TW202004164A - 檢測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種檢測裝置包括一固態光源、一第一偏光片、一採樣元件、一第二偏光片以及一感測器。第二偏光片、採樣元件、第一偏光片以及固態光源依序堆疊在感測器上。感測器在固態光源關閉後開啟，且固態光源在感測器關閉後開啟。
Description
本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種檢測裝置。
在單分子螢光檢測中，當採用直下式光源作為激發光源時，感測器除了接收到樣品受激發所產生的螢光之外，還可能接收到來自激發光源的激發光。由於激發光的光強度大於螢光的光強度，因此若沒有在採樣元件與感測器之間設置濾波器，將會有很大的雜訊干擾。然而，就算在採樣元件與感測器之間堆疊多種濾波器，也無法有效將訊雜比（S/N ratio）提升至可偵測範圍。
本發明提供一種檢測裝置，其具有良好的訊雜比。
本發明的一種檢測裝置包括一固態光源、一第一偏光片、一採樣元件、一第二偏光片以及一感測器。第二偏光片、採樣元件、第一偏光片以及固態光源依序堆疊在感測器上。感測器在固態光源關閉後開啟，且固態光源在感測器關閉後開啟。
在本發明的一實施例中，固態光源包括多個微型發光二極體或多個雷射二極體。
在本發明的一實施例中，第一偏光片與第二偏光片具有相互垂直的穿透軸。
在本發明的一實施例中，感測器的開啟時間與固態光源的關閉時間之間相隔的時間差等於感測器的快門延遲時間。
在本發明的一實施例中，固態光源的開啟時間與感測器的關閉時間之間相隔的時間差等於固態光源的驅動延遲時間。
在本發明的一實施例中，採樣元件適於承載至少一樣品。所述至少一樣品被光激發後放出一螢光。感測器在螢光存續的時間內開啟，且感測器在螢光消逝後關閉。
在本發明的一實施例中，檢測裝置更包括一擴散片。擴散片位於固態光源與第一偏光片之間。
在本發明的一實施例中，檢測裝置更包括一濾波器。濾波器位於固態光源與第一偏光片之間。
在本發明的一實施例中，檢測裝置更包括一準直器。準直器位於第一偏光片與採樣元件之間。
在本發明的一實施例中，檢測裝置更包括一準直器以及一濾波器。準直器位於固態光源與第一偏光片之間。濾波器位於準直器與第一偏光片之間。
基於上述，在本發明實施例的檢測裝置中，藉由第一偏光片將激發光偏振化，在樣品受激發而放出螢光之後，再藉由第二偏光片將朝感測器傳遞的激發光濾除，藉此降低雜訊。此外，藉由控制固態光源以及感測器各自的開啟及關閉時間，使感測器在固態光源關閉後開啟，且固態光源在感測器關閉後開啟，可進一步降低固態光源所發出的激發光對於感測器的干擾。因此，本發明實施例的檢測裝置可具有良好的訊雜比。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
實施方式中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。在附圖中，各圖式繪示的是特定示範實施例中所使用的方法、結構及/或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些示範實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域及/或結構的相對尺寸、厚度及位置可能縮小或放大。
在實施方式中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號，且將省略其贅述。此外，不同示範實施例中的特徵在沒有衝突的情況下可相互組合，且依本說明書或申請專利範圍所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本專利涵蓋之範圍內。另外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名分立（discrete）的元件或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限，也並非用以限定元件的製造順序或設置順序。
圖1是依照本發明的第一實施例的一種檢測裝置10的剖面示意圖。檢測裝置10可用以進行單分子螢光檢測，如基因定序，但不以此為限。在進行基因定序時，DNA的四種鹼基（即腺嘌呤（Adenine，A）、胸腺嘧啶（Thymine，T）、胞嘧啶（Cytosine，C）與鳥嘌呤（Guanine，G））分別帶有不同的螢光標記。帶有特定螢光標記的單股DNA片段與樣品S（例如是瓷珠；繪示於圖2）化合後會被激發出對應的螢光。依據光感測元件所接收到的螢光的色彩的順序，便可完成基因定序。
請參照圖1，檢測裝置10包括一固態光源100、一第一偏光片101、一採樣元件102、一第二偏光片103以及一感測器104，其中第二偏光片103、採樣元件102、第一偏光片101以及固態光源100依序堆疊在感測器104上。
詳細而言，固態光源100用於提供激發光。舉例來說，固態光源100可包括多個發光元件1000。發光元件1000可以是微型發光二極體或雷射二極體，但不以此為限。
第一偏光片101設置在來自固態光源100的激發光的傳遞路徑上。第一偏光片101適於將未偏振的激發光形成為偏振光，如橫向電性（Transverse Electric，TE）偏振光或橫向磁性（Transverse Magnetic，TM）偏振光，其中偏振光的偏振方向平行於偏光片的穿透軸（未繪示）。
採樣元件102設置在第一偏光片101與第二偏光片103之間。採樣元件102適於承載至少一樣品S。圖2是圖1中採樣元件102的局部放大示意圖。請參照圖2，採樣元件102可包括多個反應井W。每一個反應井W呈凹陷狀，以容置樣品S。反應井W的形狀可以是任何適於固定樣品S的形狀，而不以圖2所顯示的為限。
請再參照圖1，第二偏光片103設置在採樣元件102與感測器104之間。第一偏光片101與第二偏光片103可具有相互垂直的穿透軸，以過濾穿過採樣元件102的激發光，避免激發光被感測器104接收。進一步來說，若第一偏光片101讓橫向電性偏振光通過，則第二偏光片103將橫向電性偏振光濾除。反之，若第一偏光片101讓橫向磁性偏振光通過，則第二偏光片103將橫向磁性偏振光濾除。
感測器104設置在通過第二偏光片103的螢光（未繪示）的傳遞路徑上，以接收螢光。舉例來說，感測器104可包括多個光感測元件1040。光感測元件1040可包括電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）、互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）感測器或其他適當的感測元件。
圖3是一波形圖，繪示出圖1中固態光源100的驅動波形、圖1中感測器104的驅動波形以及圖2中樣品S受激發而放出的螢光的存續時間三者之間的時間關係。請參照圖3，時間段T100為固態光源被開啟的時間段（即固態光源發出激發光的時間段），而相鄰兩個時間段T100之間的時間段則為固態光源被關閉的時間段。同理，時間段T104為感測器被開啟的時間段（即感測器收光的時間段），而相鄰兩個時間段T104之間的時間段則為感測器被關閉的時間段。另外，時間段T102為樣品受激發及放出螢光的時間段，而相鄰兩時間段T102之間的時間段則為螢光消逝的時間段。根據圖3，感測器在固態光源關閉後開啟，且固態光源在感測器關閉後開啟。在本實施例中，感測器的開啟時間與固態光源的關閉時間之間相隔的時間差t1等於感測器的快門延遲時間（shutter delay time），且固態光源的開啟時間與感測器的關閉時間之間相隔的時間差t2等於固態光源的驅動延遲時間。此外，樣品被光激發後放出螢光。感測器在螢光存續的時間內（即時間段T102內）開啟，且感測器在螢光消逝後關閉。
藉由使感測器在固態光源關閉後開啟，且固態光源在感測器關閉後開啟，可進一步降低固態光源所發出的激發光對於感測器的干擾，即降低感測器接收到激發光的機率，使檢測裝置可具有良好的訊雜比。
請再參照圖1，依據不同的需求，檢測裝置10可進一步包括其他元件。舉例來說，檢測裝置10可進一步包括一擴散片105。擴散片105設置在來自固態光源100的激發光的傳遞路徑上且位於固態光源100與第一偏光片101之間，以將來自固態光源100的激發光均勻化。在一實施例中，當來自固態光源100的激發光具有充足的均勻性時，可省略擴散片105。
此外，檢測裝置10也可進一步包括一濾波器106。濾波器106設置在來自固態光源100的激發光的傳遞路徑上且例如位於固態光源100與第一偏光片101之間。當檢測裝置10包括擴散片105時，濾波器106可位於擴散片105與第一偏光片101之間。
濾波器106適於過濾激發光中不必要的波段。舉例來說，濾波器106讓用於激發樣品S的特定波段的光通過，且將其餘波段的光濾除。濾波器106可包括帶通濾波片或濾光片，但不以此為限。在一實施例中，當來自固態光源100的激發光的波長落在用於激發樣品S的特定波段內時，可省略濾波器106。
檢測裝置10還可進一步包括一準直器107。準直器107設置在來自固態光源100的激發光的傳遞路徑上且例如位於第一偏光片101與採樣元件102之間。準直器107適於將光準直化。舉例來說，準直器107可由吸光材質製成（以吸收雜散光或大角度入射的光），且準直器107可包括多個透光開孔O，以讓激發光通過。在此架構下，通過準直器107後的光的準直化程度與透光開孔O的尺寸（如寬度及深度）及節距等參數相關。此些參數可依需求進行設計，於此便不再贅述。藉由準直器107的設置可降低大角度光束所造成的雜訊。
圖4是依照本發明的第二實施例的一種檢測裝置20的剖面示意圖。請參照圖4，檢測裝置20與圖1的檢測裝置10的主要差異如下所述。在檢測裝置20中，準直器107位於固態光源100與第一偏光片101之間，且濾波器106位於準直器107與第一偏光片101之間。當檢測裝置10包括擴散片105時，擴散片105可位於固態光源100與準直器107之間。在此架構下，來自固態光源100的激發光通過擴散片105後會先被準直器107準直化，然後被濾波器106過濾。對於濾光效果會受到光束的入射角度影響的濾波器（如干涉濾光片），藉由將濾波器設置在準直器的光路之後，也就是說將光準直化後再進行濾波，有助於提升光的過濾效果，而有助於降低雜訊。
綜上所述，在本發明實施例的檢測裝置中，藉由第一偏光片將激發光偏振化，在樣品受激發而放出螢光之後，再藉由第二偏光片將朝感測器傳遞的激發光濾除，藉此降低雜訊。此外，藉由控制固態光源以及感測器各自的開啟及關閉時間，使感測器在固態光源關閉後開啟，且固態光源在感測器關閉後開啟，可進一步降低固態光源所發出的激發光對於感測器的干擾。因此，本發明實施例的檢測裝置可具有良好的訊雜比。另外，檢測裝置可依需求而進一步包括擴散片、濾波器以及準直器的其中至少一個。當濾波器的濾光效果會受到入射角度的影響時，可將濾波器設置在準直器的光路之後，以提升光的過濾效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20‧‧‧檢測裝置
100‧‧‧固態光源
101‧‧‧第一偏光片
102‧‧‧採樣元件
103‧‧‧第二偏光片
104‧‧‧感測器
105‧‧‧擴散片
106‧‧‧濾波器
107‧‧‧準直器
1000‧‧‧發光元件
1040‧‧‧光感測元件
O‧‧‧透光開孔
S‧‧‧樣品
t1、t2‧‧‧時間差
T100、T102、T104‧‧‧時間段
W‧‧‧反應井
圖1是依照本發明的第一實施例的一種檢測裝置的剖面示意圖。
圖2是圖1中採樣元件的局部放大示意圖。
圖3是一波形圖，繪示出圖1中固態光源的驅動波形、圖1中感測器的驅動波形以及圖2中樣品受激發而放出的螢光的存續時間三者之間的時間關係。
圖4是依照本發明的第二實施例的一種檢測裝置的剖面示意圖。
10‧‧‧檢測裝置
100‧‧‧固態光源
101‧‧‧第一偏光片
102‧‧‧採樣元件
103‧‧‧第二偏光片
104‧‧‧感測器
105‧‧‧擴散片
106‧‧‧濾波器
107‧‧‧準直器
1000‧‧‧發光元件
1040‧‧‧光感測元件
O‧‧‧透光開孔
Claims (10)
- 一種檢測裝置，包括一固態光源、一第一偏光片、一採樣元件、一第二偏光片以及一感測器，其中該第二偏光片、該採樣元件、該第一偏光片以及該固態光源依序堆疊在該感測器上，該感測器在該固態光源關閉後開啟，且該固態光源在該感測器關閉後開啟。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，其中該固態光源包括多個微型發光二極體或多個雷射二極體。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，其中該第一偏光片與該第二偏光片具有相互垂直的穿透軸。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，其中該感測器的開啟時間與該固態光源的關閉時間之間相隔的時間差等於該感測器的快門延遲時間。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，其中該固態光源的開啟時間與該感測器的關閉時間之間相隔的時間差等於該固態光源的驅動延遲時間。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，其中該採樣元件適於承載至少一樣品，該至少一樣品被光激發後放出一螢光，該感測器在該螢光存續的時間內開啟，且該感測器在該螢光消逝後關閉。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，更包括： 一擴散片，位於該固態光源與該第一偏光片之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，更包括： 一濾波器，位於該固態光源與該第一偏光片之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，更包括： 一準直器，位於該第一偏光片與該採樣元件之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的檢測裝置，更包括： 一準直器，位於該固態光源與該第一偏光片之間；以及。 一濾波器，位於該準直器與該第一偏光片之間。
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