光学模块和包括其的光学测量设备的制作方法

1.本公开涉及一种光学模块和一种包括该光学模块的光学测量设备。


背景技术：

2.在诸如pcr(聚合酶链式反应)仪的光学测量设备中往往需要光源向待检测对象发射激发光，并且接受并检测来自待检测对象的发射光，以对待检测对象中的诸如核酸的成分进行检测。需要集成度更高、体积更小、具有更多光学通道并且更容易扩展的光学系统。


技术实现要素：

3.本公开的至少一实施例提供一种光学模块，包括：光学孔口；第一光学元件；多个光源，该多个光源中的每个发出的光的至少一部分经由第一光学元件的透射和反射中的一者而从光学孔口出射以照射到待检测样品；以及多个光检测传感器，从光学孔口入射的由待检测样品发射的光的至少一部分经由第一光学元件的透射和反射中的另一者而被该多个光检测传感器接收。
4.例如，在一些实施例中，该光学模块还包括：壳体，壳体具有光学孔口。该多个光源、该多个光检测传感器和该第一光学元件容纳在壳体中。
5.例如，在一些实施例中，第一光学元件是分束镜，其对入射到其上的光均既进行透射也进行反射。
6.例如，在一些实施例中，第一光学元件是分束镜，其根据入射到其上的光的偏振特征对所述光进行透射或反射。
7.例如，在一些实施例中，该光学模块还包括：光监测传感器，多个光源发出的光的至少另一部分经由第一光学元件的透射和反射的另一者而入射到光监测传感器上。
8.例如，在一些实施例中，光监测传感器包括光强传感器。
9.例如，在一些实施例中，该多个光检测传感器为三个或更多个。
10.例如，在一些实施例中，该光学模块还包括：多个第二光学元件，该多个第二光学元件在第一方向上以一直线布置。多个光检测传感器包括第一光检测传感器和多个第二光检测传感器。第一光检测传感器布置成使得从第一光学元件出射的光的一部分在第一方向上透射通过多个第二光学元件而达到第一光检测元件。多个第二光源布置成使得从第一光学元件出射的光的多个另一部分分别被多个第二光学元件中的一个从第一方向反射到第二方向而到达相应的第二光检测传感器。
11.例如，在一些实施例中，第二光学元件是分束镜，其相对于第一方向以45度的取向布置，使得第二方向垂直于第一方向。
12.例如，在一些实施例中，该光学模块还包括：第四光学元件，其将从第一光学元件出射的光反射到第一方向并且朝向多个第二光学元件。
13.例如，在一些实施例中，该多个光源为三个或更多个。
14.例如，在一些实施例中，该光学模块还包括：多个第三光学元件，多个第三光学元
件在第一方向上以一直线布置。该多个光源包括第一光源和多个第二光源。第一光源布置成使得第一光源发出的光的至少一部分在第一方向上透射通过多个第三光学元件而达到第一光学元件。多个第二光源布置成使得多个第二光源中的每个发出的光的至少一部分被多个第三光学元件中的一个从第二方向反射到第一方向而到达第一光学元件。
15.例如，在一些实施例中，第三光学元件是分束镜，其相对于第一方向以45度的取向布置，使得第二方向垂直于第一方向。
16.本公开的至少一实施例提供一种光学测量设备，其包括：用于容纳待检测样品的样品容纳室；以及如上所述光学模块。样品容纳室被布置成使得光学模块的从光学孔口出射的光被入射到样品容纳室，并且从样品容纳室发出的光的至少一部分经由光学孔口进入光学模块。
附图说明
17.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1示出了根据本公开一实施例的光学模块的立体图；
19.图2示出了根据本公开一实施例的光学模块的分解立体图；并且
20.图3示出了根据本公开一实施例的光学模块的光学原理图。
21.附图标记列表
22.壳体 110
23.光学孔口 111
24.光源 120
25.第一光源 121
26.第二光源 122
27.准直透镜 123
28.孔径光阑 124
29.第一滤光片 125
30.光检测传感器 130
31.第一光检测传感器 131
32.第二光检测传感器 132
33.第二聚焦透镜 133
34.第二滤光片 135
35.第一光学元件 140
36.光监测传感器 150
37.第三光学元件 160
38.第二光学元件 170
39.第四光学元件 180
40.待检测样品 190
41.第一聚焦透镜 191
具体实施方式
42.下面，参照附图详细描述根据本公开的实施例的光学模块和光测量设备。为使本实用公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。
43.因此，以下对结合附图提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
44.除非上下文另有定义，否则单数形式包括复数形式。在整个说明书中，术语“包括”、“具有”、等在本文中用于指定所述特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。
45.另外，即使包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语可用于描述各种部件，但这些部件并不受这些术语的限制，并且这些术语仅用于区分一个元件与其他元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件。
46.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该公开产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
47.图1示出了根据本公开一实施例的光学模块的立体图，图2示出了根据本公开一实施例的光学模块的分解立体图，图3示出了根据本公开一实施例的光学模块的光学原理图。
48.如图1-图3所示，光学模块包括壳体110、第一光学元件140、多个光源120、多个光检测传感器130、多个第二光学元件170、多个第三光学元件160、第四光学元件180和光监测传感器150。
49.在本实施例中，光学模块在激发光和发射光方面均具有四个通道。多个光源120为四个光源，并且多个光检测传感器130为四个光检测传感器。然而，本公开不限于此，光学模块可以分别在激发光和发射光方面具有其他数量的通道个数，诸如，在激发光方面具有4个通道并且在发射光方面具有两个通道，或者在激光方面和发射光方面均具有6个通道等。根据本公开的光学模块在通道数方面可扩展性强，这将在下面进行详细描述。
50.第一光学元件140、多个光源120、多个光检测传感器130、多个第二光学元件170、多个第三光学元件160、第四光学元件180和光监测传感器150均容纳在壳体110中。因此，光学模块可以作为一个集成的模块而灵活地应用于各种光测量设备中。壳体110包括一个光学孔口111。
51.第一光学元件140是分束镜，其设置在光学孔口111附近。多个光源120中的每个发出的光(例如，激发光)的至少一部分经由该第一光学元件140的透射而从壳体110中的光学
孔口111出射到待检测样品190，从光学孔口111入射的光(例如，发射光)的至少一部分则经由该第一光学元件140的反射而被多个光检测传感器130接收。在其他实施例中，多个光源120中的每个发出的光的至少一部分也可以经由该第一光学元件140的反射而从壳体110中的光学孔口111出射到待检测样品190，从光学孔口111入射的光的至少一部分也可以经由该第一光学元件140的透射而被多个光检测传感器130接收，本公开不限于此。
52.光学模块发出的光经过光学孔口111到达待检测样品190，而待检测样品190发出的光能够经过同一个光学孔口111进入光学模块。因此，不需要在光测量设备中单独设置用于发射光的光发射模块和用于接收光的光检测模块，这两个模块通常是分开地并且以一定角度设置在光测量设备中的。光学模块的集成度得到了提高并且体积被减小。
53.第一光学元件140可以配置成不根据入射到其上的光的波长而选择性地进行透射和反射。在一示例中，第一光学元件140可以配置成对入射到其上的具有不同波长的光均既进行透射也进行反射。这里，“入射到其上的光”是指在光学模块所能应用到的场景中所关注的光，而“既进行透射也进行反射”可以指被透射和被反射的光的比例均大于例如5％、10％或者20％等以使得光的强度可以使用反射的光和透射的光进行激发或检测。例如，第一光学元件140可以为半透半反镜，并且光源120可以为发光二极管(led)，这样的第一光学元件140和光源120具有较低的成本。在一示例中，第一光学元件140可以配置成根据入射到其上的光的偏振特性对该光进行透射或反射。例如，第一光学元件140可以为偏振分光棱镜(pbs)，并且光源120可以为激光器。与配置成对于特定的波段的光选择性地进行透射或反射的第一光学元件140相比，配置成不根据入射到其上的光的波长而选择性地进行透射和反射的第一光学元件140有助于提高光学模块的可扩展性，允许光学模块分别在激发光方面和发射光方面具有更多的通道数量。需要特别设计配置成对于特定的波段的光选择性地进行透射或反射的第一光学元件140以使其与多个光源120的发光波段和多个光检测传感器130的检测波段进行匹配，而配置成不根据入射到其上的光的波长而选择性地进行透射和反射的第一光学元件140则没有这样的要求。此外，配置成不根据入射到其上的光的波长而选择性地进行透射和反射的第一光学元件140不要求激发光和发射光必须不同波长，因此，可以任意选择激发光和发射光的波长。因此，光学模块可以用于检测待检测样品190的荧光激发特性(其中，激发光和发射光具有不同的波长)，也可以用于检测待检测样品190在特定波长和角度下的反光率(其中，激发光和发射光具有相同的波长)等。
54.此外，如上所述，光学模块包括光监测传感器150。多个光源120发出的光的至少另一部分经由第一光学元件140的反射而入射到光监测传感器150上。光监测传感器150可以包括光强度传感器，用于测量光的强度以对光源120发出的光的强度进行监测。由于第一光学元件140被配置成对入射到其上的光均既进行透射也进行反射，所以光监测传感器150可以对多个光源120发出的光分别进行检测，而不需要为每个光源120分别设置光监测传感器150。在其他实施例中，多个光源120中的每个发出的光的至少一部分经由第一光学元件140的反射而从壳体110中的光学孔口111出射到待检测样品190，相应地，多个光源120发出的光的至少另一部分经由第一光学元件140的透射而入射到光监测传感器150上。例如，该光监测传感器150可以布置成相对于从第一光学元件140入射到其上的光成一非90度的角度，以避免光从光监测传感器150被反射回第一光学元件140。
55.第二光学元件170可以为一个，也可以为多个，例如，两个、三个或更多个。第三光
学元件160可以为一个，也可以为多个，例如，两个、三个或更多个。第二光学元件170的数量可以与第三光学元件160的数量相同或者不相同。第二光学元件170和第三光学元件160的数量可以分别根据光源120和光检测传感器130的数量配置。在本实施例中，第二光学元件170的数量是三个，第三光学元件160的数量是三个。
56.三个第二光学元件170在一第一方向上以一直线布置，并且三个第三光学元件160也在该第一方向上以一直线布置。这里，第二光学元件170和第三光学元件160分别是二向色镜。
57.多个光源120包括一个第一光源121，120和三个第二光源122，120，第一光源121，120布置成使得第一光源121，120发出的光的至少一部分在第一方向上透射通过该三个第三光学元件160而达到第一光学元件140，三个第二光源122，120布置成使得每个第二光源122，120发出的光的至少一部分分别被三个第三光学元件160中的一个从第二方向反射到第一方向而到达第一光学元件140。多个第三光学元件160以相对于第一方向45度的取向布置，第二方向垂直于第一方向，然而本公开不限于此。
58.多个光检测传感器130包括一个第一光检测传感器131，130和三个第二光检测传感器132，130。此外，光学模块还包括第四光学元件180，其可以为反射镜。第一光检测传感器131，130布置成使得从第一光学元件140出射的光的一部分在经过第四光学元件180的反射之后在第一方向上透射通过多个第二光学元件170而达到第一光检测元件，三个第二光源122，120布置成使得从第一光学元件140出射的光的多个另一部分在经过第四光学元件180的反射之后分别被三个第二光学元件170中的一个从第一方向反射到第二方向而到达相应的第二光检测传感器132，130。多个第二光学元件170以相对于第一方向45度的取向布置，第二方向垂直于第一方向，然而本公开不限于此。
59.光学模块的包括第一光源121，120、第二光源122，120、第一光检测传感器131，130、第二光检测传感器132，130、第二光学元件170、第三光学元件160的配置允许光学模块的在激发光和发射光方面的通道数量具有更大的可扩展型。
60.光学模块可以大致相对于一对称轴线轴对称地布置，其中多个第二光学元件170和多个第三光学元件160关于该对称轴线对称布置，多个光源120和多个光检测传感器130关于该对称轴线对称布置。多个光源120和多个光检测传感器130可以分别相对于对称轴线设置在第三光学元件160和第二光学元件170的外侧，以便于接线。
61.因此，光学模块中的光学部件可以更加紧凑的布置，从而具有更小的体积。
62.另外，光学模块还包括用于将多个光源120发出的光进行准直的多个准直透镜123、设置在多个光源120与相应的准直透镜123之间多个孔径光阑124、设置在多个准直透镜123与相应的第三光学元件160之间的第一滤光片125、用于对光学孔口111发射出的光进行聚焦的第一聚焦透镜191、用于对即将入射到多个光检测传感器130上的光进行聚焦的多个第二聚焦透镜133、设置在多个第二聚焦透镜133与相应的第二光学元件170之间的第二滤光片135等其他光学部件。这些光学部件可以容纳在壳体110中。
63.此外，本公开的实施例还提供一种光学测量设备，其包括：用于容纳待检测样品的样品容纳室；以及如上所述的光学模块。样品容纳室被布置成使得光学模块的从光学孔口111出射的光被入射到样品容纳室，并且从样品容纳室发出的光的至少一部分经由光学孔口111进入所述光学模块。
64.本公开的范围并非由上述描述的实施方式来限定，而是由所附的权利要求书及其等同范围来限定。