專利名稱：光學(xué)讀取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種光學(xué)讀取系統(tǒng)，且特別是有關(guān)于一種可在同 一平臺(tái) 進(jìn)行反射式以及穿透吸收式光學(xué)測(cè)量的光學(xué)讀取系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光激發(fā)熒光(Photoluminescence， PL)光譜對(duì)于檢測(cè)發(fā)光半導(dǎo)體材料的 光特性是一個(gè)有力又無破壞的技術(shù)，而且借由分析光激發(fā)萸光數(shù)據(jù)，可以由 光鐠中的特征可以得知摻雜雜質(zhì)種類、能隙大小、雜質(zhì)活化能等等。從發(fā)光 謙峰能量可以估算出化合物中的組成成分。為了觀測(cè)生物組織中不會(huì)自發(fā)熒光的部分，外加熒光染劑是必要的。熒 光蛋白質(zhì)技術(shù)是最近在外加熒光上重要的發(fā)明。熒光蛋白質(zhì)對(duì)生物無毒性， 可4皮編譯在目標(biāo)細(xì)胞的脫氧核醣核酸(deoxyribose nucleic acid， DNA)中由 細(xì)胞表現(xiàn)出來，若與其它蛋白質(zhì)編譯在一起，即可用熒光強(qiáng)弱來追蹤特定蛋 白質(zhì)在細(xì)胞中的表現(xiàn)強(qiáng)度與出現(xiàn)位置。在測(cè)量熒光反應(yīng)的儀器中，通常光源 與光檢測(cè)器配置于待測(cè)物的同一側(cè)。借由光源激發(fā)待測(cè)物的熒光物質(zhì)，使得 光檢測(cè)器可以測(cè)量待測(cè)物的焚光反應(yīng)。前述將光源及光檢測(cè)器配置于待測(cè)物 同一側(cè)的光學(xué)測(cè)量方式稱為反射式測(cè)量。光吸收分析亦廣泛用于各種材料的檢測(cè)上，其利用某些物質(zhì)具有特定吸 收光語的特性，用一特定波長(zhǎng)范圍的光照射待測(cè)物，并檢測(cè)透射過待測(cè)物的 光鐠，比較入射光及透射光光鐠可得知待測(cè)物的吸收光鐠。在測(cè)量光吸收的 儀器中，光源與光檢測(cè)器通常配置于待測(cè)物的兩側(cè)。借由光源照射待測(cè)物， 使得光檢測(cè)器可以測(cè)得透射過待測(cè)物的光譜。前述將光源及光檢測(cè)器配置于 待測(cè)物不同側(cè)的光學(xué)測(cè)量方式稱為穿透吸收式測(cè)量。目前由于納米材料及生化檢體的應(yīng)用需求，此種樣品的量小及種類繁 多，又屬于新穎材料的范疇。而對(duì)于目前生物檢體的應(yīng)用上，除了蛋白質(zhì)、 脫氧核醣核酸，還有一些生化酵素的生化檢體，如果能提供一具有高靈敏度 及高動(dòng)態(tài)范圍的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合光激熒光及光吸收分析，可以同步獲得
一些結(jié)果為材料結(jié)構(gòu)、成分與質(zhì)量的判斷依據(jù)，也成為納米及生物材料發(fā)展 的一關(guān)鍵測(cè)量技術(shù)。美國(guó)專利第US6074616號(hào)、第US6830731B1號(hào)及第US6194222B1號(hào) 中所提的具有高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍的熒光光學(xué)檢測(cè)方法，為在測(cè)試物的熒 光標(biāo)記物質(zhì)上針對(duì)不同含量的生物標(biāo)記蛋白質(zhì)作不同含量的熒光標(biāo)記，而在 美國(guó)專利第US6628382B2號(hào)及第US6809826B2號(hào)所提的光學(xué)檢測(cè)方式中的 焚光放射與光吸收檢測(cè)方法，也是采取使用不同平臺(tái)的檢測(cè)方式。一般欲對(duì)待測(cè)物進(jìn)行反射式測(cè)量與穿透吸收式測(cè)量時(shí)需使用不同平臺(tái)。 亦即，單一平臺(tái)僅能進(jìn)行其中一種光學(xué)測(cè)量。在世界專利第W09214137號(hào) 中提出了可測(cè)量熒光》文射及光吸收的裝置，但只能應(yīng)用于液態(tài)測(cè)試物而限制 了其用途，無法使用在多樣化的生物材料上，如生物芯片。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的就是提供一種光學(xué)讀取系統(tǒng)，可在單一平臺(tái)上 對(duì)材料進(jìn)行反射式及穿透式兩種光學(xué)測(cè)量?；谏鲜黾捌渌康?，本發(fā)明提出一種光學(xué)讀取系統(tǒng)，包括以承載測(cè)試 物的載臺(tái)、第一光源模塊、第二光源模塊，以及光學(xué)讀取^莫塊。其中第一光 源模塊配置于載臺(tái)的第一側(cè)，且測(cè)試物位于第一光源模塊的光路中。第二光 源模塊配置于載臺(tái)的第二側(cè)，且測(cè)試物位于第二光源模塊的光路中。光學(xué)讀 取模塊配置于載臺(tái)的第一側(cè)或第二側(cè)，且測(cè)試物位于光學(xué)讀取模塊的探測(cè)范 圍內(nèi)。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，在上述光學(xué)讀取系統(tǒng)中，還包括一載 臺(tái)位置伺服單元，連接到載臺(tái)。其中借由載臺(tái)位置伺服單元調(diào)整載臺(tái)的位置， 使測(cè)試物位于光學(xué)讀取模塊的探測(cè)范圍內(nèi)。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，在上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)中的載臺(tái)包括 一測(cè)試物固定機(jī)構(gòu)，用以使測(cè)試物固定于載臺(tái)。測(cè)試物固定機(jī)構(gòu)包括一承載 舟，其中承載舟具有一凹槽，用以承載測(cè)試物，亦可有不同深淺寬窄的多個(gè) 凹槽，用以承栽不同尺寸的測(cè)試物，凹槽底部配置有至少一鏤空槽。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)中的第一光源模 塊還包括一第一光學(xué)調(diào)制單元，以調(diào)制第一光源模塊的光源。第一光學(xué)調(diào)制 單元包括一調(diào)制片，用以間歇地屏蔽第一光源模塊的光路中，以使光學(xué)讀取
系統(tǒng)進(jìn)行高靈敏度鎖相光學(xué)測(cè)量。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所迷，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)還包括一第一光 源模塊位置伺服單元，用以調(diào)整第一光源模塊至載臺(tái)之間的距離。其中借由 第 一光源模塊位置伺服手段調(diào)整載臺(tái)與第 一光源模塊之間的距離，使測(cè)試物 位于第一光源模塊的光路中。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)中的第二光源模 塊可提供單一波長(zhǎng)的光源或提供不同波長(zhǎng)的多個(gè)光源。第二光源模塊還包括 一第二光學(xué)調(diào)制單元，以調(diào)制第二光源模塊的光源。第二光學(xué)調(diào)制單元包括 一調(diào)制片，用以間歇地屏蔽第二光源模塊的光路中，以使光學(xué)讀取系統(tǒng)進(jìn)行 高靈敏度鎖相光學(xué)測(cè)量。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，還包括一第二 光源模塊位置伺服單元，用以調(diào)整第二光源模塊至載臺(tái)之間的距離。其中借 由第二光源模塊位置伺服單元調(diào)整載臺(tái)與第二光源模塊之間的距離，使測(cè)試 物位于第二光源模塊的光路中。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)中的光學(xué)讀取模 塊包括一承載套筒，承載套統(tǒng)中有一透鏡及一墊圈，墊圏用以調(diào)整透鏡于承 載套筒中的位置。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)還包括一光學(xué)讀 取位置伺服單元，用以調(diào)整光學(xué)讀取4莫塊至載臺(tái)之間的距離。其中借由光學(xué) 讀取位置伺服單元調(diào)整載臺(tái)與光學(xué)讀^4莫塊之間的距離，使測(cè)試物位于光學(xué) 讀取模塊的探測(cè)范圍內(nèi)。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)中的光學(xué)讀取模 塊配置于栽臺(tái)的第一側(cè)，借由第一光源^t塊投射光源至測(cè)試物，光學(xué)讀卑^莫 塊可對(duì)測(cè)試物進(jìn)行反射式光學(xué)測(cè)量。借由第二光源模塊投射光源至測(cè)試物， 光學(xué)讀取jf莫塊可對(duì)測(cè)試物進(jìn)行穿透式光學(xué)測(cè)量。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)還包括一檢測(cè)電 路，其電性連接到光學(xué)讀取模塊，用以檢測(cè)光學(xué)讀取模塊的讀取結(jié)果。檢測(cè) 電路包括一對(duì)數(shù)放大器，用以將光學(xué)讀取模塊的讀取結(jié)杲進(jìn)行對(duì)數(shù)放大，以 使光學(xué)讀取系統(tǒng)進(jìn)行高靈敏度與高動(dòng)態(tài)范圍的光學(xué)檢測(cè)。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的測(cè)試物包括一載片，其中于載 片中劃分成多個(gè)區(qū)，每一區(qū)用以涂布測(cè)試物質(zhì)。 依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀卑4莫塊測(cè)量到上述每一 區(qū)的光量度如果在一定的比例下，則光學(xué)讀取系統(tǒng)可判讀選擇變異系數(shù)(coe伍cient of variation ， CV)較小的兩區(qū)的平均值作為測(cè)量值。依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所述，上述的光學(xué)讀取系統(tǒng)沿載片的縱長(zhǎng)方 向排列上述各區(qū)。基于上述，此光學(xué)讀取系統(tǒng)具有二個(gè)光源模塊，因此可在同一平臺(tái)上使 用反射式及穿透式測(cè)量方法，使用者無需將測(cè)試物在不同平臺(tái)間轉(zhuǎn)移即可進(jìn) 行多種測(cè)量，不^f又節(jié)省時(shí)間，也可避免材料的浪費(fèi)。此外，光學(xué)讀取模塊可以墊圈調(diào)整透鏡的位置，此彈性設(shè)計(jì)使上述光學(xué) 讀取模塊可依需要以市面上可購(gòu)得的光學(xué)零件成品組裝，而無需另行訂做， 可節(jié)省組裝成本。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一 實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1A為本發(fā)明一實(shí)施例中的光學(xué)讀取系統(tǒng)立體圖。圖1B為本發(fā)明另一實(shí)施例中的光學(xué)讀取系統(tǒng)透視圖。圖1C為本發(fā)明一實(shí)施例中的光學(xué)讀取系統(tǒng)局部剖面圖。圖1D為光纖耦合器示意圖。圖2A為換流編碼器電路圖。圖2B為換流器產(chǎn)生的脈沖與編碼脈沖圖。圖3為圖1中的承載舟。圖4A為圖1中的光學(xué)讀和莫塊透視圖。圖4B為圖1中的光學(xué)讀和漠塊分解透視圖。圖5為光學(xué)鎖相放大測(cè)量結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中的測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖。圖7A為圖6中的待測(cè)物質(zhì)涂布圖。圖7B為圖7A中的測(cè)量信號(hào)示意圖。圖8A為圖6中的又一待測(cè)物質(zhì)涂布圖。圖8B為圖8A中的測(cè)量信號(hào)示意圖。圖8C為圖8A中的另一測(cè)量信號(hào)示意圖。
圖9A為圖6中的另一4寺測(cè)物質(zhì)涂布圖。 圖9B為圖9A中的測(cè)量信號(hào)示意圖。 圖9C為圖9A中的另一測(cè)量信號(hào)示意圖。 主要組件符號(hào)說明 a、 b、 c、 d: 位置100:光學(xué)讀取系統(tǒng)110:載臺(tái)111:測(cè)試物llla:光纖lllb:測(cè)試物溶液112:承載舟114:凹槽116:鏤空槽118:載片118a:待測(cè)物質(zhì)120:第一光源才莫塊120a:光纖122:第一光學(xué)調(diào)制單元130:第二光源模塊132:第二光學(xué)調(diào)制單元140:光學(xué)讀取模塊140a:光纖142:承載套筒144:透鏡146:額148:濾光鏡150:載臺(tái)位置伺服單元152:線性傳動(dòng)電機(jī)154:線性傳動(dòng)才幾構(gòu)156a:電才幾馬區(qū)動(dòng)電路156b:電流感測(cè)電阻
156c:差動(dòng)》文大器 156d:脈沖整形器 160:光源 170:反應(yīng)光具體實(shí)施方式
圖1A為本發(fā)明一實(shí)施例中的光學(xué)讀取系統(tǒng)立體圖，圖1B中所示出為 本發(fā)明另一實(shí)施例的光學(xué)讀取系統(tǒng)透視圖，兩實(shí)施例大致相同，故以同一組 件編號(hào)標(biāo)示說明。以下請(qǐng)參照?qǐng)D1A及圖1B。光學(xué)讀取系統(tǒng)100包括一用以 承載測(cè)試物的載臺(tái)110、 一第一光源模塊120、 一第二光源模塊130、 一光學(xué) 讀取模塊140。其中第一光源模塊120與光學(xué)讀取模塊140位于載臺(tái)110的第一側(cè)，第 二光源模塊130位于栽臺(tái)110的第二側(cè)。雖在本發(fā)明的一實(shí)施例中，載臺(tái)110 的第 一側(cè)及第二側(cè)分別為其上側(cè)及下側(cè)，但只要兩光源模塊位在相對(duì)于栽臺(tái) IIO的兩側(cè)，可在一平臺(tái)上進(jìn)行吸收式及穿透式光學(xué)測(cè)量者，均符合本發(fā)明 的精神。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，測(cè)試物(圖未示)配置于載臺(tái)110的第一 側(cè)，但業(yè)內(nèi)人士亦可將其配置于載臺(tái)IIO的第二側(cè)，且測(cè)試物(圖未示)可 包括光纖式芯片及平板式生物芯片。圖1C為本發(fā)明一實(shí)施例中的光學(xué)讀取系統(tǒng)局部剖面圖，請(qǐng)參照?qǐng)D1C。 光纖式芯片將測(cè)試物置于光纖上。第一光源模塊120發(fā)出的光源經(jīng)由光纖 120a射入測(cè)試物溶液lllb，第二光源模塊130發(fā)出的光源則經(jīng)由光纖llla 射入測(cè)試物溶液lllb。經(jīng)由光纖140a,光學(xué)讀取才莫塊140可讀取由測(cè)試物 溶液lllb發(fā)出或透出的光源。圖1D為本發(fā)明一實(shí)施例中的光纖耦合器示意圖，以下請(qǐng)參照?qǐng)D1D。 測(cè)試物亦可使用光纖耦合器，測(cè)試物溶液(未示出)可置于位置a或位置b。 若光源160照射至位于位置a或位置b的測(cè)試物溶液(未示出)處，可以分 別在位置c及位置d處量到反應(yīng)光170耦合出來的信號(hào)，其中耦合量可依照 所需的靈敏度來選擇。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一光源模塊120及第二光源模塊130提 供單一波長(zhǎng)的光源，然業(yè)內(nèi)人士當(dāng)可將其改為提供不同波長(zhǎng)的多個(gè)光源。第 一光源模塊120與第二光源模塊130提供的波長(zhǎng)可相同亦可不同。
第一光源才莫塊120尚包括一第一光學(xué)調(diào)制單元122，以調(diào)制第一光源才莫 塊120的光源。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一光學(xué)調(diào)制單元122使用一調(diào)制 片，用以間歇地屏蔽第一光源模塊120的光路，以使光學(xué)讀取系統(tǒng)IOO進(jìn)行 高靈敏度鎖相光學(xué)測(cè)量。業(yè)內(nèi)人士亦可使用其它方式進(jìn)行調(diào)制。第二光源模塊130尚包括一笫二光學(xué)調(diào)制單元132，以調(diào)制第二光源模 塊130的光源。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第二光學(xué)調(diào)制單元132使用一調(diào)制 片，用以間歇地屏蔽第二光源模塊130的光路，以使光學(xué)讀取系統(tǒng)IOO進(jìn)行 高靈敏度鎖相光學(xué)測(cè)量。業(yè)內(nèi)人士亦可使用其它方式進(jìn)行調(diào)制。利用光學(xué)鎖相放大結(jié)構(gòu)中的調(diào)制或檢波方法可以大大地改善測(cè)量信號(hào) 的靈敏度。圖5為光學(xué)鎖相放大測(cè)量結(jié)構(gòu)圖，以下請(qǐng)參照?qǐng)D5。第一光源模 塊120所射出的光源經(jīng)過第一光學(xué)調(diào)制單元122的調(diào)制片后的調(diào)制光束，將 照射到測(cè)試物111上。光學(xué)讀取才莫塊140感測(cè)光信號(hào)后并且輸出感測(cè)信號(hào)。 此感測(cè)信號(hào)經(jīng)模擬前置放大電路后再經(jīng)過檢波電路檢波并經(jīng)由模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，此數(shù)字信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡(data acquisition) 進(jìn)入計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行處理。其中模擬前置放大電路可采用對(duì)數(shù)放大 電路模塊，以提供高靈敏度及高動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量。此光學(xué)讀取系統(tǒng)100尚包括一載臺(tái)位置伺服單元150。栽臺(tái)位置伺服單 元150包括線性傳動(dòng)電機(jī)152及線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)154。載臺(tái)110固定在線性傳 動(dòng)才幾構(gòu)154上并與線性傳動(dòng)電才幾152相連結(jié)。載臺(tái)110于線性傳動(dòng)才幾構(gòu)154 上為可拆組式，方便置入或更換測(cè)試物。載臺(tái)位置伺服單元150可調(diào)整測(cè)試 物的位置，使其準(zhǔn)確位于光學(xué)讀^^莫塊140的探測(cè)范圍內(nèi)。上述載臺(tái)位置伺服單元150可以用任何技術(shù)實(shí)施。以下將以直流電機(jī)作 為線性傳動(dòng)電機(jī)152的實(shí)施例。直流電機(jī)常用的位置編碼器，如光編碼器 (photo encoder)和霍爾編碼器(Hall encoder),需要在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸附近力口 工處理，以使位置編碼器能夠順利操作。在此我們將使用一種不需要在電機(jī) 附近額外加工，而同樣可以達(dá)到位置追蹤的方法，也就是換流編碼器 (commutating encoder )。直流電機(jī)的工作原理就是在換流器(commutator)外部?jī)啥说膶?dǎo)電片通 以直流電。于是造成兩個(gè)磁場(chǎng)的排吸作用力(或轉(zhuǎn)矩)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)的動(dòng)作，而 這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)就使換流器產(chǎn)生電性的換流(commutating)，于是形成某一個(gè)固定 轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)矩而不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，就是外端導(dǎo)電片與幾組繞線之
間的虛短路與繞線導(dǎo)通的交替切換操作，以變壓器的一次側(cè)來看，就好像二 次側(cè)的負(fù)載在兩個(gè)狀態(tài)間切換。圖2A為換流編碼器電路圖，以下請(qǐng)參照?qǐng)D2A。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路156a 與線性傳動(dòng)電機(jī)152的通電回路中串連一個(gè)電流感測(cè)電阻156b以測(cè)量換流 器產(chǎn)生的脈沖，換流器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)差動(dòng)放大器156c及脈沖整形器156d處 理，由編碼輸出端156e輸出編碼脈沖。換流器旋轉(zhuǎn)一圈會(huì)產(chǎn)生的脈沖數(shù)為 繞線組數(shù)的兩倍，由脈沖數(shù)可推算出換流器旋轉(zhuǎn)的圏數(shù)，進(jìn)而得到載臺(tái)位置。 圖2B為換流器產(chǎn)生的脈沖與編碼脈沖圖，請(qǐng)參照?qǐng)D2B。圖2B上方為換流 器產(chǎn)生的脈沖，經(jīng)由差動(dòng)放大器156c及脈沖整形器156d處理后得到圖2B 下方的編碼脈沖。圖3為圖1B中的測(cè)試物固定機(jī)構(gòu)的實(shí)施例，以下請(qǐng)參照?qǐng)D1B及圖3。 載臺(tái)110包括一測(cè)試物固定機(jī)構(gòu)，在本發(fā)明的一實(shí)施例中的實(shí)施方式為一承 載舟112,業(yè)內(nèi)人士亦可使用其它方式固定。承載舟112上具有一個(gè)或多個(gè) 不同深淺寬窄的凹槽114，可放置各種尺寸的測(cè)試物。凹槽114底部有數(shù)個(gè) 鏤空槽116,鏤空槽116可使第二光源模塊130射出的光源穿過栽臺(tái)IIO投 射至測(cè)試物(圖未示)，以進(jìn)行穿透式光學(xué)測(cè)量。圖4A為圖1B中的光學(xué)讀取漠塊140透視圖，圖4B為圖1中的光學(xué)讀 取模塊140分解透視圖，圖中所示出僅為示意，并非其實(shí)際尺寸，以下請(qǐng)參 照?qǐng)D4A及圖4B。光學(xué)讀^jf莫塊140包括一承載套筒142，承載套筒中有至 少一透鏡144及至少一墊圏146，且在透鏡間有一濾光鏡148。墊圈146用 以調(diào)整透鏡144和濾光鏡148在承載套筒142中的位置。由于市面上購(gòu)買的 透鏡即使焦距相同，大小厚度亦不盡相同，此時(shí)可用墊圏146調(diào)整透鏡的位 置，在進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，亦可因需求更換不同焦距的透鏡，并以墊圈146調(diào) 整其位置。如此可直接購(gòu)買市面上的透鏡而不需另行訂做。在本發(fā)明的一實(shí) 施例中的光學(xué)讀取模塊140使用二透鏡、 一濾光鏡及二墊圈，但業(yè)內(nèi)人士亦 可將其改為其它實(shí)施方式，如共軛焦點(diǎn)顯微鏡檢測(cè)系統(tǒng)。在共軛焦點(diǎn)顯微鏡檢測(cè)系統(tǒng)中的顯微鏡的物鏡焦點(diǎn)與成像透鏡(即集光 鏡)焦點(diǎn)位置相互對(duì)稱，也就是照明點(diǎn)與探測(cè)點(diǎn)在光學(xué)成像上共軛，兩鏡的 焦點(diǎn)同時(shí)落在觀察樣品的表面。共焦顯微鏡的檢測(cè)器前擁有獨(dú)特的針孔以進(jìn) 行空間濾波，這使得它具備了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡所沒有的光學(xué)切片能力。其所 利用的原理是當(dāng)光束聚焦樣品之處并不是焦平面時(shí)，自樣品反射后的光束， 大部分將無法通過光檢測(cè)器前的針孔而無法成像。反之，則能產(chǎn)生極強(qiáng)的光 信號(hào)。其成像的原理，亦可借由傅立葉光學(xué)做精準(zhǔn)的敘述。共焦顯微鏡由于 有了針孔以行空間濾波，因此其橫向鑒別率比傳統(tǒng)顯微鏡稍加優(yōu)越，其為在 縱向分辨率上，共焦顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)則顯露無遺。 一般共焦掃描顯微鏡形成的 光斑比傳統(tǒng)顯微鏡要小。因此，共焦掃描顯微鏡比傳統(tǒng)顯微鏡具較高的平面 分辨率，和較優(yōu)越的斷層能力。在實(shí)際運(yùn)用上，共焦的成像常受限于樣品的 吸收與散射，致使穿透深度與信噪比深受影響。光學(xué)讀取系統(tǒng)100尚包括一光學(xué)讀取位置伺服單元(圖未示)、 一第一光源模塊位置伺服單元(圖未示)、 一第二光源模塊位置伺服單元(圖未示)，以及^r測(cè)電路(圖未示)。以下請(qǐng)參照?qǐng)D1B。光學(xué)讀取位置伺服單元(圖未示)，用以調(diào)整光學(xué)讀 取模塊140至載臺(tái)110之間的距離。其中借由光學(xué)讀取位置伺服單元調(diào)整載 臺(tái)110與光學(xué)讀取模塊140之間的距離，使測(cè)試物位于光學(xué)讀取模塊140的 探測(cè)范圍內(nèi)。第一光源模塊位置伺服單元(圖未示)，用以調(diào)整第一光源模塊120至 載臺(tái)IIO之間的距離。其中借由第一光源模塊位置伺服手段調(diào)整載臺(tái)110與 第一光源模塊120之間的距離，使測(cè)試物(圖未示)位于第一光源模塊120 的光路中上。第二光源模塊位置伺服單元(圖未示)，用以調(diào)整第二光源模塊130至 載臺(tái)IIO之間的距離。其中借由第二光源模塊位置伺服手段調(diào)整載臺(tái)110與 第二光源模塊130之間的距離，使測(cè)試物(圖未示)位于第二光源模塊130 的光路中上。檢測(cè)電路(圖未示)電性連接到光學(xué)讀取模塊140，用以檢測(cè)光學(xué)讀取 模塊140的讀取結(jié)果。檢測(cè)電路包括一對(duì)數(shù)放大器(圖未示)，用以將光學(xué) 讀取模塊140的讀取結(jié)果進(jìn)行對(duì)數(shù)放大，以使光學(xué)讀取系統(tǒng)進(jìn)行高靈敏度與 高動(dòng)態(tài)范圍的光學(xué)檢測(cè)。對(duì)數(shù)放大器是一種輸出信號(hào)幅度及其輸入信號(hào)幅度呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系的 放大電路。實(shí)際的對(duì)數(shù)放大器總是兼具線性和對(duì)數(shù)放大功能。當(dāng)輸入信號(hào)很 微弱時(shí)，它是一個(gè)線性放大器，增益較大，輸入信號(hào)強(qiáng)時(shí)，它變成為一個(gè)對(duì) 數(shù)放大器，其增益將隨著輸入信號(hào)的增加而減小。在本發(fā)明中輸入信號(hào)的動(dòng) 態(tài)范圍通常很寬及光信號(hào)幅度極其微弱，若采用對(duì)數(shù)放大器可以滿足這種要
求，它能使弱信號(hào)得到高增益放大，對(duì)于強(qiáng)信號(hào)則自動(dòng)降低增益，避免飽和。對(duì)數(shù)放大器的主要性能常用輸入動(dòng)態(tài)范圍Din和輸出動(dòng)態(tài)范圍Dout來表 示Din = 20 Log (U1H/U1L) (dB)..........................(1)Dout = 20 Log (U2H/U2L) (dB)........................(2)上式中U化和Um分別是放大特性由線性變到對(duì)數(shù)形式和進(jìn)入飽和狀態(tài) 時(shí)的輸入電壓，U化和U2H是相應(yīng)的輸出電壓。設(shè)計(jì)良好的對(duì)數(shù)放大器能達(dá) 到超過100分貝而在30分貝以下。舉個(gè)例子來說，假設(shè)測(cè)試樣品所需要的 靈敏度及動(dòng)態(tài)范圍為高靈敏度(100 pg/ml)及高動(dòng)態(tài)范圍(100pg/ml 0.01ng/ml) 檢測(cè)的技術(shù)開發(fā)，初步若將濃度的動(dòng)態(tài)范圍來初估的話，如此馬上可以訂出 輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍Din = 20Log(l(y8/10—10) = 40(dB)..................(3)目前市面上的對(duì)數(shù)放大器，其輸入動(dòng)態(tài)范圍均可達(dá)100分貝(dB),可以 含蓋此范圍。除動(dòng)態(tài)范圍外，對(duì)數(shù)放大器的主要指標(biāo)還包括對(duì)數(shù)關(guān)系的準(zhǔn)確 度和頻率響應(yīng)。晶體二極管的PN結(jié)面電壓是結(jié)面電流的對(duì)數(shù)函數(shù)，用它作 為放大電路的負(fù)載或反饋組件可以使放大器具有對(duì)數(shù)幅度特性。使用這種方 法雖然電路簡(jiǎn)單，但通常只能達(dá)到小于50分貝(dB)的輸入動(dòng)態(tài)范圍，而且 放大器的頻帶受PN結(jié)面電容的限制，不能太寬。利用多級(jí)放大器串聯(lián)或并 聯(lián)相加形成近似對(duì)數(shù)放大特性，以獲得較好的結(jié)果。實(shí)用的對(duì)數(shù)放大器常用 4-10級(jí)限幅放大器組成。若規(guī)定放大器的動(dòng)態(tài)范圍，較多的級(jí)數(shù)能達(dá)到的 對(duì)數(shù)關(guān)系也較準(zhǔn)確。上述檢測(cè)電路可以參照?qǐng)D5實(shí)施。請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1B，測(cè)試物(圖未示)置于載臺(tái)110的第一側(cè)，且位于 第一光源模塊120的光路中。借由第一光源模塊120投射光源至測(cè)試物(圖 未示)，光學(xué)讀取模塊140可對(duì)測(cè)試物(圖未示)進(jìn)行包括熒光放射在內(nèi)的 反射式光學(xué)測(cè)量。以熒光放射測(cè)量為例，生物組織本身通常含有可以以雙光子激發(fā)的熒光 分子，例如生物體中常用的高能量分子煙堿酰胺腺噤呤雙核苷酸磷酸鹽 (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)與煙堿酰胺腺噤呤雙 核苦酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)即會(huì)產(chǎn)生菱光。獨(dú)立的 NAD(P)H吸收譜線為340nm并放出460 nm的熒光。高新陳代謝率的區(qū)域因 為有高濃度的NAD(P)H,所得影像亮度較高。NAD(P)H的熒光因此可用來 監(jiān)測(cè)角膜與皮膚中的氧化還原態(tài)。
測(cè)試物(圖未示)置于載臺(tái)110，且位于第二光源模塊130的光路中。 借由第二光源模塊130投射光源至測(cè)試物(圖未示)，光學(xué)讀取模塊140可 對(duì)測(cè)試物(圖未示)進(jìn)行包括拉曼光鐠測(cè)量及光吸收測(cè)量的穿透式光學(xué)測(cè)量。以光吸收測(cè)量為例，光吸收測(cè)量可用在具有特定吸收光鐠的物質(zhì)。例如 脫氧核醣核酸(deoxyribose nucleic acid， DNA)對(duì)260 nm的紫外光有最大吸 收值，且單股脫氧核醣核酸與雙股脫氧核醣核酸對(duì)其吸收值不同，因此可由 溶液對(duì)260 nm紫外光吸收值得知單股脫氧核醣核酸及雙股脫氧核醣核酸的 比例。變異系數(shù)指數(shù)(coe伍cient of variation index, CVI)等于本室標(biāo)準(zhǔn)差除以 相同組標(biāo)準(zhǔn)差，也就是將本室標(biāo)準(zhǔn)差與所有使用相同方法的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)。借 此我們能區(qū)分整體的分析過程，或特定的儀器是否準(zhǔn)確。圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中的測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖，圖7A為圖6中的待測(cè)物 質(zhì)涂布圖，以下請(qǐng)見圖6及圖7A。第一光源模塊120投射光源160至載片 118,并由光學(xué)讀取^莫塊140讀取待測(cè)物質(zhì)118a的反應(yīng)光170。圖8A為圖6中的另一待測(cè)物質(zhì)涂布圖，圖9A為圖6中的又一待測(cè)物 質(zhì)涂布圖。以下請(qǐng)參照?qǐng)D7A、圖8A及圖9A。待測(cè)物質(zhì)的涂布區(qū)塊可由原 先一大區(qū)(見圖7A)改成劃分成三小區(qū)(如圖8A或圖9A)。圖7B為圖7A中的測(cè)量信號(hào)示意圖，圖8B為圖8A中的測(cè)量信號(hào)示意 圖，圖8C為圖8A中的另一測(cè)量信號(hào)示意圖，圖9B為圖9A中的測(cè)量信號(hào) 示意圖，圖9C為圖9A中的另一測(cè)量信號(hào)示意圖。以下請(qǐng)參照?qǐng)D7B、圖8B、 圖8C、圖9B及圖9C。在測(cè)量時(shí)，圖7A中的涂布方式僅會(huì)產(chǎn)生一測(cè)量信號(hào) (見圖7B)，但圖8A及9A的涂布方式則可有三個(gè)測(cè)量信號(hào)(見圖8B及圖 9B)。以圖8A或圖9A的方式涂布時(shí)，可測(cè)量并比傘支每一區(qū)的光量度，并依 比較結(jié)果由儀器判讀選擇變異系數(shù)(coe傷cient of variation ， CV)較小的兩區(qū) 的平均值作為測(cè)量值(見圖8C及圖9C)。詳細(xì)來說，例如可先以每一 區(qū)的光量度平均值求出每一 區(qū)之間的光量度 平均值的變異系數(shù)，若此變異系數(shù)小於l,則再以各區(qū)中的測(cè)量信號(hào)求出對(duì) 應(yīng)於每一 區(qū)的測(cè)量信號(hào)變異系數(shù)，并取測(cè)量信號(hào)變異系數(shù)較小的兩區(qū)的平均 值作為測(cè)量值。其中三小區(qū)的排列可以是平行的，并以陣列型光讀取頭讀取， 如圖8A，或是以串接的方式排列，如圖9A。此方法的好處是當(dāng)測(cè)試物測(cè)量判讀因芯片局部受污染或是反應(yīng)物(如熒
光物質(zhì))失效時(shí)，不至于需要重新測(cè)量，并可以提高整體測(cè)量的測(cè)量變異系 數(shù)值。
綜上所述，在本發(fā)明的中具有兩個(gè)光學(xué)測(cè)量模塊，分別可進(jìn)行反射式及穿透式光學(xué)測(cè)量，達(dá)成在同一平臺(tái)上進(jìn)行多種不同形式的光學(xué)測(cè)量的目的。 此光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)可節(jié)省測(cè)試物于不同測(cè)試平臺(tái)間轉(zhuǎn)換的時(shí)間，亦可避免測(cè)試 物的耗損。
又本系統(tǒng)的光學(xué)讀取模采用可調(diào)整式的彈性設(shè)計(jì)，可自市面上購(gòu)買現(xiàn)成的光學(xué)組件來使用，無需另行訂做，可節(jié)省組裝成本。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，包括一載臺(tái)，用以承載一測(cè)試物；一第一光源模塊，配置于該載臺(tái)的第一側(cè)，其中該測(cè)試物位于該第一光源模塊的光路中；一第二光源模塊，配置于該載臺(tái)的第二側(cè)，其中該測(cè)試物位于該第二光源模塊的光路中；以及一光學(xué)讀取模塊，配置于該載臺(tái)的第一側(cè)或第二側(cè)，其中該測(cè)試物位于該光學(xué)讀取模塊的探測(cè)范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該載臺(tái)的第一側(cè) 與第二側(cè)分別為該載臺(tái)的上側(cè)與下側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該測(cè)試物被配置 于該載臺(tái)的第一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該測(cè)試物被配置 于該載臺(tái)的第二側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，還包括 一栽臺(tái)位置伺服單元，連接到該載臺(tái)；其中借由該載臺(tái)位置伺服單元調(diào)整該載臺(tái)的位置，使該測(cè)試物位于該光學(xué)讀取模塊的探測(cè)范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該載臺(tái)位置伺服 單元包括一線性傳動(dòng)電機(jī)；以及一線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，連接于該線性傳動(dòng)電機(jī)與該載臺(tái)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該載臺(tái)包括 一測(cè)試物固定機(jī)構(gòu)，用以使該測(cè)試物固定于該載臺(tái)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該測(cè)試物固定機(jī) 構(gòu)包括一承栽舟，其中該承載舟具有至少一凹槽，用以承載該測(cè)試物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該凹槽底部配置 有至少一鏤空槽。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該測(cè)試物固定 機(jī)構(gòu)包括一承載舟，其中該承載舟具有不同深淺寬窄的多個(gè)凹槽，用以承載不同 尺寸的測(cè)試物。
11. 根椐權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該測(cè)試物包括 平板式生物芯片。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該測(cè)試物包括 光纖式芯片。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖式芯片，其特征在于，該光纖式芯片可 為耦合型的光纖式芯片。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第一光源模 塊的光源波長(zhǎng)與該第二光源模塊的光源波長(zhǎng)與該第二光源模塊的光源波長(zhǎng) 不相同。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第一光源模 塊的光源波長(zhǎng)與該第二光源模塊的光源波長(zhǎng)相同。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第一光源模 塊提供單一波長(zhǎng)的光源。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第一光源模 塊提供不同波長(zhǎng)的多個(gè)光源。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第二光源模 塊提供單一波長(zhǎng)的光源。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第二光源模 塊提供不同波長(zhǎng)的多個(gè)光源。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)讀取模 塊配置于該載臺(tái)的第一側(cè)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)讀取模 塊可為陣列型光學(xué)讀取模塊。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，借由該第一光 源模塊投射光源至該測(cè)試物，該光學(xué)讀取模塊對(duì)該測(cè)試物進(jìn)行反射式光學(xué)測(cè) 量。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，借由該第一光 源模塊投射光源至該測(cè)試物，該光學(xué)讀取模塊對(duì)該測(cè)試物進(jìn)行熒光放射測(cè)量。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，借由該第二光 源模塊投射光源至該測(cè)試物，該光學(xué)讀取模塊對(duì)該測(cè)試物進(jìn)行穿透式光學(xué)測(cè)量。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，借由該第二光 源模塊投射光源至該測(cè)試物，該光學(xué)讀取模塊對(duì)該測(cè)試物進(jìn)行拉曼光譜測(cè)量。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，借由該第二光 源模塊投射光源至該測(cè)試物，該光學(xué)讀取模塊對(duì)該測(cè)試物進(jìn)行光吸收測(cè)量。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)讀取模 塊包括一承載套筒；至少一透鏡，置于該承載套筒中；以及至少一墊圈，置于該承載套筒中，用以調(diào)整該透鏡于該承載套筒中的位置。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，還包括 一光學(xué)讀取位置伺服單元，用以調(diào)整該光學(xué)讀取模塊至該栽臺(tái)之間的距離；其中借由該光學(xué)讀取位置伺服單元調(diào)整該載臺(tái)與該光學(xué)讀取模塊之間 的距離，使該測(cè)試物位于該光學(xué)讀^^莫塊的探測(cè)范圍內(nèi)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，還包括 一第一光源模塊位置伺服單元，用以調(diào)整該第一光源模塊至該載臺(tái)之間的距離；其中借由該第 一 光源模塊位置伺服手段調(diào)整該載臺(tái)與該第 一光源模塊 之間的距離，使該測(cè)試物位于該第一光源模塊的光路中。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，還包括 一第二光源模塊位置伺服單元，用以調(diào)整該第二光源模塊至該載臺(tái)之間的距離；其中借由該第二光源模塊位置伺服單元調(diào)整該栽臺(tái)與該第二光源模塊 之間的距離，使該測(cè)試物位于該第二光源模塊的光路中。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第一光源模 塊還包括一第一光學(xué)調(diào)制單元，以調(diào)制該第一光源模塊的光源。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第一光學(xué)調(diào) 制單元包括一調(diào)制片，用以間歇地屏蔽該第一光源模塊的光路，以使該光學(xué) 讀取系統(tǒng)進(jìn)行高靈敏度鎖相光學(xué)測(cè)量。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第二光源模 塊還包括一第二光學(xué)調(diào)制單元，以調(diào)制該第二光源模塊的光源。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該第二光學(xué)調(diào) 制單元包括一調(diào)制片，用以間歇地屏蔽該第二光源模塊的光路，以使該光學(xué) 讀取系統(tǒng)進(jìn)行高靈敏度鎖相光學(xué)測(cè)量。
35. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，還包括一檢測(cè) 電路，其電性連接到該光學(xué)讀取模塊，用以檢測(cè)該光學(xué)讀取模塊的讀取結(jié)果。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該檢測(cè)電路包 括一對(duì)數(shù)放大器，用以將該光學(xué)讀取模塊的讀取結(jié)果進(jìn)行對(duì)數(shù)放大，以使該 光學(xué)讀取系統(tǒng)進(jìn)行高靈敏度與高動(dòng)態(tài)范圍的光學(xué)檢測(cè)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該測(cè)試物包括 一載片，其中于該載片中劃分成多個(gè)區(qū)，每一區(qū)用以涂布待測(cè)物質(zhì)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)讀取模 塊測(cè)量并比較上述每一區(qū)的光量度，并依比較結(jié)果選擇變異系數(shù)較小的兩區(qū) 的平均值作為測(cè)量值。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，沿該載片的縱 長(zhǎng)方向排列上述各區(qū)。
40. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的光學(xué)讀取系統(tǒng)，其特征在于，沿該載片的縱 長(zhǎng)的垂直方向排列上述各區(qū)。
全文摘要
一種光學(xué)讀取系統(tǒng)，包括用以承載測(cè)試物的載臺(tái)、第一光源模塊、第二光源模塊，以及光學(xué)讀取模塊。其中第一光源模塊配置于載臺(tái)的第一側(cè)，且測(cè)試物位于第一光源模塊的光路中。第二光源模塊配置于載臺(tái)的第二側(cè)，且測(cè)試物位于第二光源模塊的光路中。光學(xué)讀取模塊配置于載臺(tái)的第一側(cè)或第二側(cè)，且測(cè)試物位于光學(xué)讀取模塊的探測(cè)范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101126707SQ200610115549
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者李秀桓, 蔡淑慧 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院