摘要
用於分析光的檢測器組件，用於將輸出光束引入到多路分解器中的光學對準組件，以及將光束多路分解成波長頻帶。檢測器組件包括將輸出光束引入到濾光器陣列中的光學對準組件。光學對準組件被安裝成與反射光的平面正交。陣列包括布置成兩行的濾光器。每個濾光器透射輸出光束的波長並且將其餘波長反射到下一個濾光器。陣列包括在檢測器埠中的檢測器。光學對準組件包括容納光纖的外殼、準直透鏡、具有光束反射元件的可轉動的外殼構件。光學對準組件是可調整的，利用轉動和測角傾斜機構，以確保光束進入陣列的入射點保持固定，而不管可轉動的外殼構件的轉動或者傾斜。
文檔編號A61B6/08GK102333484SQ201080009488
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月26日 優先權日2009年2月27日
發明者埃裡克·H·弗雷澤, 海倫·A·明尼克 申請人:貝克曼考爾特公司