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1、(10)申请公布号 CN 103399390 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103399390 A *CN103399390A* (21)申请号 201310173583.3 (22)申请日 2013.05.10 G02B 13/00(2006.01) G01N 21/64(2006.01) (71)申请人 无锡国盛生物工程有限公司 地址 214024 江苏省无锡市扬高路 6 号 (72)发明人 王振宇 马贵兰 戴良 (74)专利代理机构 无锡大扬专利事务所 ( 普通 合伙 ) 32248 代理人 郭丰海 (54) 发明名称 生物芯片扫描仪荧光收集物镜 (57) 摘要 本。
2、发明涉及一种荧光检测光学成像物镜镜 头， 特别是应用在基于 CCD 或 CMOS 成像方法的生 物芯片扫描仪荧光收集物镜， 包括 8 片镜片， 从物 方起到CCD成像面， 荧光信号依次通过 ： J1平凸正 透镜、 J2 双凹负透镜、 J3 凹凸正透镜、 J4 平凸正 透镜、 J5 双凸正透镜、 J6 凹凸负透镜、 J7 平平透 镜、 J8 凸凹正透镜， 各透镜排列在一条光轴上 ； 其 中 J5 双凸正透镜、 J6 凹凸负透镜组成双胶合透 镜， 在 J4 平凸正透镜的靠近物方的表面上设置孔 径光阑， J7 平平透镜为发射荧光滤光片。本发明 提供的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 结构简单， 成本低，。
3、 视场大， 可快速提高扫描速度， 显著提高 荧光收集效率和检测灵敏度， 可以适用于所有可 见光波段。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103399390 A CN 103399390 A *CN103399390A* 1/1 页 2 1. 生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 包括 8 片镜片， 其特征在于 ： 从物方起到 CCD 成像 面， 荧光信号依次通过 ： J1 平凸正透镜 （1） 、 J2 双凹负透镜 （2） 、 J3 凹凸正透。
4、镜 （3） 、 J4 平凸 正透镜 （4） 、 J5 双凸正透镜 （5） 、 J6 凹凸负透镜 （6） 、 J7 平平透镜 （7） 、 J8 凸凹正透镜 （8） ， 各 透镜排列在一条光轴上 ； 其中 J5 双凸正透镜 （5） 、 J6 凹凸负透镜 （6） 组成双胶合透镜， 在 J4 平凸正透镜 （4） 的靠近物方的表面上设置孔径光阑， J7 平平透镜 （7） 为发射荧光滤光片。 2. 根据权利要求 1 所述的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 其特征在于 ： 所述的 J1 平凸 正透镜 （1） 、 J2 双凹负透镜 （2） 、 J6 凹凸负透镜 （6） 、 J8 凸凹正透镜 （8） 均采用 H-Z。
5、F52 型光 学玻璃， J3 凹凸正透镜 （3） 、 J4 平凸正透镜 （4） 均采用 H-ZBAF3 型光学玻璃 ； J5 双凸正透镜 （5） 采用 H-ZK6 型光学玻璃， J7 平平透镜 （7） 采用 H-K9 型光学玻璃。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 其特征在于 ： 所述的镜 头各个镜面的基本设计数参数依次如下所示，（单位 ： 毫米） 尺寸范围误差 0.2mm ： 镜头表面序号 曲率半径 顶点距离 D 光折射率 色散系数 1 Infinity 2.84 1.84663 23.784819 2 -11.22 2.3 3 -6.127 8.8 1.8。
6、4663 23.784819 4 83.37 1.97 5 -84 7 1.656913 51.12808 6 -17.498 0.6 7 Infinity 6.79 1.656913 51.12808 8 -21.28 8.6 9 42.09 10 1.612718 58.579159 10 -22.59 2.7 1.84663 23.784819 11 -101.16 17 12 Infinity 2 1.516371 64.133559 13 Infinity 8.5 14 38.25 2.45 1.84663 23.784819 15 67.925 19。 4. 根据权利要求 1 或 。
7、2 所述的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 其特征在于 ： 镜片均是 标准球面型透镜。 5. 根据权利要求 1 或 2 所述的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 其特征在于 ： 镜头的数 值孔径 0.4， 工作距离长 5-7mm。 6. 根据权利要求 1 或 2 所述的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 其特征在于 ： 镜头的后 焦距离 19mm。 7. 根据权利要求 1 或 2 所述的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 其特征在于 ： 整个镜头 的总长度不超过 80mm。 权 利 要 求 书 CN 103399390 A 2 1/3 页 3 生物芯片扫描仪荧光收集物镜 技术领域 0001 本发明涉及一种荧光检测光。
8、学成像物镜镜头， 特别是应用在基于CCD或CMOS成像 方法的生物芯片扫描仪荧光收集物镜。 背景技术 0002 目前大部分的生物芯片扫描仪采用荧光染料标记， 利用强激发光照射生物芯片激 发荧光信号， 并利用探测器探测荧光强度， 以获取生物芯片信息， 然后经过分析软件处理获 得有价值的生物信息。 0003 对于使用 CCD 成像原理检测的荧光扫描系统， 其荧光收集物镜性能的优劣对检测 设备的品质起到了关键作用， 其成像镜头的几个重要的指标 ： (1) 镜头的数值孔径， 使用大 数值孔径的物镜可以显著提高荧光检测效率， 增强微光信号 ； (2) 工作距离 ； (3) 光学系统 的视场， 视场尽量大。
9、一些 ； (4) 像质优越， 光学系统必须保证在有效视场里的成像质量 ； (5) 光学系统的使用波段范围 ； (6) 系统的后截距。 0004 2006 年 10 月 25 日公开的中国专利公开 CN1851520A， 名称为 “用于快速生物芯片 检测的成像镜头” ， 公开了一种生物芯片快速检测装置的荧光收集成像镜头， 虽然满足了生 物芯片检测方面的快速、 高效、 灵敏度高、 长工作距离、 大视场等优点。但是此镜头也存在 以下缺点 ： (1) 此镜头的长度太长 ； (2) 各个视场的成像不是很均匀 ； (3) 镜头的后截距小 ； (4) 荧光试剂的选择范围小。 0005 又如 2005 年 8。
10、 月 24 日公开的中国专利公开 CN1657913A， 名称为 “微阵列芯片检 测系统” ， 公开的微阵列芯片检测系统采用 CCD 成像的方法， 该系统使用 12 片透镜， 结构复 杂。 发明内容 ： 0006 针对上述技术问题， 本发明将提供一种结构简单、 灵敏度高的荧光收集物镜， 具体 的技术方案为 ： 0007 生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 包括 8 片镜片， 从物方起到 CCD 成像面， 荧光信号 依次通过 ： J1 平凸正透镜、 J2 双凹负透镜、 J3 凹凸正透镜、 J4 平凸正透镜、 J5 双凸正透镜、 J6 凹凸负透镜、 J7 平平透镜、 J8 凸凹正透镜， 各透镜排列在一条。
11、光轴上 ； 其中 J5 双凸正透 镜、 J6 凹凸负透镜组成双胶合透镜， 在 J4 平凸正透镜的靠近物方的表面上设置孔径光阑， J7 平平透镜为发射荧光滤光片。 0008 J1 平凸正透镜、 J2 双凹负透镜、 J6 凹凸负透镜、 J8 凸凹正透镜均采用 H-ZF52 型 光学玻璃， J3 凹凸正透镜、 J4 平凸正透镜均采用 H-ZBAF3 型光学玻璃 ； J5 双凸正透镜采用 H-ZK6 型光学玻璃， J7 平平透镜采用 H-K9 型光学玻璃。 0009 镜片均是标准球面型透镜， 分别加工。 0010 镜头的数值孔径 0.4， 工作距离长 5-7mm。 0011 镜头的后焦距离 19mm，。
12、 以便与光学成像传感器 CCD 或 CMOS 连接。 说 明 书 CN 103399390 A 3 2/3 页 4 0012 整个镜头的总长度不超过 80mm。 0013 本发明提供的生物芯片扫描仪荧光收集物镜， 结构简单， 成本低， 视场大， 可快速 提高扫描速度， 镜头数值孔径大， 可显著提高荧光收集效率， 提高仪器的检测灵敏度 ； 配合 成像 CCD/CMOS， 可以得到清晰、 分辨率高的荧光图片 ； 工作距离长， 方便物方与镜头之间的 调节， 确保优良的成像质量 ； 镜头可以适用于所有可见光波段， 极大地方便了使用者对荧光 标记染料的自由选择。 附图说明 ： 0014 图 1 ： 本发。
13、明的镜头结构示意图 ； 0015 图 2 ： 本发明镜头的空间频率曲线图 ； 0016 图 3 ： 本发明镜头宽视场范围在像平面上的弥散斑示意图 ； 0017 图 4 ： 本发明的场曲和畸变曲线图 ； 0018 图 5 ： 本发明镜头的光程差曲线图 ； 0019 图 6 ： 本发明镜头的不同视场成像的 FFT 衍射能量分布图。 具体实施方式 ： 0020 现结合说明书附图， 对荧光检测物镜作进一步的详细说明。 0021 如图 1 所示， 本发明的荧光收集镜头沿光轴从物方到像方依次包括有 ： 生物芯片 扫描仪荧光收集物镜， 包括 8 片镜片， 从物方起到 CCD 成像面， 荧光信号依次通过 ： 。
14、J1 平凸 正透镜 1、 J2 双凹负透镜 2、 J3 凹凸正透镜 3、 J4 平凸正透镜 4、 J5 双凸正透镜 5、 J6 凹凸负 透镜 6、 J7 平平透镜 7、 J8 凸凹正透镜 8， 各透镜排列在一条光轴上， 其中 J5 双凸正透镜 5、 J6 凹凸负透镜 6 组成双胶合透镜， 在 J4 平凸正透镜 4 的靠近物方的表面上设置孔径光阑 ； J7 平平透镜 7 为发射荧光滤光片。 0022 J1 平凸正透镜 1、 J2 双凹负透镜 2、 J6 凹凸负透镜 6、 J8 凸凹正透镜 8 均采用 H-ZF52 型光学玻璃， J3 凹凸正透镜 3、 J4 平凸正透镜 4 均采用 H-ZBAF3。
15、 型光学玻璃 ； J5 双 凸正透镜 5 采用 H-ZK6 型光学玻璃， J7 平平透镜 7 采用 H-K9 型光学玻璃。 0023 镜头的镜面基本设计数参数依次如下表所示， ( 单位 ： 毫米 ) 尺寸范围误差 0.2mm ： 说 明 书 CN 103399390 A 4 3/3 页 5 0024 0025 生物芯片上的荧光染料在入射光的激发下产生荧光信号， 部分荧光进入成像镜 头， 然后依次通过上述的一系列透镜到达最后的检测像面， 检测端放置 CCD 相机。因为是收 集发射荧光这样的微弱信号， 所以优先使用带有制冷功能的 CCD 相机， 这样可以降低信号 的背景噪声， 提高信噪比。 002。
16、6 平平透镜 7 为发射荧光滤光片， 根据使用不同的荧光染料， 可以切换至不同的荧 光干涉滤光片。该镜头可针对所有可见光波段进行像差的矫正， 便于挑选不同荧光染料。 0027 图 2 为本发明的空间频率曲线图， 图中横坐标为空间频率， 纵坐标为光学传递函 数。光学传递函数方法是评价光学系统成像质量的主要方法。在频率 80lp/mm 时， 整个视 场的光学传递函数仍然在 0.25 以上， 满足了成像要求。 0028 图 3 为全视场范围像平面上的弥散斑图， 荧光收集物镜在整个视场、 可见光全波 段范围内平衡各种像差。 0029 图 4 为本发明场曲和畸变曲线图， 图中左半部分为场曲曲线图， 右半。
17、部分为畸变 曲线图。 0030 图 5 为本发明的光程差曲线图， 可以看出， 各个视场的像差平衡比较均一。 0031 图6为本发明的衍射能量的传输效率， 从图中可以看出在光斑半径7um以内， 衍射 能量的传输效率大于 50。 0032 从以上这些曲线图中可以看出该成像镜头表现优良的光学性能。 说 明 书 CN 103399390 A 5 1/5 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103399390 A 6 2/5 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103399390 A 7 3/5 页 8 图 4 说 明 书 附 图 CN 103399390 A 8 4/5 页 9 图 5 说 明 书 附 图 CN 103399390 A 9 5/5 页 10 图 6 说 明 书 附 图 CN 103399390 A 10 。