光学模块制造技术

一种用于拉曼光谱分析的光学模块(200)。光学模块包括：安装在基板(202)上并被配置为向目标(204)发射电磁辐射(203)的激光源(201)；安装在基板(202)上并被配置为检测从目标(204)散射的电磁辐射(207)的多个传感器(206)；以及设置在多个传感器(206)中的一个或多个传感器上方的第一滤光器(208)，其中，第一滤光器(208)对于与目标(204)的第一分子的拉曼散射波长对应的第一波长带实质透明，对于第一波长带之外的波长不透明。一波长带之外的波长不透明。一波长带之外的波长不透明。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学模块


[0001]本公开涉及一种用于拉曼光谱分析
(spectroscopy)
的光学模块及其使用方法
。

技术介绍

[0002]拉曼光谱分析是一种利用通过例如激光产生的单色电磁能来确定分子振动模式的技术
。
激光发射已知固定波长的光子，这些光子撞击分子，使其能级达到虚拟能级状态
。
从该状态回落后，光子被散射
(
发射
)。
当激光发射光子和散射光子的能级相互对应时
(
λ
散射
＝
λ
激光
)
，散射为瑞利型散射
。
瑞利散射是在被照射样本中观察到最多的散射类型
。
散射光子中有一小部分具有不同的光子能量，这种类型的散射是拉曼型散射
。
在拉曼散射中，斯托克斯位移导致波长数较高，反斯托克斯位移导致波长数较低
。
[0003]如果被照射样本含有各种不同的分子，观察到的拉曼
(
斯托克斯和反斯托克斯
)
散射就会有分布在多个波数上的峰，这可以在光谱图中可视化，并被分析以识别样本中的不同分子，每个分子都可以通过光谱图中不同峰的存在
、
位置和强度来识别
。
[0004]已知的拉曼光谱仪使用衍射光栅，该衍射光栅将观察到的信号按波长划分成多个光路，从而允许较弱的拉曼散射信号与强得多的瑞利散射信号分离
。
线像素传感器可以与透镜连接，以接收拉曼散射光
。
还可以使用陷波光学滤光器或带通滤光器来防止测量信号中的瑞利散射分量对弱得多的拉曼散射分量造成干扰
。
这种基于衍射光栅的光学装置不可避免地需要最小量的空间，以确保在衍射光栅根据波长划分观察信号时能达到足够的分辨率
。
空间要求越大，装置的微型化程度就越低
。
[0005]拉曼光谱分析的一种用途是确定患者的水合水平
。
在人体和大多数脊椎动物体内，水的用途包括运输补给品和废物，以及利用水的大热容量优势来小心地保持体内恒温
。
然而，最佳的水合水平能使身体高效地和有效地发挥其功能
。
轻微的水合过度或不足不会立即造成问题，因为身体有大量的冗余系统来应对这些问题
。
然而，当水合过度或不足超过一定水平时，就会变得危险并可能导致死亡
。
对于大多数日常生活正常的人来说，身体水合水平会保持在安全水平之内
。
然而，对于从事剧烈活动的人
(
如职业运动员
)、
在极端环境中工作的人
(
如消防员
)、
或因医疗原因身体无法自我调节水合的人
(
如老年人或透析患者
)
，可能需要对水合水平进行监测，以确保其保持在安全范围内
。
监测水合水平具有挑战性
。
通常，水合水平是通过进行皮肤测试来主观测量的
。
将拇指和食指之间的皮肤拉起并松开，时间和变色表明身体水合水平
。
然而，影响该测试的结果的因素有很多，例如皮肤成分
、
年龄和进行测试的人
。
替代地，可以通过测量尿液的颜色和体积来确定水合水平，但维生素摄入以及饮食中的矿物质会影响测量结果，因此可能不准确
。
第三种常见的方法是体重测量，有时辅以身体阻抗测量
。
然而，此类测量还会受到除了水合之外的许多外部因素的影响
。
[0006]测量水合水平的一种主观性较弱的方法是使用费森尤斯身体成分监测器
。
该仪器测量高频和低频电流之间的电阻差异
。
高频电流能够容易地通过细胞内和细胞外介质，而低频电流只能通过细胞外介质
。
这可以提供更一致的身体水合水平估计，并经常用于评估透析患者的水合水平
。
然而，费森尤斯身体成分监测器的测量结果仍然存在高度的不准确
性，因为许多因素会影响人体内的电流传导
。
[0007]测量水合水平的一种更客观的方法是使用拉曼光谱分析来识别来自患者真皮的瑞利散射中的
OH
分子组特征
(molecule group signature)。Peter J.Caspers、Gerald W.Lucassen、Elizabeth A.Carter、Hajo A.Bruining
和
Gerwin J.Puppels(2001)
在
2001
年第
116
卷
、2001
年3月第3期的“In Vivo Confocal Raman Microspectroscopy of the Skin:Noninvasive Determination of Molecular Concentration Profiles”，“皮肤病学研究学会
(The Society for Investigative Dermatology,Inc.)”的“IN VIVO RAMAN SPECTROSCOPY OF SKIN”(Caspers
，
2001)
提出使用基于台式衍射光栅的拉曼光谱仪来确定真皮中水的浓度与皮肤表面距离的函数关系
。
具体地，在皮肤表面下的每个探测深度处，通过比较
OH
分子的拉曼信号峰强度
(I
水
)
与
CH3基分子的拉曼信号峰强度
(I
蛋白质
)
，可以确定
OH
分子浓度与
CH3分子
(
存在于蛋白质等生物真皮材料中
)
浓度的比率
。
该比率给出了每个探测深度处的含水量百分比的估计值，从而表明了患者的水合水平
。
图
1a
摘自
Caspers 2001
，表明了皮肤探测部分的已知拉曼光谱，显示了
CH3和
OH
分子的峰
。CH3的拉曼位移
2910
‑
2965cm
‑1和
OH
的拉曼位移
3350
‑
3550cm
‑1之间的每个峰下方的区域
101、102
给出了
CH3和
OH
的浓度强度
I
蛋白质
和
I
水
的近似值
。
这种测量可在皮肤下不同深度水平处进行，例如0‑
200
μ
m
，并可用于提供多个不同皮肤深度的
I
水
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于拉曼光谱分析的光学模块
(200)
，包括：激光源
(201)
，安装在基板
(202)
上并被配置为向目标
(204)
发射电磁辐射
(203)
；多个传感器
(206)
，安装在所述基板
(202)
上并被配置为检测从所述目标
(204)
散射的电磁辐射
(207)
；以及第一滤光器
(208)
，设置在所述多个传感器
(206)
中的一个或多个传感器上方，其中，所述第一滤光器
(208)
对于与所述目标
(204)
的第一分子的拉曼散射波长对应的第一波长带实质透明，对于所述第一波长带之外的波长不透明
。2.
根据权利要求1所述的光学模块
(200)
，包括设置在所述多个传感器
(206)
中的一个或多个传感器上方的第二滤光器
(209)
，其中，所述第二滤光器
(209)
对于与所述目标
(204)
的第二分子的拉曼散射波长对应的第二波长带实质透明，对于所述第二波长带之外的波长不透明
。3.
根据权利要求2所述的光学模块
(200)
，包括安装在所述基板
(200)
上的集成电路
(202a)。4.
根据权利要求3所述的光学模块
(200)
，其中，所述集成电路
(202a)
被配置为控制所述激光源
(201)
向所述目标
(204)
发射调制的电磁辐射，以及解调从所述目标
(204)
散射的检测到的电磁辐射
。5.
根据权利要求4所述的光学模块
(200)
，其中，所述集成电路是专用集成电路
(202a)
，并包括所述多个传感器
(206)、
所述第一滤光器
(208)
和所述第二滤光器
(209)。6.
根据权利要求5所述的光学模块
(200)
，其中所述专用集成电路
(202a)
还包括锁相环检测电路
、
信号放大电路和激光源驱动电路
。7.
根据上述权利要求中任一项所述的光学模块
(200)
，包括位于从所述激光源
(201)
到所述目标
(204)
的光路中的透镜
(210)
，所述透镜
(210)
被配置为将从所述激光源
(201)
发射的电磁辐射
(207)
聚焦到所述目标
(204)
的真皮层
(204c)
中的相应深度
(211)
处的一个或多个焦点上
。8.
根据权利要求7所述的光学模块
(200)
，其中，所述透镜
(210)
位于从所述目标
(204)
到所述多个传感器
(206)
的所述光路之外
。9.
根据权利要求7或8所述的光学模块
(200)
，其中，所述激光源
(201)
被定位成与所述基板
(202)
上的所述多个传感器
(206)
间隔开，并被配置为沿不垂直于所述基板
(202)
的平面的方向从所述光学模块
(200)
向所述目标
(206)
发射电磁辐射
。10.
根据权利要求7所述的光学模块
(200)
，其中，所述透镜
(210)
位于从所述目标
(204)
到所述多个传感器
(206)
的所述光路中
。11.
根据权利要求
10
所述的光学模块
(200)
，其中，所述光学模块
(200)
包括位于从所述目标
(204)
到所述多个传感器
(206)
的所述光路中的多个反射器
(214)
，所述反射器
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：ams传感器德国有限公司，
类型：发明
国别省市：