專利名稱：使用受控輸入光的光學檢查的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學傳感器裝置，其包括光源、光學系統(tǒng)、光檢測器和用于評價通過光學系統(tǒng)后的光的評價單元。此外，本發(fā)明涉及利用光學傳感器裝置進行檢查的方法及傳感器裝置的使用。
背景技術：
WO 2008/155716公開了一種光學生物傳感器,在其中，輸入光被完全內(nèi)反射,所得到的輸出光被檢測，并針對反射平面處的目標成分的量進行評價。目標成分包括作為標記的磁性顆粒，其允許借助磁力來影響樣品中的過程。通過估計在“名義光路”以外傳播的光量來考慮光路中的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
基于該背景技術，本發(fā)明的目的在于提供用于進行光學檢查的替代手段，其對于光路中不可避免的干擾是魯棒的。由根據(jù)權利要求I所述的光學傳感器裝置、根據(jù)權利要求2所述的方法及根據(jù)權利要求15所述的使用來實現(xiàn)這一目的。在從屬權利要求中公開了優(yōu)選實施例。根據(jù)其第一方案，本發(fā)明涉及一種光學傳感器裝置，包括以下部件-具有發(fā)光區(qū)域的光源，其中出于參考目的，以下將從該區(qū)域發(fā)射的光稱為“輸入光”(表示將其用作以下提及的光學系統(tǒng)的輸入)。發(fā)光區(qū)域應具有其輸入光發(fā)射的空間分布能夠被選擇性地改變的性能特征。發(fā)光區(qū)域例如可以包括若干部分，對于這些部分可以選擇性地開啟或關閉光發(fā)射。-光學系統(tǒng)，由光源發(fā)射的前述輸入光能夠通過光學系統(tǒng)傳播以產(chǎn)生來自光學系統(tǒng)的“輸出光”的發(fā)射。取決于其意圖使用的具體應用，光學系統(tǒng)可以具有許多不同的設計。此外，由光學系統(tǒng)發(fā)射的輸出光應在一般意義上與輸入光相關(或由其引起)。輸出光例如可以包括(或由其組成)輸入光通過光學系統(tǒng)之后的光子。附加地或者可替換地，輸出光可以包括由輸入光直接或間接產(chǎn)生的其他光子，例如，由輸入光激發(fā)的熒光的光子。在任何情況下，輸出光或多或少明顯地依賴于前述輸入光的改變。-光檢測器，用于檢測由光學系統(tǒng)發(fā)射的前述輸出光。檢測器可以包括任何適合的傳感器或多個傳感器，通過該傳感器可以檢測給定光譜的光，例如，光電二極管、光敏電阻、光電池、CXD芯片或光電倍增管。-評價單元，用于評價由所述光檢測器檢測的輸出光，其中，所述評價將考慮所提及的輸入光的改變。評價單元可以具體由專用電子硬件、具有相關軟件的數(shù)字數(shù)據(jù)處理硬件、或者二者的混合體來實現(xiàn)。根據(jù)第二方案，本發(fā)明涉及一種用于使用光學傳感器裝置，特別是以上限定類型的傳感器裝置進行檢查的方法。所述方法包括以下步驟-從光源的發(fā)光區(qū)域發(fā)射輸入光,其中,來自所述區(qū)域的輸入光發(fā)射的空間分布被選擇性地改變。-使所述輸入光通過光學系統(tǒng)傳播，以產(chǎn)生輸出光的發(fā)射。-使用光檢測器檢測所述輸出光。-在考慮所述輸入光的所述改變的同時，評價所檢測的輸出光。根據(jù)本發(fā)明第一和第二方案的傳感器裝置和方法利用了輸入光的有意改變，更準確地利用了來自光源的輸入光發(fā)射的空間分布的改變，以便影響光學系統(tǒng)的輸出光的改變，其在評價所述輸出光時能夠被考慮。該方案證明是非常有用的，因為在使用(空間)恒定的照明時，輸入光的不同構造公開了與光學系統(tǒng)中模糊的狀況有關的信息。因此可以使用評價單元提取這樣的信息，并將其用于不同目的，以下會參考本發(fā)明的特定實施例更詳細地解釋其中的一些。
以下，將描述與以上限定的傳感器裝置和方法相關的本發(fā)明的多個優(yōu)選實施例。根據(jù)第一優(yōu)選實施例，傳感器裝置包括耦接到光源和評價單元的控制單元。控制單元例如可以以專用電子硬件和/或具有相關軟件的數(shù)字數(shù)據(jù)處理硬件來實現(xiàn)。此夕卜，它可以優(yōu)選集成在評價單元中。控制單元可以用于根據(jù)預定(例如，用戶指定的)安排(schedule)，控制光源的輸入光發(fā)射的空間分布的改變，其中，評價單元還可以利用控制信息。評價單元因此可以將所檢測的輸出光中觀察到的改變歸因于由控制單元在輸入光中引起的改變。根據(jù)本發(fā)明進一步的擴展，傳感器裝置包括控制單元(特別是根據(jù)前述實施例的控制單元)，其適于在來自光源的發(fā)光區(qū)域的光發(fā)射的不同空間模式之間重復切換。使用有限數(shù)量的重復使用的發(fā)光模式實現(xiàn)了將所檢測的輸出光的評價建立在標準情況的全部部分的基礎上。輸入光發(fā)射的空間分布的改變能夠影響該發(fā)射的不同參數(shù)。以下給出一些可能的參數(shù)的示例，其中，可以單獨地或以任何組合方式改變這些參數(shù)。特別重要的可改變參數(shù)是光發(fā)射的強度，最簡單的情況是開啟或關閉子區(qū)域的光發(fā)射。在更詳細的實施例中，光強度的改變可以在多個步驟中出現(xiàn)和/或連續(xù)地出現(xiàn)?？梢愿淖兊陌l(fā)射參數(shù)的另一個示例是所發(fā)射的光的波長，或者更準確地，其光譜組成。發(fā)光區(qū)域的不同的選擇性受控部分例如可以發(fā)出紅色、綠色、藍色或其他顏色。光發(fā)射參數(shù)的另一示例是所發(fā)射的光的偏振，例如允許在非偏振的、線偏振的(具有給定方向)、圓偏振等之間改變。取決于光源的構造，存在實現(xiàn)輸入光發(fā)射的空間分布的改變的不同方式。根據(jù)優(yōu)選實施例，光源的發(fā)光區(qū)域包括多個能夠單獨控制的段。因此，可以通過簡單地開啟或關閉不同的段來實現(xiàn)光發(fā)射的空間變化，而不需要移動機械部件。根據(jù)前述實施例的進一步擴展，以一維或二維矩陣模式布置發(fā)光區(qū)域的多個段。最簡單的矩陣可以僅由兩個相鄰的段組成，而復雜的構造可以由大量發(fā)光點(或像素)組成。在另一設計中，以同心環(huán)布置多個段。如果要保持整個光學裝置相對于光軸的旋轉(zhuǎn)對稱，這樣的實施例尤其適合。已經(jīng)提及根據(jù)傳感器裝置所用于的具體應用，光學系統(tǒng)可以具有許多不同的設計。一類重要的實施例的特征在于以下事實光學系統(tǒng)包括成像(映象)在光檢測器上的特定(一維、二維或三維)區(qū)域。出于參考目的，以下將該特定區(qū)域稱為“物體區(qū)域”，表示待研究的物體通常布置在該區(qū)域中。傳感器裝置的目的通常是基于物體區(qū)域中的樣品與輸入光的相互作用來檢測與其有關的特定信息。根據(jù)前述實施例的進一步的擴展，在評價單元中進行的所檢測的輸出光的評價包括物體區(qū)域以外的光學干擾的檢測和/或消除。這個實施例考慮了以下事實在具有物體區(qū)域的光學系統(tǒng)中，物體區(qū)域中的過程通常是唯一所關注的，而物體區(qū)域以外的光學相互作用理想上應具有恒定的性質(zhì)。然而，由于由灰塵、光學部件的未對準、光學表面上的劃痕、部件的熱膨脹等引起的不可避免的隨機干擾，后一條件實際上是無法實現(xiàn)的。檢測物體區(qū)域以外的這樣的干擾例如可以用于傳感器裝置的生產(chǎn)中的質(zhì)量控制。干擾的消除可以用于改進使用傳感器裝置獲得的測量結果。在光學系統(tǒng)中具有物體區(qū)域的傳感器裝置的另一個實施例中，對所檢測的輸出光的評價包括確定圖像部分對輸入光的改變的靈敏度。該方案基于以下事實光檢測器上的物體區(qū)域的圖像通常是恒定的，不考慮所引起的輸入光的空間改變(其起因于光學系統(tǒng)的特定設計)，而光學系統(tǒng)的遠離物體區(qū)域的區(qū)域?qū)鈾z測器中產(chǎn)生的圖像產(chǎn)生影響，該影響相當大地取決于輸入光的構造。光檢測器上的圖像的對輸入光的改變非常敏感的部分因 此將會揭示來自物體區(qū)域以外的影響，即，來自應檢測和/或消除的干擾的影響。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，輸入光與光學系統(tǒng)中的樣品(S卩，上述物體區(qū)域中的樣品)的物理相互作用隨著所弓I起的輸入光的改變而改變。與輸入光的改變應該對物體區(qū)域中的過程幾乎或沒有影響的前述實施例相對的，現(xiàn)在考慮的實施例恰好利用了物理相互作用對于輸入光的構造的該依賴性。在此情況下，輸入光發(fā)射的空間分布的改變提供了易于控制的手段，用以改變樣品的操控。已經(jīng)提及輸入光可以在光學系統(tǒng)中經(jīng)受各種光學過程。具體地，輸入光在光學系統(tǒng)中可以被反射、折射、散射和/或吸收。最優(yōu)選地，這些過程與應操控和/或研究的特定樣品相互作用。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，傳感器裝置設計為輸入光在光學系統(tǒng)中的界面處全內(nèi)反射。最優(yōu)選地，所述界面包括上述類型的物體區(qū)域，在此，輸入光可以與相鄰樣品相互作用。這會導致受抑全內(nèi)反射(FTIR)，其中，所得到的輸出光提供與該樣品有關的有用信息。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，傳感器裝置設計為輸入光在具有棱鏡結構的界面處被多次折射。在此情況下，輸入光以良好可控的方式到達與所述棱鏡結構接觸的樣品。本發(fā)明還涉及上述裝置針對分子診斷、生物樣品分析、化學樣品分析、食品分析、法醫(yī)檢定、和/或質(zhì)量控制的使用。分子診斷例如可以借助直接或間接附著于目標分子的磁性顆粒或熒光顆粒來實現(xiàn)。


參考下文中描述的實施例，本發(fā)明的這些及其它方面將會顯而易見并被闡明。將借助附圖通過示例來描述這些實施例，在附圖中圖I示意性示出第一傳感器裝置的側視圖，該第一傳感器裝置使用在與物體區(qū)域的平面平行的方向上分段的光源；圖2示意性示出圖I的傳感器裝置的頂視圖；圖3示意性示出第二傳感器裝置的側視圖，該第二傳感器裝置使用在與物體區(qū)域的平面傾斜的方向上分段的光源；圖4示意性示出圖3的傳感器裝置的頂視圖；圖5示出光源的發(fā)光區(qū)域的分段的可能模式。相似的參考標號或以100的整數(shù)倍為區(qū)別的標號在附圖中指代相同或相似的部件。
具體實施例方式盡管以下將針對特定設置(使用磁性顆粒和受抑全內(nèi)反射作為測量原理)來描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這樣的方案，并且可以有利地用于許多不同的應用和設置。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置100的總體設置。這一設置的核心部件是(可 更換的)試劑盒113，其可以由例如玻璃或類聚苯乙烯的透明塑料制成。試劑盒113包含樣品室2，可以將具有待檢測的目標成分(例如，藥品、抗體、DNA等)的樣品流體提供給樣品室2。樣品還包括磁性顆粒，例如，超順磁珠，其中，通常將這些顆粒作為標記結合(經(jīng)由例如具有抗體的涂層)到前述的目標成分。為了簡單起見，僅在附圖中示出目標成分與磁性顆粒的組合，并在下文中將其稱為“目標顆粒I”。應注意，也可以使用其它標記顆粒，例如帶電或熒光顆粒來代替磁性顆粒。由稱為“物體區(qū)域”3的表面形成試劑盒113與樣品室2之間的下界面。這一物體區(qū)域3涂覆有捕獲成分(element),例如抗體,其可以特別地結合到目標顆粒。傳感器裝置優(yōu)選包括磁場發(fā)生器(未圖示)，例如具有線圈和磁芯的電磁體，用于可控地在物體區(qū)域3及樣品室2的臨近空間中產(chǎn)生磁場。借助于這一磁場，可以操控目標顆粒1，即磁化，尤其是移動(如果使用具有梯度的磁場)。因此，例如可以將目標顆粒I吸引到物體區(qū)域3，以便加速它們到所述表面的結合，或者在測量前將未結合的目標顆粒從物體區(qū)域清洗掉。傳感器裝置還包括產(chǎn)生輸入光LI的光源120,該輸入光LI通過準直透鏡11和窗口 112傳輸?shù)皆噭┖?13中?？梢允褂美缈缮藤彽蘑?\ =780nm)、DVD ( A =658nm)或BD ( A =405nm)激光二極管或發(fā)光二極管作為光源120的部件。輸入光LI以大于全內(nèi)反射(TIR)的臨界角的角度到達物體區(qū)域3，并從而被全內(nèi)反射。反射光通過另一個窗口 114和透鏡115作為“輸出光”L2離開試劑盒113，“輸出光”L2由光檢測器130檢測。窗口 112和114是(不是一次性試劑盒的)讀取單元的部件，并用于保護光學器件。光檢測器130確定輸出光L2的光量(例如，由這一光束在全部光譜或該光譜的特定部分的光強度來表示)。由耦接到檢測器130的評價和記錄單元140在觀察時段內(nèi)評價并可任選地監(jiān)測所測量的傳感器信號S。在所示實施例中，包括透鏡111、115的光學系統(tǒng)110被設計為使得在光檢測器130上產(chǎn)生物體區(qū)域3的圖像。這允許同時觀察物體區(qū)域3的不同點中的過程。此外，光檢測器優(yōu)選是如CXD和CMOS相機的圖像傳感器。還可以使用檢測器130來對由輸入光LI激發(fā)的熒光顆粒發(fā)出的熒光進行采樣，其中該熒光例如可以在光譜上區(qū)別于反射光。盡管以下描述集中于反射光的測量，但在此討論的原理可以作適當?shù)男薷亩鴳糜跓晒獾臋z測。對于通常應用的材料，試劑盒113的介質(zhì)可以是玻璃和/或具有I. 52的典型折射率的某些透明塑料。樣品室2中的介質(zhì)將是水基的，并具有接近I. 3的折射率。這對應于60°的臨界角。因此，70°的入射角是切合實際的選擇，用以允許流體介質(zhì)具有稍微不同的
折射率。所描述的傳感器裝置100使用光學手段來檢測目標顆粒I。為了消除或至少最小化背景(例如，樣品流體，諸如唾液、血液等)的影響，檢測技術應是表面特定(surface-specific)的。如上指出的,這通過利用受抑全內(nèi)反射(FTIR)的原理來實現(xiàn)。該原理基于以下事實當入射光LI被全內(nèi)反射時，倏逝波(強度呈指數(shù)降低)穿透到樣品2中。如果該倏逝波隨后與類似結合的目標顆粒I的另一介質(zhì)相互作用，部分輸入光將耦合到樣品流體中(這稱為“受抑全內(nèi)反射”)，并且反射強度將減小(而對于干凈的界面且沒有相互作用的情況，反射強度將是100%)。取決于位于或者非常接近(約200nm內(nèi))TIR表面的目標顆粒的量(不是在樣品室2的其余部分中的)，反射強度將相應地降低。該強度降低是對于結合的目標顆粒I的量，并從而是對樣品中目標顆粒的濃度的直接度量。前述的強度降低可以表示為入射光的量的無量綱分數(shù)e，其中，￡通常是極小的數(shù)。然而，光檢測器130測量相對大的剩余強度(I- e )，由此必須確定小信號e。分析物的 了實現(xiàn)這樣的高靈敏度，需要補償除了目標顆粒的存在以外，影響反射束的檢測強度的所有其它因素。實現(xiàn)此的一個手段是TWR (真實基準白)，即，光檢測器130上的圖像中的感興趣區(qū)域(R0I)，其強度受同樣影響除了目標顆粒之外的檢測點中的信號的所有因素的影響。TWR例如可以由物體區(qū)域3中的虛擬室來實現(xiàn)。為了將靈敏度增大到檢測系統(tǒng)中的電子噪聲成為有限的級別，必須以I: IO4數(shù)量級的精度來測量TWR的強度。該精度的實現(xiàn)會易于受到結合圖像的微小移動的圖像中小缺陷的組合的妨礙。因此，必須采取措施來盡可能地避免缺陷，以通過增大發(fā)散，從而增大照亮物體平面并將其成像在檢測器上的光束的有效數(shù)值孔徑(NA)來抑制離焦缺陷(灰塵、劃痕)的影響，并用以避免圖像中缺陷的移動(即，由于試劑盒113的移動)。以上的考慮對于其它類型的(生物_)傳感器裝置也是類似有效的，在其中，通過光學手段來讀出信號(例如，“DRD”，即具有棱形結構的表面的雙折射，參見WO2009/125339A2)。構成讀出的基礎的光學效果是依賴于角度的。這導致對于遠心光學成像系統(tǒng)的本質(zhì)上的優(yōu)先選擇(物體場上讀出光束的平均角度的最小擴散)，并減小讀出光束的發(fā)散(成像透鏡的有限的有效NA)。圖I和圖2的成像系統(tǒng)(具有光源120、光學系統(tǒng)110和光檢測器130)滿足對于FTIR系統(tǒng)的這些標準。因為該系統(tǒng)意圖用于手持應用中，成像系統(tǒng)的總長度優(yōu)選盡可能短。在這些圖中由物體平面(物體區(qū)域3)中A、B兩點的透視來引出光線，這兩點A、B分別成像到檢測器130上的點A’和B’。應注意，從光源120的每一點發(fā)出的光的子光束在物體區(qū)域3中具有共同的橫截面。物體區(qū)域3中的照明區(qū)域(S卩，在點A與B之間的區(qū)域)因此不改變，無論光源的哪些點是亮還是暗。這樣的成像系統(tǒng)(物體側低NA、遠心)的缺點在于在對應于不同圖像點的光線中幾乎沒有重疊。主要由于有限的NA，試劑盒113的塑料中的缺陷或者窗口 /透鏡上的灰塵顆粒/劃痕最終成為圖像中的局部缺陷。如果在測量期間，圖像中出現(xiàn)微小移動(即，熱膨脹)，那么圖像中這些不希望有的細節(jié)會強烈地妨礙利用TWR的偏移校正。為了實現(xiàn)必需的靈敏度，非常精確的偏移校正(I: IO4的數(shù)量級)無論如何在FTIR或DRD系統(tǒng)中都是必要的。增大NA有助于減小缺陷對于圖像的影響，但存在許多實際的限制。以下提出的解決方案包括遭受缺陷的具體區(qū)域的識別，并在數(shù)據(jù)分析期間采取適當?shù)膽獙Υ胧?。所提出的解決方案的基本特征在于改變射入光學系統(tǒng)110中的輸入光LI的空間分布。這樣的改變并不改變物體(物體區(qū)域3)在光檢測器130上的圖像，而改變所述圖像上物體區(qū)域以外的干擾的影響。借助使光檢測器130和/或評價單元140與輸入光中的(快速)改變同步的可能性強有力地促進該方案的有用應用。借助于分段的光源能夠優(yōu)選地產(chǎn)生所提及的輸入光的改變，光源的多個段可以單獨地由控制單元150來處理。在此情況下不需要移動部件。該方法的原理在于將用于成像的光束LI細分為能夠單獨處理的部分。在圖I和圖2中示出前述原理的簡單實施例，其中，結合低NA遠心成像系統(tǒng)110，將兩個相鄰矩形LED 121和122 (例如，在相同基底上)用作光源120。在“垂直”方向上，即 傾斜于物體區(qū)域3，沒有LED分段，僅在“水平”方向上(平行于物體區(qū)域3)存在LED分段?？梢詥为毜睾?或同時地開啟LED段121、122。在一些應用中，來自這些段的光發(fā)射的波長和/或偏振的差異可能是期望的。在傳感器裝置100的情況下，無論如何都假定來自兩個段121、122的發(fā)射具有相同的波長、強度和偏振。物體平面3中的物體在檢測器130上的圖像不會由一個光源段到另一個光源段的切換而改變。然而，灰塵顆粒(例如，由透鏡111與窗口 112之間的星形表示)或者窗口之一上的劃痕的圖像的位置卻取決于LED段121、122的哪一個被開啟。這樣的缺陷的圖像也會略微離焦，但由于對應于每一個LED段的低有效NA而限制了模糊。所以，改變在兩個光源段121、122之間的照明將導致離焦的灰塵顆粒在檢測器處的同步移位圖案。這表明檢測器的哪些像素由于光路中的缺陷是不可靠的。該方法對于與物體平面距離特定最小距離的缺陷更為有效。如果由各個光源段代表的有效NA相對較低，這個方法也會更為有效。利用兩個交替的光源段121和122，圖I和圖2的簡單實施例導致光檢測器上的兩個交替的圖像，它們對于離焦的缺陷在位置上顯示出顯著的差異。在對應于缺陷的邊緣的圖像位置處的像素將會經(jīng)受最強烈的強度波動。以此方式，即使在測量期間也可以確定哪些像素受到光路中的此類缺陷的最強烈的影響。一個或兩個光源段的信號仍可以用于正常測量，但現(xiàn)在存在根據(jù)信號評價排除圖像中受懷疑區(qū)域的選擇。在圖I和圖2所示的傳感器裝置100中，由在物體點A和B的位置處光線的發(fā)散角9來確定對總體光源120的成像的有效數(shù)值孔徑NA。分段的光源P具有在成像透鏡115與檢測器130之間的中間圖像P’。應注意，附圖僅是示意性的，并且未詳細繪制在玻璃/塑料與空氣的界面的折射的效果(其確實略微改變了角度和發(fā)散角，但沒有改變有效NA)。此外，成像的遠心性不是至關重要的。該方法的原理還應用于較少遠心的成像方案。在類柯而勒(Koehler)照明的情況下，成像透鏡115應足夠大以容納所有光源段的中間圖像。各個光源段121、122的低有效NA有助于定位圖像中的缺陷。然而仍可以使用產(chǎn)生更大有效NA的其他或附加的段來進行實際的測量，以減小缺陷對測量的影響。如果使用光源的更復雜的分段，則可以利用兩個外側的段(低NA)識別離焦缺陷，并使用更中心的光源區(qū)域(可以是更高的NA)用于實際的測量。
平衡由各個光源段產(chǎn)生的圖像的平均強度是有用的?？梢砸杂布?調(diào)整LED段電流)或軟件(數(shù)據(jù)處理期間)來實現(xiàn)該歸一化。圖像中像素的“可靠性”例如可以由分別產(chǎn)生于LED段121和122的圖像之間的像素強度11、12的相對差[12 - 11]/[11+12]來確定。根據(jù)圖像中移位的幅度，可以推導出缺陷到物體平面的距離；相對于照明模式的相位(Phase)表明缺陷在照明側還是在成像側上。另一個可能的光源分段可以由同心環(huán)來實現(xiàn)(其中，該設計的最內(nèi)側圓盤根據(jù)定義可以認為是(退化的)“環(huán)”)。圖像中利用外側環(huán)的照明或中心圓盤段的照明之間的差異對于與灰塵顆粒的位置相對應的像素是最明顯的。所描述的方法還可以用于質(zhì)量控制測量系統(tǒng)，以判斷光學系統(tǒng)或者試劑盒的質(zhì)量(潔凈度)。另外，它可以在實際工作條件下使用，以支持數(shù)據(jù)處理或以信號通知過度污染。
圖3和圖4示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的傳感器裝置200。所示視圖以及該傳感器裝置的基本設計與圖I和圖2的相同或近似。因此，不再詳細描述。傳感器裝置200的主要區(qū)別在于光源200的分割沒有在“水平”方向上(平行于物體區(qū)域3)，而是在“垂直”方向上(傾斜于物體區(qū)域)。在此情況下，光源220的不同段221、222以不同的FTIR (或DRD、……)角度照亮物體區(qū)域3。所以，在兩個光源段221、222之間交替照明將導致檢測器處的同步交替FTIR角度。這實現(xiàn)了在不使用移動部件的情況下的FTIR角度的改變。這還對應于漸逝場深度的明確定義的變化。由于交替頻率可以相當高(例如，1000MHz)，這可以給出與接近表面3的目標顆粒I有關的附加信息(距離、尺寸、布朗運動、磁驅(qū)動對位置的影響等)。圖5示出具有以矩陣模式分段的區(qū)域的光源的不同設計a)_g)。通?？梢怨餐幚砭哂邢嗤幱暗亩?。各段的波長、強度和偏振可以相同。例如，所示光源的形式a)、b)、c)(具有適當?shù)娜∠?可以用于實現(xiàn)圖1-4的光源120 或 220。除了所描述的實施例以外，可以設想許多其他應用，它們結合同步檢測使用波動空間照明模式(例如，由分段的光源所產(chǎn)生)的相同原理。這可以應用于在無需光學光路中的移動部件的情況下，探究許多不同參數(shù)的影響，例如-偏振如果各個光源段具有不同的偏振，則可以利用偏振的效應(例如在FTIR設置中產(chǎn)生不同倏逝波場強度/穿透深度)。-波長對于各個光源段使用不同波長提供了以不同倏逝波場強度/穿透深度來探測生物傳感器斑點的可能性。另外，特定顆?？梢栽诓煌ㄩL做出不同的反應(吸收/熒
光/散射)。-數(shù)值孔徑NA:使用同心光源段實現(xiàn)有效NA的迅速改變，而不需要移動部件(例如，光圈)。這是用以識別圖像中受光路中的缺陷影響的位置的另一種方法。這一(在大光源區(qū)域與小中心段之間切換的)更對稱的方法也可以分別應用于水平和垂直方向。以上效果的組合也是可能的。在最靈活的實施例中，光源可以是允許具有相似或不同色彩的任何段模式的矩陣彩色顯示器。可以增加TN (扭轉(zhuǎn)向列型)單元，以允許額外地自由選擇偏振。最后指出，本申請中的術語“包括”并不排除其他要素或步驟，“一”并不排除多個，單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)若干模塊的功能。本發(fā)明存在于每一個創(chuàng)新的特性化特征 及每一個特性化特征的組合中。此外，權利要求中的參考標記不應理解為限制其范圍。
權利要求
1.一種光學傳感器裝置(100，200)，包括 -光源(120，220)，具有用于發(fā)射“輸入光”(LI)的區(qū)域(121，122，221，222)，其中，來自所述區(qū)域的輸入光發(fā)射的空間分布能夠被選擇性地改變； -光學系統(tǒng)(110, 210),所述輸入光(LI)能夠通過所述光學系統(tǒng)(110, 210)傳播，以產(chǎn)生“輸出光”(L2)的發(fā)射； -光檢測器(130，230)，用于檢測所述輸出光(L2); -評價單元(140，240)，用于在考慮所述輸入光(LI)的改變的同時，評價所檢測的輸出光(L2)。
2.一種用于使用光學傳感器裝置(100，200)進行檢查的方法，所述方法包括以下步驟 -從光源(120，220)的發(fā)光區(qū)域(121，122，221，222)發(fā)射“輸入光”(LI )，其中，該輸入光發(fā)射的空間分布被選擇性地改變； _使所述輸入光(LI)通過光學系統(tǒng)(110,210)傳播，以產(chǎn)生“輸出光”(L2)的發(fā)射； -使用光檢測器(130，230)檢測所述輸出光(L2); -在考慮所述輸入光(LI)的改變的同時，使用評價單元(140，240)評價所檢測的輸出光(L2)。
3.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，所述傳感器裝置(100，200)包括耦接到所述光源(120，220)和所述評價單元(140，240)的控制單元(150，250)。
4.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，所述傳感器裝置(100，200)包括適于在來自所述發(fā)光區(qū)域(121，122，221，222)的光發(fā)射的不同模式之間重復切換的控制單元(150，250)。
5.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，來自所述發(fā)光區(qū)域(121，122，221，222)的所述光發(fā)射的強度的空間分布、波長和/或偏振能夠被控制。
6.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，所述光源(120，220)包括多個能夠單獨控制的發(fā)光段(121，122，221，222)。
7.根據(jù)權利要求6所述的傳感器裝置(100，200)或者方法， 其特征在于，所述段(121，122，221，222)以矩陣模式和/或以同心環(huán)布置。
8.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，所述光學系統(tǒng)(110，210)包括物體區(qū)域(3)，所述物體區(qū)域(3)被成像到所述光檢測器(130，230)上。
9.根據(jù)權利要求8所述的傳感器裝置(100，200)或者方法， 其特征在于，所檢測的輸出光(L2)的評價包括所述物體區(qū)域(3)以外的光學干擾的檢測和/或消除。
10.根據(jù)權利要求8所述的傳感器裝置(100，200)或者方法， 其特征在于，對所檢測的輸出光(L2)的評價包括確定圖像部分對所述輸入光(LI)的改變的靈敏度。
11.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，輸入光(LI)與樣品(I)的物理相互作用取決于所述輸入光(LI)的所述改變。
12.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，所述輸入光(LI)在所述光學系統(tǒng)中被反射、折射、散射和/或吸收。
13.根據(jù)權利要求12所述的傳感器裝置(100，200)或者方法， 其特征在于，所述輸入光(LI)在所述光學系統(tǒng)(110，210)中的界面(3)處全內(nèi)反射，和/或其特征在于，所述輸入光(LI)在具有棱鏡結構的界面處被多次折射。
14.根據(jù)權利要求I所述的傳感器裝置(100，200)或者根據(jù)權利要求2所述的方法， 其特征在于，所述輸出光包括來自由所述輸入光激發(fā)的熒光的光。
15.根據(jù)權利要求I至12中任一項所述的傳感器裝置(100，200)的使用，用于分子診斷、生物樣品分析、化學樣品分析、食品分析、法醫(yī)檢定、和/或質(zhì)量控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器裝置(100)，其中來自光源(120)的發(fā)光區(qū)域(121，122)的輸入光(L1)發(fā)射的空間分布能夠被選擇性地改變。輸入光通過光學系統(tǒng)(110)傳播以產(chǎn)生特定輸出光(L2)。在評價所檢測的輸出光(L2)時考慮考慮輸入光的改變。因此，例如可以檢測和/或消除出現(xiàn)在物體區(qū)域(3)以外的光路中的光學干擾。光源(120)可以具體包括多個能夠選擇性地開啟或關閉的發(fā)光段(121，122)。
文檔編號G01N21/25GK102782477SQ201180011570
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2010年3月2日
發(fā)明者J·H·M·雷正, J·J·H·B·施萊彭, J·M·A·范登埃爾恩比曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司