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原文传递用于流式细胞仪荧光色散的光路设计方法和装置

专利名称：	用于流式细胞仪荧光色散的光路设计方法和装置
摘要：	本申请提出一种用于流式细胞仪荧光色散的光路设计方法和装置，涉及流式细胞仪技术领域，其中，用于流式细胞仪荧光色散的光路设计方法包括：确定所需总透光率以及采用的棱镜的材料参数；建立棱镜色散模型，所述棱镜色散模型根据所述总透光率以及采用的棱镜的材料参数确定光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时总色散率值最大时的光路形状；确定光路的总路径长度，根据光路的总路径长度确定所述光路形状的大小。采用上述方案的本申请避免了光栅色散系统光线射入时所需的遮光狭缝，提高了所收集荧光能量的利用率、信噪比以及灵敏度，在有效地实现流式细胞仪微型化需求的同时，具有最好的色散率以及最好的透光率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	尤政;晁子翕;赵精晶
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-23T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-04T00:00:00+0800
申请号：	CN202111393062.X
公开号：	CN114136867A
代理机构：	北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	单冠飞
分类号：	G01N15/14;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/14
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园
主权项：	1.一种用于流式细胞仪荧光色散的光路设计方法，其特征在于，所述方法包括：确定所需总透光率以及采用的棱镜的材料参数；建立棱镜色散模型，所述棱镜色散模型根据所述总透光率以及采用的棱镜的材料参数确定光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时总色散率值最大时的光路形状；确定光路的总路径长度，根据光路的总路径长度确定所述光路形状的大小。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棱镜的材料参数为棱镜的折射率；根据所述棱镜的材料参数确定光线的波长。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立棱镜色散模型，包括：在平面上，当光线射入任一棱镜时，以这个棱镜的顶角的顶点为原点，光线第一次入射的顶角边为x轴，与x轴垂直的方向为y轴，以保证棱镜主体位于第一象限的方向为x轴以及y轴的正方向构建平面直角坐标系，所述顶角和光线第一次入射的入射角为锐角，光线第一次入射的方向为x轴正方向、y轴负方向；根据所述顶角的角度、光线第一次入射的入射角以及光线第一次入射时与x轴的交点的横坐标确定收光平面与y轴的交点的纵坐标及旋转角度，所述收光平面的旋转角度为棱镜与x轴正方向的夹角；所述收光平面为接收屏或光线下一个要射入的棱镜；根据所述顶角的角度、收光平面的旋转角度、棱镜的材料参数、光线第一次入射的入射角、光线第一次入射时与x轴的交点的横坐标、收光平面与y轴的交点的纵坐标确定光线在收光平面上最终落点的位置。 4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述棱镜色散模型根据所述总透光率以及采用的棱镜的材料参数确定光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时总色散率值最大时的光路形状，包括：当光线射入任一棱镜后到达收光平面时，根据所述棱镜色散模型确定色散率与棱镜的顶角的角度以及光线第一次入射的入射角的角度之间的关系；利用色散率与棱镜顶角的角度以及光线第一次入射的入射角的角度之间的关系确定光线第一次入射时与x轴的交点的横坐标与从光线射出棱镜的位置到接收屏的距离之间的比例值；根据所述比例值确定所述色散率的最大值以及此时的棱镜的顶角的角度和光线第一次入射的入射角的角度；根据色散率的最大值时棱镜的顶角的角度和光线第一次入射的入射角的角度确定光线射入一个棱镜后到达收光平面时色散率值最大时的光路。 5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述棱镜色散模型确定色散率与棱镜的顶角的角度以及光线第一次入射的入射角的角度之间的关系，包括：通过下式确定所述光线在收光平面上最终落点的位置： F＝x2+dr2 其中，F为光线的最终落点位置，x2为光线在收光平面上的横坐标，r2为光线射出棱镜时的折射角，d为从光线射出棱镜的位置到收光平面的距离，α为棱镜顶角的角度，n为棱镜的材料参数，i1为光线第一次入射的入射角，x1为光线第一次入射时与x轴的交点的横坐标，k为中间变量；根据所述收光平面的旋转角度、收光平面与y轴的交点的纵坐标确定光线射出棱镜的位置到收光平面的距离；根据所述光线在收光平面上最终落点的位置确定所述色散率，通过下式确定所述色散率: 其中，为色散率，为k对n的偏导数，为r2对n的偏导数，F为光线的最终落点位置，λ为光的波长，n为棱镜的材料参数，k为中间变量，r2为光线射出棱镜时的折射角，x1为光线第一次入射时与x轴的交点的横坐标，d为从光线射出棱镜的位置到收光平面的距离；其中，通过下式确定所述k对n的偏导数：其中，为k对n的偏导数，k为中间变量，α为棱镜顶角的角度，n为棱镜的材料参数，i1为光线第一次入射的入射角；其中，通过下式确定所述r2对n的偏导数：其中，为r2对n的偏导数，r2为光线射出棱镜时的折射角，α为棱镜顶角的角度，n为棱镜的材料参数，i1为光线第一次入射的入射角；根据所述光线在接受屏上最终落点的位置以及中间变量k、光线射出棱镜时的折射角确定光线第一次入射时与x轴的交点的横坐标与从光线射出棱镜的位置到收光平面的距离之间的比例值。 6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述棱镜色散模型根据所述总透光率以及采用的棱镜的材料参数确定光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时总色散率值最大时的光路，包括：根据光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时，光线射入每一个棱镜后到达收光平面时总色散率值最大时的光路，确定光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时总色散率值最大时的光路形状。 7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棱镜色散模型根据所述总透光率以及采用的棱镜的材料参数确定光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时总色散率值最大时的光路形状，包括：根据所述光路形状确定所需棱镜的尺寸、个数以及摆放位置。 8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述光路形状确定所需棱镜的尺寸、个数以及摆放位置，包括：所述棱镜的尺寸大于射入的光线的尺寸，并且射入棱镜的光线靠近但不位于棱镜的顶角。 9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据光路的总路径长度确定所述光路形状的大小，包括：光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时，光线中波长不同的光被分开的距离为Δθ1(d1+d2+……+dp)+Δθ2(d2+d3+……+dp)+……+Δθpdp；其中，△θp为光线经过第p个棱镜后光线中波长不同的光被分离的角度；dp为光线射出第p个棱镜的介质交界面与光线射出第p个棱镜后到达的收光平面的介质交界面之间的距离；根据光路的总路径长度确定所述光路形状的大小即d1、d2...dp的值，d1、d2...dp的值按递增形式分配。 10.一种用于流式细胞仪荧光色散的光路设计装置，其特征在于，所述装置包括：输入模块，用于确定所需总透光率以及采用的棱镜的材料参数；棱镜色散模型模块，用于建立棱镜色散模型，所述棱镜色散模型根据所述总透光率以及采用的棱镜的材料参数确定光线连续射入至少一个棱镜后到达接收屏时总色散率值最大时的光路形状；确定模块，用于确定光路的总路径长度，根据光路的总路径长度确定所述光路形状的大小。
所属类别：	发明专利