用于将光束耦合到箔中的方法和设备技术

本发明专利技术涉及其中将光束（L）耦合至透明组件中，例如箔（110）中，的方法和光学设备（150）。通过将光束（L）散光聚焦至箔（110）的矩形或椭圆形入口窗口（W）上来实现入耦合，其中，光束（L）的焦线（Fx）沿入口窗口（W）的延伸轴（x）取向。优选地，光束（L）的第二焦线（Fy）布置于感兴趣的区域（112）以下的透明组件（110）内部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将光束耦合到箔中的方法和设备
本专利技术涉及用于将光束耦合到透明组件中，特别是耦合到例如箔的平面组件中，的方法和光学设备。
技术介绍
WO2009/016533A2公开了用于在盒（cartridge）中进行光学检查，特别是用于通过受抑全内反射（FTIR）对磁性颗粒的探测，的微电子传感器设备。盒包括用于光并且相对于盒的平面具有特定倾斜度的入口和出口窗口。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供容许光至平面透明组件中的有效入耦合（incoupling）并且能够有成本效益地实现的构件。此目的通过根据权利要求1和2的方法、根据权利要求3的光学设备、以及根据权利要求13的用途来实现。在从属权利要求中公开了优选实施例。本专利技术的方法容许光束至透明组件中的入耦合，光束能够通过所述透明组件，所述组件具有矩形或椭圆形（oblong）入口窗口，所述入口窗口具有给定的延伸轴。入口窗口的实际形状相当任意，然而，其典型地将是矩形的（或至少包括矩形区），具有沿所述窗口的所述延伸轴延伸的长度和比所述长度小的宽度。入口窗口的典型的纵横比（即长度与宽度之间的比率）的范围在约20:1与3:2之间。该方法包括光束至入口窗口上的散光聚焦，使得焦线（focalline）（典型地两个焦线中的第一焦线）沿入口窗口的轴延伸。在此上下文中，术语“散光聚焦”意指（例如对称）光束的聚焦，使得——甚至理论上，不是光束的所有射线在相同的焦点处相遇。而是，存在光束的射线通过的至少一个1维线段（以下称作“焦线”）。通常，能够识别彼此倾斜（典型地垂直）且沿光轴间隔开的两个该焦线。此外，沿入口窗口的轴的（第一）焦线的延伸应当意指（第一）焦线与入口窗口的轴之间的角小于约45°，优选地小于20°。更优选地，焦线和入口窗口的轴基本是平行的（其中，关于取向的公差取决于焦线的实际形状，由入耦合NA和第一及第二焦距和入口窗口的高度限定。在使用第一焦线在平面光学组件中耦合入光后，使用全内反射沿光轴在组件内部引导该光。结果，将在组件内部在第二焦线的位置处，离入口窗口宏观距离处，引起高强度的区域，此距离由散光光学器件的两个焦距之间的差给出。这些特征主要与具有距组件的边缘数毫米的传感器区段的薄的光学组件（例如盒）相关。本专利技术还涉及光学设备，该光学设备包括两个主要组件，即：a）容纳空间（或支架），能够将具有矩形或椭圆形入口窗口的透明组件布置在该容纳空间（或支架）处，或者具有矩形或椭圆形入口窗口的透明组件布置在该容纳空间（或支架）处。在第一种情况下（“能够将…布置在”），透明组件将典型地为不属于光学设备的可交换的元件。在第二种情况下（“布置在”），透明组件可以永久布设在容纳空间处并且可以视为光学设备的部分。b）聚焦光学器件，用于将光束散光聚焦至容纳空间处的透明组件的入口窗口上，使得（优选地第一）焦线沿入口窗口的轴延伸。所述方法和光学设备是本专利技术的相关实施例。给这些实施例之一提供的解释和限定因此对于其它实施例也是有效的。所述方法和光学设备具有如下优点：它们容许使用矩形或椭圆形入口窗口，全部光束至平面透明组件中的入耦合，其通常甚至对于透明组件的简单形状是可用的。通过使用光束的散光聚焦，且使焦线沿所述窗口的轴延伸，最佳地利用了该入口窗口的矩形或椭圆形形状。这给予了关于光束的其它焦点特性，特别是关于第二焦线，的自由，如以下更详细地解释的。下面，将描述与上述方法和光学设备相关的本专利技术的各种实施例。已经提到，散光聚焦的光束通常包括第二焦线。在本专利技术的优选实施例中，将光学设计参数选择为使得第二焦线设置在透明组件内部。这容许在所述透明组件内部生成会聚所有光线的区。通常，只要提供矩形或椭圆形入口窗口，则透明组件可以具有任何三维形状。此外，优选地满足了用于全内反射的波导条件。在优选实施例中，透明组件是（透明）材料板或片，从而具有能够最容易地实现的形式。特别是，透明组件可以是箔，优选地厚度在约50μm与1000μm之间的箔。例如能够利用该箔有效地实现其中能够提供样品用于光学调研的一次性盒。透明组件和聚焦光学器件的设计优选地是使得光束——或光束的至少一个射线——在透明组件内部至少全内反射一次。以此方式，光束或其部分可以在透明组件内部无损失地传播，并且从而到达远离入口窗口的目标区域。优选地，光束例如在两个相对表面处全内反射数次，从而如在波导中传播。如果属于第一焦线的NA小于最大值NAmax，保证了透明组件内部的全内反射，由此用作波导，则例如能够实现前述设计。此最大值能够假设为：ncomponent为透明组件的折射率，且nsurrounding为透明组件的周围介质（例如，空气在下且水在上，在该情况下，nsurrounding＝nwater）的最大折射率。根据另一实施例，透明组件包括具有探测区域的表面，光束在该探测区域处被全内反射（在进入透明组件之后）。这容许利用由全内反射引起的消逝波的生成，例如用于靠近反射表面的有限区域的照明。从而，例如可以通过受抑全内反射来探测样品的目标组件。最优选地，散光聚焦的光束的上述第二焦线可以设置在探测区域处，使得光束的所有光线到达此区域，其中，第二焦线优选地垂直于探测区域取向。为了实现光束的散光聚焦，聚焦光学器件可以包括散光透镜，例如圆柱透镜。散光聚焦的光束原理上可以源自任何源，例如源自环境光。然而，最优选地，光学设备包括用于可控制地生成光束的（技术）光源。光源例如可以是可选地提供有用于对光束进行准直的一些光学器件的激光器或发光二极管（LED）。聚焦的光束的NA应当足够小，优选地小于先前定义的NAmax，以满足用于全内反射的条件。当打算进行测量或探测过程时，通常增加光探测器，用于探测离开透明组件的光。此光可以特别是源自耦合至透明组件中的光束，即，其可以由此光束的（例如反射或散射的）光子或由此光束感生的（例如荧光）光子构成。探测器可以包括能够探测给定谱的光的任何合适的单个传感器或多个传感器，例如光电二极管、光电阻、光电池、CCD芯片、或光电倍增管。根据前述实施例的进一步的发展，提供评价单元，用于光探测器的信号的处理和评价。评价单元可以例如通过专用电子硬件、具有关联的软件的数字数据处理硬件、或二者的组合来实现。此外，可以提供磁场生成器（例如，永磁体或电磁体），用于在透明组件内部和/或在与该透明组件相邻的空间中生成磁场。利用该磁场，例如操纵靠近透明组件的样品中的磁性地标注的目标组件是可能的。本专利技术还涉及上述光学设备用于分子诊断、生物样品分析、化学样品分析、食物分析、和/或法医分析的用途。可以例如借助于直接或间接附着至目标分子的磁珠或荧光颗粒来完成分子诊断。附图说明根据以下描述的实施例，本专利技术的这些和其它方面将变得明显，并参照这些实施例对本专利技术的这些和其它方面进行阐述。图中：图1以透视图示意性地示例了利用球透镜，光束至箔中的入耦合；图2示出了图1的装备的顶视图；图3以透视图示意性地示例了其中光束散光耦合至箔中的光学设备；图4示出了图3的装备的顶视图；图5示例了用于计算的几何参数；图6是示出了作为数值孔径的函数的焦距和束直径的图示；图7是散光聚焦的光束的透视示例；图8包括用于设计参数的导出的公式。相似的参考数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.06 US 61/531,1221.一种用于将光束(L)耦合至具有沿轴(x)延伸的入口窗口(W)的透明组件(110)中的方法，所述方法包括通过散光透镜(151)将所述光束(L)散光聚焦至所述入口窗口(W)上，使得：-光束(L)的焦线(Fx)沿所述入口窗口(W)的x轴延伸，-光束(L)的第二焦线(Fy)沿y轴延伸并且设置在所述透明组件(110)内部，其中所述y轴正交于所述x轴，-所述光束(L)在所述透明组件(110)内部至少全内反射一次，其中，所述透明组件(110)包括具有探测区域(112)的表面(111)，其特征在于，第二焦线(Fy)设置在所述探测区域(112)处。2.一种光学设备(150)，包括：a)容纳空间，具有沿x轴延伸的矩形或椭圆形入口窗口(W)的透明组件(110)布置在所述容纳空间处或能够布置在所述容纳空间处；b)聚焦光学器件(151)，用于将光束(L)散光聚焦至所述入口窗口(W)上，使得光束(L)的焦线(Fx)沿所述入口窗口(W)的所述x轴延伸，光束(L)的第二焦线(Fy)沿y轴延伸并且设置在所述透明组件(110)内部，其中所述y轴正交于所述x轴。3.根据权利要求1所述的方法，或根据权利要求2所述的光学设备(150)，其特征在于，所述透明组件(110)是材料板或片。4.根据权利要求3所述的方法或光学设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·H·B·施莱彭，J·H·M·雷正，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：
国别省市：