一种高色散镜头组件、设计方法及生物检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高色散镜头组件、设计方法及生物检测系统，其中，所述高色散镜头组件由光线入射方向依次为接收元件、中继元件和聚焦元件。接收元件用于接收激发光束并将激发光根据波长分散为多束色散光；中继元件用于将具有相同波长的每一色散光聚焦，生成中继色散光组；其中，中继元件内包含若干正透镜及负透镜组合而成的镜组，每一正透镜按照阿贝系数由大到小依序排列；聚焦元件用于将每一中继色散光组对应的聚焦光斑聚焦至同一焦平面的不同位置处；其中，聚焦元件内包含至少两个折射率不同的透镜，且根据折射率由小到大依序排列。本发明专利技术提供的一种高色散镜头组件、设计方法及生物检测系统，实现了将不同波长的光聚焦在同一焦平面的不同位置。焦平面的不同位置。焦平面的不同位置。

【技术实现步骤摘要】
一种高色散镜头组件、设计方法及生物检测系统


[0001]本专利技术涉及镜头设计
，特别是涉及一种高色散镜头组件、设计方法及生物检测系统。

技术介绍

[0002]为了呈现清晰的成像效果，在传统镜头的设计过程中一般致力于将所有的波长聚焦到一个点上，即具有“最小混淆圆”的最佳焦点所在的位置。具体的，镜头设计过程中会采用多种透镜搭配以及低色散材料的镜头实现将不同波长的光聚焦在同一个位置。
[0003]而在生物荧光检测、波长分离的光谱检测等应用场景中，反而不利于光波讯号的检测。在一些生物特征检测应用场景下，使用特定波长的光源作为激发光来激发生物荧光试剂产生检测光，通过侦测该检测光的能量达到生物识别的效果。工作人员一般在检测芯片以及镜头间增加窄带滤波以实现激发光和检测光的分离，但当激发光与检测光之间波长过于接近时，现有传统镜头设计难以将激发光与检测光实现有效区分。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种高色散镜头组件、设计方法及生物检测系统，实现将不同波长的光聚焦在同一焦平面的不同位置。
[0005]第一方面，本申请提供了一种高色散镜头组件，包括：所述高色散镜头组件由光线入射方向依次为接收元件、中继元件和聚焦元件；
[0006]所述接收元件用于接收激发光束并将所述激发光根据波长分散为多束色散光；
[0007]所述中继元件用于将具有相同波长的每一所述色散光聚焦，生成中继色散光组；其中，所述中继元件内包含若干正透镜及负透镜组合而成的镜组，每一所述正透镜按照阿贝系数由大到小依序排列；
[0008]所述聚焦元件用于将每一所述中继色散光组对应的聚焦光斑聚焦至同一焦平面的不同位置处；其中，所述聚焦元件内包含至少两个折射率不同的透镜，且各透镜根据折射率由小到大依序排列。
[0009]这样，在接收到激发光束后将激发光束分散为多束色散光，并根据不同色散光的波长进行聚焦，本申请提供的一种高色散镜头组件内包含多个正透镜且各透镜按照阿贝系数由大到小排列，中继元件中色散效果呈现逐级增强趋势，使得中继元件接收到色散光后可以根据不同色散光的波长进行聚焦，生成中继色散组，进一步的，根据阿米西棱镜设计原理进行优化，将两个折射率不同的透镜由小到大进行排列作为聚焦元件，经过不同折射率透镜折射后，各中继色散组对应的聚焦光斑间距离拉开，从而实现将不同波长的光聚焦在同一焦平面的不同位置。
[0010]在一种实现方式中，所述接收元件内包含第一接收透镜和第二发散透镜，具体包括：
[0011]所述第一接收透镜为凸透镜，所述第二发散透镜为平凹透镜；
[0012]所述第一接收透镜用于将接收的所述激发光束转变为平行光；
[0013]所述第二发散透镜用于将所述平行光根据波长分散为所述色散光；其中，所述平凹透镜的凹面朝向所述激发光束一侧。
[0014]在一种实现方式中，所述聚焦元件内至少存在一个所述正透镜的材质为聚碳酸酯材料或改性烷烃类材料高色散材料。
[0015]在一种实现方式中，所述中继元件内至少包含双凸正透镜和弯月正透镜两种类型的透镜。
[0016]第二方面，本申请还提供一种高色散镜头设计方法，包括：接收激发光束并将所述激发光根据波长分散为多束色散光；
[0017]将具有相同波长的每一所述色散光聚焦，生成中继色散光组；
[0018]将每一所述中继色散光组对应的聚焦光斑聚焦至同一焦平面的不同位置处。
[0019]第三方面，本申请还提供一种生物检测系统，包括：
[0020]激光发射器、滤光器、高色散镜头和检测模块；其中所述高色散镜头包含如上所述的高色散镜头组件，具体为：
[0021]所述激光发射器用于对待测物体发射稳定的激发光以使所述待测物体产生检测光；
[0022]所述滤光器用于对进入所述高色散镜头的光信号进行过滤；其中，所述滤光器设置于所述激光发射器与所述高色散镜头之间，所述光信号包含所述激发光和所述检测光；
[0023]所述高色散镜头用于将所述激发光和所述检测光进行分离；
[0024]所述检测模块用于对经过高色散镜头后的所述检测光进行识别，以获取待测物体的生物识别结果。
[0025]这样，应用如上所述的高色散镜头组件的高色散镜头具备良好的高色散能力，可以将不同波长的光聚焦在同一焦平面的不同位置。本申请提供一种应用该高色散镜头的生物检测系统，可适用于生物荧光检测、波长分离等应用场景。
[0026]在一种实现方式中，所述光生物检测系统还包括反射镜，具体为：
[0027]所述反射镜以预设角度设置于所述激光发射器与所述高色散镜头之间，以使所述激光发射器发射的激发光束与所述高色散镜头呈垂直关系。
[0028]本申请提供的一种生物检测系统中还包括有反射镜，以预设角度设置在激光发射器与高色散镜头之间，确保激光发射器发射的激发光束可以被高色散镜头垂直吸收，减少高色散镜头的进光量损耗，有利于提高成像效果。
[0029]在一种实现方式中，所述滤光器的中心与所述高色散镜头的光轴重合；
[0030]所述光信号中包含至少三种不同颜色的可见光，每一所述可见光对应聚焦一个光斑；
[0031]所述光信号经过所述高色散镜头后在焦平面生成若干聚焦光斑；其中，所述聚焦光斑中最大尺寸光斑的半径至少为最小尺寸光斑半径的1.414倍。
[0032]在一种实现方式中，所述高色散镜头内还包含光电转换器和数据转换器，具体为：
[0033]所述光电转换器用于根据接收的光信号生成对应电荷；
[0034]所述数据转换器用于读取所述光电转换器累积的电荷并转化为对应的数字量化值，以实现所述激发光和所述检测光的分离。
[0035]在一种实现方式中，所述检测模块用于对经过高色散镜头后的所述检测光进行识别，以获取待测物体的生物识别结果，具体为：
[0036]所述检测模块根据所述待测物体的类别选取对应的检测方式对所述检测光进行识别，以获取所述待测物体的生物识别结果。
[0037]第四方面，本申请还提供一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的高色散镜头组件设计方法。
[0038]第五方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的高色散镜头组件设计方法。
附图说明
[0039]图1是本专利技术实施例提供的一种高色散镜头组件的模块结构图；
[0040]图2是一种现有镜头中波长与焦距的关系示意图；
[0041]图3(a)是红色光经过现有镜头后的光斑焦点形状示意图；
[0042]图3(b)是绿色光经过现有镜头后的光斑焦点形状示意图；
[0043]图3(c)是蓝色光经过现有镜头后的光斑焦点形状示意图；
[0044]图4是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高色散镜头组件，其特征在于，包括：所述高色散镜头组件由光线入射方向依次为接收元件、中继元件和聚焦元件；所述接收元件用于接收激发光束并将所述激发光根据波长分散为多束色散光；所述中继元件用于将具有相同波长的每一所述色散光聚焦，生成中继色散光组；其中，所述中继元件内包含若干正透镜及负透镜组合而成的镜组，每一所述正透镜按照阿贝系数由大到小依序排列；所述聚焦元件用于将每一所述中继色散光组对应的聚焦光斑聚焦至同一焦平面的不同位置处；其中，所述聚焦元件内包含至少两个折射率不同的透镜，且各透镜根据折射率由小到大依序排列。2.如权利要求1所述的一种高色散镜头组件，其特征在于，所述接收元件内包含第一接收透镜和第二发散透镜，具体包括：所述第一接收透镜为凸透镜，所述第二发散透镜为平凹透镜；所述第一接收透镜用于将接收的所述激发光束转变为平行光；所述第二发散透镜用于将所述平行光根据波长分散为所述色散光；其中，所述平凹透镜的凹面朝向所述激发光束一侧。3.如权利要求1所述的一种高色散镜头组件，其特征在于，所述中继元件内至少存在一个所述正透镜的材质为聚碳酸酯材料或改性烷烃类高色散材料。4.如权利要求1所述的一种高色散镜头组件，其特征在于，所述中继元件内至少包含双凸正透镜和弯月正透镜两种类型的透镜。5.一种高色散镜头设计方法，其特征在于，适用于如权利要求1至4任意一项所述的高色散镜头组件，具体为：接收激发光束并将所述激发光根据波长分散为多束色散光；将具有相同波长的每一所述色散光聚焦，生成中继色散光组；将每一所述中继色散光组对应的聚焦光斑聚焦至同一焦平面的不同位置处。6.一种生物检测系统，其特征在于，包括：激光发射器、滤光器、高色散镜头和检测模块；其中所述高色散镜头包含如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊佑，
申请(专利权)人：广州印芯半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：