TW202221310A - 檢測裝置與檢測方法 - Google Patents

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Abstract

一種檢測裝置，包括發光元件、光檢測元件、至少一反射式光學薄膜元件以及控制單元。發光元件用以提供激發光束，其中主發光波長落於激發波段範圍內的部分激發光束在照射待測物後產生螢光光束。光檢測元件用以接收主發光波長落於檢測波段範圍內的部分螢光光束。控制單元與至少一反射式光學薄膜元件耦接。控制單元控制至少一反射式光學薄膜元件用以濾除入射光束的部分波段範圍，且入射光束為激發光束與螢光光束的至少其中一者。一種用於前述檢測裝置之檢測方法亦被提出。

Description

檢測裝置與檢測方法
本發明是有關於一種檢測裝置與檢測方法，且特別是有關於一種光致螢光應用的檢測裝置與檢測方法。
現有的螢光即時定量聚合酶連鎖反應(real-time polymerase chain reaction / quantitative polymerase chain reaction， real-time PCR/qPCR)應用的檢測技術主要包含溫控部分、檢測部份及分析部份。在溫控部分，是利用溫度控制裝置產生所需要的熱循環，而使得待測物中檢測對象的量於每次熱循環後倍增，並可於經過N次熱循環後待測物的量變成2的N次方倍。在檢測部份，是利用主發光波長落於特定波段範圍內的激發光束在照射待測物後產生主發光波長落於另一特定波段範圍內的螢光光束，再用光檢測元件接收此螢光光束，並對此螢光光束的特性進行檢測。在分析部份，是利用分析軟體即時地監測整個聚合酶連鎖反應的溫度變化與螢光變化，對待測物作量化分析。
一般而言，由於市面上用於添加在待測物中的螢光試劑有許多種，而每種螢光試劑都有其相對較適合的激發光譜，因此需根據螢光試劑的種類而在激發光束通過待測物前的光路上設置適合的帶通濾鏡(帶通濾光片，optical bandpass filter)，以於照射到待測物中的螢光試劑時有效形成所需的螢光光束，其中，帶通濾鏡(帶通濾光片)是一種可讓某一段波長的光線穿透並且不讓其他波長的光線穿透之濾光片。並且，由於螢光光束的訊號一般而言相當微弱，容易被其他雜訊光的訊號掩蓋，因此在光檢測元件接收此另一特定波段範圍內的螢光光束前的光路上，通常也會設有具一或數片帶通濾鏡的濾光模組以濾除此另一特定波段範圍外的雜訊光的訊號並純化螢光光束的特性。為了確保檢測精度，許多帶通濾鏡的光密度OD(Optical Density)值皆被要求須達到OD6等級，即通過各帶通濾鏡的截止波段的光線通過率須小於等於10的負6次方。
另一方面，市面上現有的檢測裝置，當需檢測搭配多種不同螢光試劑的待測物時，就會設置多個不同的螢光通道(即自光源、激發光束產生、至待測物形成螢光光束、一直到光檢測元件前後的整體光路徑)來對應多種不同螢光試劑的需求，並需在各螢光通道上設置包含多個具有不同帶通濾鏡的不同濾光模組，以符合形成具有適合的激發光譜的激發光束以及純化螢光光束特性的需求。
如此一來，依據現有技術，當一檢測裝置被設計成可以同時檢測多種不同螢光試劑的待測物而使得螢光通道的數量增加時，進而增加產品成本。
依據本發明的檢測裝置的一種實施例，包括激發光光源、光偵測器、第一反射式光學薄膜元件、第一驅動單元以及控制單元。第一反射式光學薄膜元件係設置於激發光光源與光偵測器間之一螢光通道上。第一驅動單元用以驅動第一反射式光學薄膜元件之作動。控制單元用以控制第一驅動單元。第一反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元，分別用以獲得一第一波段範圍的光線與一第二波段範圍的光線。
依據本發明的一種檢測方法的一種實施例，適用於一檢測裝置，檢測裝置包括一激發光光源、一光偵測器、一第一反射式光學薄膜元件、一第一驅動單元、及一控制單元以及，其中第一反射式光學薄膜元件係具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元，分別用以獲得一第一波段範圍的光線與一第二波段範圍的光線，且檢測方法包括下列步驟：利用控制單元控制第一驅動單元，以使第一驅動單元驅動第一反射式光學薄膜元件作動，而使第一反射式濾光單元進入設置於激發光光源與光偵測器間之一螢光通道；利用激發光光源提供一激發光束並照射於一待測物後產生一螢光光束；以及利用光檢測元件接收螢光光束。其中，利用第一反射式濾光單元對一入射光束進行濾光，以獲得一第一波段範圍的光線，且入射光束是激發光束與螢光光束二者之一。
依據本發明的一種螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統的一種實施例，包括檢測裝置，溫控模組及分析模組。檢測裝置包括激發光光源、光偵測器、第一反射式光學薄膜元件、第一驅動單元以及控制單元。第一反射式光學薄膜元件係設置於激發光光源與光偵測器間之一螢光通道上。第一驅動單元用以驅動第一反射式光學薄膜元件之作動。控制單元用以控制第一驅動單元。溫控模組係用以控制系統之一溫度。分析模組係用以分析來自光檢測元件之一訊號。第一反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元，分別用以反射一第一波段範圍的光線與一第二波段範圍的光線。
在本發明的一實施例中，上述的第一反射式光學薄膜元件的第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一激發光束照射時獲得第一激發波段範圍的光線與第二激發波段範圍的光線。
在本發明的一實施例中，上述的第一反射式光學薄膜元件的第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一螢光光束照射時獲得一第一螢光波段範圍的光線與一第二螢光波段範圍的光線。
在本發明的一實施例中，上述的第一驅動單元可驅動第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元運動而進入或離開螢光通道。
在本發明的一實施例中，上述的第一驅動單元可分別驅動第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元平移而進入或離開一螢光通道。
在本發明的一實施例中，上述的第一驅動單元可驅動第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元旋轉而進入或離開螢光通道。
在本發明的一實施例中，上述的檢測裝置，還包含有一第二反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元、及一第二驅動單元用以驅動第二反射式光學薄膜元件之作動，且第一反射式光學薄膜元件的第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一激發光束照射時獲得一第一激發波段範圍的光線與一第二激發波段範圍的光線，且第二反射式光學薄膜元件的第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一螢光光束照射時獲得一第一螢光波段範圍的光線與一第二螢光波段範圍的光線。
在本發明的一實施例中，上述的第一反射式光學薄膜元件的第一反射式濾光單元係與第二反射式光學薄膜元件的第一反射式濾光單元係成對使用，且第一反射式光學薄膜元件的第二反射式濾光單元係與第二反射式光學薄膜元件的第二反射式濾光單元係成對使用。
在本發明的一實施例中，上述的入射光束是激發光束，且第一驅動單元驅動第一反射式光學薄膜元件作動，而使第一反射式濾光單元進入設置於激發光光源與待測物間之一光路並反射第一波段範圍的光線。
在本發明的一實施例中，上述的檢測裝置更包括一第二反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元、及包括一第二驅動單元，第二驅動單元用以驅動第二反射式光學薄膜元件之作動而使其第一反射式濾光單元進入設置於待測物與光偵測器間之一光路並反射第二波段範圍的光線。
在本發明的一實施例中，上述的入射光束是螢光光束，且第一驅動單元驅動第一反射式光學薄膜元件作動，而使第一反射式濾光單元進入設置於待測物與光偵測器間之一光路。
基於上述，本發明的檢測裝置與檢測方法，藉由至少一反射式光學薄膜元件的配置來進行螢光檢測。依據本發明之一實施例，只需設置至少一反射式光學薄膜元件，不需設置由帶通濾鏡組成的濾光模組，即可進行螢光檢測，也易於進行設備的更新與擴充。依據本發明之另一實施例，利用同一光路或螢光通道，即可支援多種不同的螢光試劑種類的待測物的檢測，因此能簡化光路與降低裝置複雜性。
圖1是依照本發明的一種實施例的一種檢測裝置的系統方塊圖。圖2是圖1的一種檢測裝置的架構示意圖。圖3A是圖2的反射式光學薄膜元件的一種實施例的示意圖。圖3B至圖3E是反射式光學薄膜元件的工作原理說明示意圖。圖4是採用圖3A的反射式光學薄膜元件時的一種檢測方法的流程示意圖。圖5A是圖2的檢測裝置在入射光束為激發光束時的光路示意圖。圖5B是圖2的檢測裝置在入射光束為螢光光束時的光路示意圖。圖5C是圖5A的套筒結構的局部放大示意圖。圖5D是圖5A的另一種套筒結構的局部放大示意圖。請參照圖1與圖2中本發明的實施例，本實施例的檢測裝置100包括發光元件110、容置框架120、光檢測元件130、控制單元150、至少一驅動單元160以及至少一反射式光學薄膜元件140，其中至少一驅動單元160包括第一驅動單元161及第二驅動單元162，所述至少一光學薄膜元件140包括第一反射式光學薄膜元件141與第二反射式光學薄膜元件142。此外，在本實施例中檢測裝置100的螢光通道，由發光元件110至第一反射式光學薄膜元件141的激發光束ELi的光路、第一反射式光學薄膜元件141至容置框架120(的待測物O)的激發光束ELo的光路、容置框架120(的待測物O)至第二反射式光學薄膜元件142的螢光光束FLi的光路、第二反射式光學薄膜元件142至光檢測元件130的螢光光束FLo的光路整體所構成。依照本發明的一種實施例，檢測裝置100包括係包含一外殼(圖未示)以容置發光元件110、容置框架120、光檢測元件130、控制單元150、至少一驅動單元160以及至少一反射式光學薄膜元件140中之全部或部份。
依照本發明的一種實施例，發光元件110用以提供激發光束ELi。舉例而言，發光元件110可為白光發光二極體，而可用以提供發光波長落在400奈米左右至700奈米左右之間的激發光束ELi。再舉例而言，發光元件110可為紫外光發光二極體，其所提供的發光波長範圍包含至少一部份的紫外光波長範圍。又舉例而言，發光元件110可為包含可見光與紫外光的光源，其所提供的發光波長範圍包含至少可見光與紫外光的波長範圍。
本實施例的容置框架120用以容置待測物O。依照本發明如圖2所示的一種實施例，容置框架120具有至少一套筒結構121，其中至少一套筒結構121用以容置待測物O。舉例而言，如圖2所示，具有螢光試劑的待測物O放置在其中一套筒結構121中，而當此螢光試劑所適合的激發光譜落在激發波段範圍時，則當主發光波長落於激發波段範圍內的部分激發光束ELo在照射待測物O時，待測物O中的螢光試劑可產生螢光光束FLi。
根據本發明之一實施例，如圖2及圖3A至圖3E所示，至少一反射式光學薄膜元件140可以當光線射入時利用光線的干涉作用來濾除入射光束IL的部分波段範圍，以形成並反射出主發光波長落於特定波段範圍的出射光束OL。根據本發明之一實施例，至少一反射式光學薄膜元件140包括第一反射式光學薄膜元件141及/或第二反射式光學薄膜元件142，且第一反射式光學薄膜元件141及/或第二反射式光學薄膜元件142可為一微機電系統(MEMS, microelectromechanical systems)的反射式光學薄膜元件，能在控制單元150的控制下反射具有特定波長的入射光束IL，或是將入射光束IL中具有特定波長的光線反射出而成為出射光束OL。依據本發明之又一實施例，微機電系統反射式光學薄膜元件140可包括複數組不同的反射式濾光單元FU。更具體而言，這些不同的反射式濾光單元FU分別具有不同的薄膜構造(例如薄膜厚度或薄膜材料等)，而各自可在控制單元150控制下分別反射不同特定波長的入射光束IL而成為出射光束OL。
依據本發明之一實施例，如圖3A至圖3E所示，第一反射式光學薄膜元件141與第二反射式光學薄膜元件142分別包括多個反射式濾光單元FU，這些反射式濾光單元FU包括不同的反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4，各自具有不同的構造，故其所反射的光線的主發光波長的波段範圍不同。依據本發明之一實施例，反射式濾光單元FU可以包含複數層薄膜，利用薄膜構造設計之不同(例如薄膜厚度之不同或是例如薄膜材質之不同)可以使不同的反射式濾光單元FU反射的光線的主發光波長的波段範圍不同。
以下將搭配反射式光學薄膜元件的工作原理的簡單介紹，來進行進一步地解說。
請參閱圖3B，依據薄膜光學干涉原理，當光線由疏介質進入密介質且被反射時光的相位會改變180度，而當光線由密介質進入疏介質且被反射時則否。因此，當入射光束IL從界面S1垂直射入薄膜時，其經由第一界面S1垂直反射後離開薄膜的出射光束OL1與其射入薄膜後經由第二界面S2垂直反射後再從界面S1透射離開薄膜的出射光束OL2之間的光程差(optical path difference，OPD)若符合其波長λ的整數倍再多波長λ的一半時，亦即：光程差OPD = (λm-λ/2)，m為正整數1，2，3…，則分別經由第一界面S1與第二界面S2所反射的出射光束OL1與出射光束OL2就會同相位而產生相長性干涉(constructive interference)，而其加總的射光束OL的強度就會顯著增加，其中光程差為薄膜厚度Tx的兩倍與薄膜折射率nx 的積：光程差OPD = 2(Tx)*(nx) = 2(nx)(Tx)。然而，當入射光束IL的波長不符合上述情形時，則無法被薄膜大幅反射。換言之，光學薄膜的厚度將可決定能被大幅反射的出射光束OL的波長。舉例而言，當選擇m=1時，光程差OPD =λ/2，光學薄膜的厚度與出射光束OL的相長性干涉可通過下列關係式決定：λ=4(nx)(Tx)。
請參閱圖3C，當外界入射光束IL並非垂直射入薄膜而具有一入射角θ0時，分別經由第一界面S1與第二界面S2所反射的出射光束OL1與出射光束OL2的光程差則需考慮外界介質的折射率n0、薄膜介質的折射率nx、入射光束IL進入薄膜內部的入射角θ0與折射角θx等參數關係，且考慮當外界為真空或空氣時之折射率n0約等於1時，則會符合下式：光程差OPD=2(nx)(Tx)cos(θx)，其中可利用sin(θx) = (n0)sin(θ0)/(nx) = sin(θ0)/(nx) (依據司乃耳定律，Snell’s Law)算出cos(θx)，再考慮相長性干涉時，光程差OPD = (λm-λ/2)，m為正整數1，2，3…，即可藉由設定適合的薄膜厚度Tx而達成波長λ的光線的相長性干涉。舉例而言，當選擇m=1時，光程差OPD =λ/2，薄膜厚度Tx與出射光束OL的波長λ的關係可通過下式決定：λ=4(nx)(Tx)cos(θx)，其中sin(θx) = sin(θ0)/(nx)，且nx可由介質材料得知，故當入射角θ0決定後即可得出折射角θx，進而算出cos(θx)。並且，為了取得具有所需波長λ的值的出射光束OL，則可經由上式基於出射光束OL的所需波長λ的值來設定適合的薄膜厚度Tx。
請參閱圖3D，再進一步考慮有更多層薄膜時之情形，其中由上而下的外界層L0，第一介質層L1，第二介質層L2，第三介質層L3的折射率分別例如為n0，n1，n2，n3，且n0＜n1，n2＜n1，n2＜n3，其中外界層L0例如為外界(例如是空氣或真空)，第一介質層L1例如為光學薄膜，及第二介質層L2例如為光學薄膜或空腔(例如其中為空氣或真空)，第三介質層L3例如為光學薄膜或鏡面(例如為全反射鏡面)，此時由上而下，各介質層分別為光疏介質、光密介質、光疏介質、光密介質。當外界的入射光束IL並非垂直射入薄膜而具有一角度時，假設入射角為入射角θ0，於點A通過第一界面S1(或外部界面S1，為外界層L0與第一介質層L1之間的界面)時之折射角為第一夾角θ1，且再於點B通過內部界面Si(第一介質層L1與第二介質層L2之間的界面)時之折射角為第二夾角θ2，且光束於點C遇到第二界面S2 (或底部界面S2，為第二介質層L2與第三介質層(基板)L3之間的界面)時僅考慮反射而向上直接通過內部界面Si的點D與第一界面S1的點E出來的部份，其中第一介質層L1具有一厚度Tu且第二介質層L2具有一厚度Tv，則可得到出射光束OL3相對於出射光束OL1的光程差OPD = 2(n1)(Tu)cos(θ1) + 2(n2)(Tv)cos(θ2)，其中(n0)sin(θ0) = (n1)sin(θ1) = (n2)sin(θ2) (依據司乃耳定律)，且另外再考慮n0＜n1與n2＜n3，故第一界面S1與第二界面S2反射光線時皆有相位轉換180度，因而在相長性干涉時，光程差OPD = λm，m為正整數1，2，3…，即可藉由設定適合的薄膜厚度而達成波長為λ的光線的相長性干涉，出射光束OL2的效應公式則是已於圖3C中得到，而出射光束OL則是加總考慮出射光束OL1，出射光束OL2，出射光束OL3及其他反射光線的干涉效應總合。當光學薄膜的層數再增加而有多層薄膜堆疊時可以進一步的設定其光學性質，增強波長λ的光線的相長性干涉效果，進而達到波長選擇的目的。藉由前述薄膜光學干涉原理，可以利用設定適合的光學薄膜元件之薄膜厚度Tx而選擇反射出的所希望的光線的主波段範圍。
更具體而言，依據薄膜光學干涉原理，當在一基板上鍍膜時，可以利用薄膜厚度之調整來調整不同波長光線反射時的干涉表現，進而改變不同波長反射光線的相對強度，使得波長發生相長性干涉的光線反射率提高，波長發生相消性干涉的光線反射率降低，且對於一特定的鍍膜基板(鍍膜結構已經固定)而言，當光線照射在其上時的反射光線中，不同波長光線之各自有其反射率的增減。
基於上述原理，利用設置多層薄膜並考慮材料的選用與薄膜厚度的設定，可以達成增強特定波長光線反射的目的，得到針對特定波長光線的高反射係數結構。舉例而言，請參閱圖3E，其中的結構為在基板Lb上先設置一層高折射率材料層Lh，再交錯相疊2組低折射率材料層與高折射率材料層(Ll/Lh)，此膜系由下而上的堆疊為S/H LH LH/A = S/H(LH) 2/A，且每層薄膜厚度為基準波長λ0（即欲反射之波長）的四分之一倍，對於基準波長λ0的光線反射時的相長性干涉有良好的效果，其中S代表基板、H代表高折射率材料層、L代表低折射率材料層、A代表空氣層。一般而言，當在基板S上先設置一層高折射率材料層Lh，再將多個低折射率材料層Ll與多個高折射率材料層Lh先後交錯相疊地鍍在基板Lb上後再與外界的空氣介質相鄰且每層薄膜厚度為基準波長λ0的四分之一倍時，可構成一膜系結構S/H(LH) p/A，經由第一界面S1與第二界面S2以及其間的各界面Si1、Si2、Si3、Si4可使反射光線的相長性干涉變得顯著而增加整體反射率，其等效折射率(n E)將會上升，基準波長λ0的光線反射率R也會提升，如下述公式所示，其中，n E為等效折射率，n S為基板的折射率，n H為高折射率材料層Lh的折射率，n L為低折射率材料層Ll的折射率，R為反射率，p則是低折射率材料層與高折射率材料層(Ll/Lh)為一組時交錯相疊的組數，p係為一正整數，即p=1, 2, 3, …。這種反射鍍膜層的設計，通稱為四分之一波膜堆(quarter-wave stack)，可用以獲得高反射率。
Figure 02_image001
Figure 02_image003
依據本發明之一實施例，可以考慮材料的選用與薄膜厚度的設定並用四分之一波膜堆設計，製作出第一反射式光學薄膜元件141與第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU的內部結構。依據本發明之另一實施例，亦可考慮材料的選用與薄膜厚度的設定而使用其他高反射率的薄膜設計而不限於使用四分之一波膜堆設計。
並且，依據本發明之一實施例，如圖1所示，檢測裝置100包括多個驅動單元160，多個驅動單元160包括第一驅動單元161及第二驅動單元162，控制單元150控制第一驅動單元161及第二驅動單元162分別驅動第一反射式光學薄膜元件141及第二反射式光學薄膜元件142作動，以使其中一者之反射式濾光單元FU切入激發光束ELo的傳遞路徑上，另一者之反射式濾光單元FU切入螢光光束FLo的傳遞路徑上。也就是說，控制單元150可透過控制至少一反射式光學薄膜元件140中不同的反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4位置的移動或切換，來進一步調整激發光束ELo及/或螢光光束FLo的主發光波長的範圍，以使激發光束ELo的主發光波長能落於激發波段範圍內及/或螢光光束FLo的主發光波長能落於檢測波段範圍內。
更具體而言，在本實施例中，控制單元150能夠基於激發波段範圍，來選擇第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4的其中一者。
並且，控制單元可控制第一驅動單元驅動第一反射式光學薄膜元件141的其中一反射式濾光單元FU切入激發光束ELo的傳遞路徑上。舉例而言，如圖2所示，在本實施例中，第一驅動單元161驅動第一反射式光學薄膜元件141作動的方式為轉動，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，第一驅動單元161驅動第一反射式光學薄膜元件141作動的方式可為移動及/或轉動。
如此，控制單元150即可透過第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4的選取來使激發光束ELo的主發光波長能落於激發波段範圍。
如此，只要選擇適當的反射式濾光單元FU切入激發光束ELo的傳遞路徑上，當激發光束ELi通過第一光學薄膜元件141時，就可形成主發光波長落於激發波段範圍內的所需的激發光束ELo。
如圖2及圖5A至圖5B所示，在本實施例中，入射光束IL可為激發光束ELi及/或螢光光束FLi，而其對應的出射光束OL則分別為激發光束ELo及/或螢光光束FLo。進一步而言，如圖2與圖5A所示，當入射光束IL為激發光束ELi時，至少一反射式光學薄膜元件140包括第一反射式光學薄膜元件141，第一反射式光學薄膜元件141位於激發光束ELi的傳遞路徑上，且位於發光元件110與容置框架120之間。換言之，當入射光束IL為激發光束ELi時，即為激發光束ELi入射第一反射式光學薄膜元件141的情況。當激發光束ELi通過第一光學薄膜元件141時，則可透過控制第一反射式光學薄膜元件141的不同反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4的位置切換，來選擇適合的第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU，形成主發光波長落於激發波段範圍內的激發光束ELo。
並且，如圖2所示，在本實施例中，檢測裝置100還包括第一外殼HS1以形成一第一暗房，用以容置發光元件110以及第一反射式光學薄膜元件141，以隔絕外部之雜訊光而利於螢光檢測之進行。並且，第一外殼HS1具有一出口EX，用以供主發光波長落於激發波段範圍內的激發光束ELo通過。依照本發明的一種實施例，檢測裝置100設有至少一暗房容置待測物O，以隔絕外部之雜訊光而利於螢光檢測。依照本發明的另一種實施例，待測物O設於一暗房中而由容置框架120所支持，以隔絕外部之雜訊光，但暗房具有一開口讓待測物O可接收激發光束ELo及一開口讓待測物O可發送螢光光束FLi。
更詳細而言，如圖2與圖5A所示，由於發光元件110的位置、激發光束ELi的入射方向與待測物O的位置皆為固定，因此，第一反射式光學薄膜元件141的法線方向N1以及激發光束ELi與法線方向N1之間的第一入射角α1也會保持為固定不變的定值，因此只要將第一外殼HS1的出口EX設置為位於激發光束ELo的傳遞路徑上的小孔，激發光束ELo即可通過出口EX並入射至待測物O處。依照本發明的一種實施例，第一外殼HS1的內側會採用黑色材質或濆塗黑色材質的漆的吸光物質，以降低激發光束ELi經由第一外殼HS1內部結構反射而通過第一外殼HS1的出口EX的可能性，而可進一步濾除雜訊光的影響。
接著，如圖2與圖5C所示，依據本發明之一實施例，至少一套筒結構121位於激發光束ELo的傳遞路徑上。在本實施例中，至少一套筒結構121之各者具有一開口OP，主發光波長落於激發波段範圍內的激發光束ELo在通過第一外殼HS1的出口EX後，會對準開口OP，而使開口OP可用以接收激發光束ELo。舉例而言，開口OP的寬度尺寸可介於大約0.5毫米至1毫米之間，以使減少環境雜訊光通過開口OP的可能性，並維持開口OP所能接收到的激發光束ELo的最大值即可。此外，在本實施例中，開口OP的形狀可為狹縫，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，開口OP的形狀也可為圓形開口OP(如圖5D的實施例的套筒結構121A的開口OP)、矩形開口OP等等。
另一方面，如圖2與圖5B所示，當入射光束IL為螢光光束FLi時，至少一反射式光學薄膜元件140包括第二反射式光學薄膜元件142，第二反射式光學薄膜元件142位於螢光光束FLi的傳遞路徑上，且位於容置框架120與光檢測元件130之間。並且，至少一套筒結構121之各者的下方還具有一開孔HO，可用以供主發光波長落於激發波段範圍內的部分激發光束ELo在照射待測物O後產生的螢光光束FLi出射。換言之，當入射光束IL為螢光光束FLi，即為螢光光束FLi入射第二反射式光學薄膜元件142時的情況。依照本發明的一種實施例，如圖2所示，檢測裝置100還包括第二外殼HS2以形成一第二暗房，用以容置第二反射式光學薄膜元件142以及光檢測元件130，以隔絕外部之雜訊光而利於螢光檢測之進行。第二外殼HS2具有一入口IN，以供螢光光束FLi通過。
並且，類似地，如圖2與圖5B所示，由於待測物O的位置、螢光光束FLi的入射方向、第二反射式光學薄膜元件142與光檢測元件130的位置皆為固定，因此，第二反射式光學薄膜元件142的法線方向N2以及螢光光束FLi與法線方向N2之間的第二入射角α2也會保持為固定不變的定值，因此只要將第二外殼HS2的入口IN設置為位於螢光光束FLi的傳遞路徑上的小孔，螢光光束FLi即可通過入口IN並傳遞至第二反射式光學薄膜元件142，並可藉此遮擋環境光線，而可進一步濾除雜訊光的影響。進一步而言，當螢光光束FLi通過第二反射式光學薄膜元件142時，也可透過控制第二反射式光學薄膜元件142的不同反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4的位置切換，來選擇適合的第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU，形成主發光波長落於檢測波段範圍內的螢光光束FLo，其中檢測波段範圍為螢光光束FL的特性較為顯著的波段範圍。
根據本發明之一實施例，在本實施例中，控制單元150也可基於檢測波段範圍，來選擇反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4的其中一者作為第二濾光單元。第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU1(FU2、FU3、FU4)與第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU1(FU2、FU3、FU4)並不相同，因為前者是形成主發光波長落於激發波段範圍內的激發光束，因為後者是形成主發光波長落於檢測波段範圍內的螢光光束。
並且，控制單元可控制第二驅動單元162驅動第二反射式光學薄膜元件142的其中一反射式濾光單元FU切入螢光光束FLo的傳遞路徑上。舉例而言，如圖2所示，在本實施例中，第二驅動單元162驅動第二反射式光學薄膜元件142作動的方式為轉動，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，第二驅動單元驅162動第二反射式光學薄膜元件142作動的方式可為移動及/或轉動。
如此，控制單元150也可透過第二反射式光學薄膜元件142的不同反射式濾光單元FU （即，反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4）的選取，就可得到所需的主發光波長能落於檢測波段範圍的螢光光束FLo。
雖然在圖2、圖5A及圖5B包含第一暗房與第二暗房，但是依照本發明的另一種實施例，檢測裝置100設有至少一暗房於發光元件110與光檢測元件130二者之一上而使其相互阻隔而僅有螢光通道之光路相通，以降低光檢測元件130所收到的雜訊光而利於螢光檢測。依照本發明的又一種實施例，檢測裝置100的由發光元件110以至於光檢測元件130間的螢光通道，設置於至少一暗房中，以隔絕外部之雜訊光。依照本發明的再一種實施例，檢測裝置100的由發光元件110以至於光檢測元件130間的螢光通道，通過至少二暗房中，以減少外部之雜訊光。
並且，如圖2所示，光檢測元件130位於螢光光束FLo的傳遞路徑上，而可用以接收螢光光束FLo。舉例而言，光檢測元件130為能夠偵測光強度的光電感測器，而可為光電二極體(光二極體，Photodiode)。具體而言，光檢測元件130用以接收主發光波長落於檢測波段範圍內的部分螢光光束FLo。
另一方面，如圖1所示，在本實施例中，檢測裝置100還包括控制單元150。舉例而言，控制單元150可為微控制器或中央處理單元，其包含記憶體，輸入控制器、輸出控制器。根據本發明之一種實施例中，控制單元150可以執行程式以控制發光元件110的發光波長範圍的設定以及控制發光元件110的開關。根據本發明之另一種實施例中，控制單元150可控制光檢測元件130對偵測到的光強度進行調校，舉例而言，當光檢測元件130對於不同波長之光的感測強度不相同時，可以透過控制單元150對感測強度進行校正(offset)調整。
根據本發明之另一種實施例中，控制單元150可控制激發光束ELi或螢光光束FLi通過至少一光學薄膜元件140的第一光學薄膜元件141及/或第二光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU。更具體而言，控制單元150能夠選擇至少一光學薄膜元件140的反射式濾光單元FU切入激發光束ELo及/或螢光光束FLo的傳遞路徑上，來進一步調整激發光束ELo及/或螢光光束FLo的主發光波長的範圍，以使激發光束ELo的主發光波長能落於激發波段範圍內及/或螢光光束FLo的主發光波長能落於檢測波段範圍內。
以下將針對控制單元150如何執行圖4的檢測方法進行進一步的解說。請參照圖4，在本實施例中，圖4的檢測方法例如可利用圖1與圖2中的檢測裝置100來執行。
首先，執行步驟S110，控制單元150開啟發光元件110。具體而言，如圖2所示，在步驟S110中，發光元件110提供的激發光束ELi可經過準直透鏡CL1而被準直化為平行光束。
接著，執行步驟S120，控制單元150依據激發波段範圍，控制第一反射式光學薄膜元件的反射式濾光單元FU切入激發光束的傳遞路徑上，以使待測物接收到主發光波長落於激發波段範圍的激發光束ELo而產生螢光光束FLi。更具體而言，如圖2與圖5B所示，當激發光束ELi入射第一反射式光學薄膜元件141時，控制單元150選擇第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU切入激發光束的傳遞路徑上，以反射出主發光波長落於激發波段範圍的激發光束ELo，並為待測物O接收到而產生螢光光束FLi。
依照本發明的一種實施例，激發波段範圍的設定值約可為介於400奈米至700奈米之間以符合各種螢光試劑的規格需求。茲列舉數種市售的螢光試劑的額定的吸收激發波長(激發波長波峰值)及其所產生的對應額定螢光波長(螢光波長波峰值)如下表一：
種類 激發波長峰值 螢光波長峰值
6-FAM , FITC 494 nm 520 nm
FITC-dT 494 nm 520 nm
TET 521 nm 541 nm
JOE 520 nm 548 nm
Yakima Yellow 526 nm 548 nm
HEX 535 nm 553 nm
Cy3 547 nm 563 nm
TAMRA 555 nm 576 nm
ROX 575 nm 602 nm
Texas Red 595 nm 615 nm
Cy5 646 nm 662 nm
表一 各種螢光試劑的激發波長與螢光波長簡表
表一中列有螢光試劑，包含綠光(6-FAM)的激發波長494nm對應至螢光波長520nm、黃光(Cy3)的激發波長547nm對應至螢光波長563nm、橘光(ROX)的激發波長575nm對應至螢光波長602nm、紅光(Cy5)的激發波長646nm對應至螢光波長662nm等等。所謂一螢光試劑的額定激發波長(激發波長波峰值)是指，該螢光試劑反應物對某一激發波段範圍的激發光線皆有螢光產生效果，但是在該激發波段範圍中的該額定激發波長有最佳的螢光產生效果。換句話說，該螢光試劑反應物對於在其額定激發波長附近的激發光線(即該激發波段範圍)有產生螢光的效果，但是以該額定激發波長之產生螢光的效果為最佳。並且，當此一激發波段範圍為激發波段範圍所涵蓋之波段範圍時，此螢光試劑即可適用於本檢測裝置100中，而藉由檢測裝置100通過控制單元150來選擇第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU，進而使激發光束ELo能激發待測物O而產生較佳的螢光產生效果。
類似的，所謂一螢光試劑的額定螢光波長(螢光波長波峰值)是指，該螢光試劑反應物對於激發光線所產生的螢光會落在某一螢光波段範圍內，但是在反應物受到額定激發波長的光線照射時，其所產生的螢光波長會落在額定螢光波長附近(即該螢光波段範圍)，但以該額定螢光波長有最佳的螢光產生效果。並且，當此一螢光波段範圍為檢測波段範圍所涵蓋之波段範圍時，此螢光試劑即可適用於本檢測裝置100中，而藉由檢測裝置100通過控制單元150來選擇適合的第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU，進而純化螢光光束FLo的色純度，以純化螢光光束FLo的特性。
依據本發明之一實施例，該激發波段範圍可以是包含額定激發波長的40nm的範圍內；依據本發明之另一實施例，該激發波段範圍可以是包含額定激發波長的20nm的範圍內；依據本發明之又一實施例，該激發波段範圍可以是包含額定激發波長的10nm的範圍內；依據本發明之再一實施例，該激發波段範圍可以是包含額定激發波長的6nm的範圍內。另外，依據本發明之一實施例，該激發波段範圍是以該額定激發波長為中心而增減某一特定波長為其範圍，例如增減20nm，另例如增減10nm，又例如增減5nm，再例如增減3nm。
並且，當需要激發光束ELo具有特定的主發光波長時，則可選擇適合的第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU。例如，當需要激發光束ELo的主發光波長（即激發波長）為494奈米左右時，可選擇與494奈米相對應的反射式濾光單元FU1而達成此目的；又如，當需要激發光束ELo的主發光波長（即激發波長）為547奈米左右時，可選擇與547奈米相對應的反射式濾光單元FU2而達成此目的，以此類推。如此，只要選擇不同的反射式濾光單元FU切入激發光束的傳遞路徑上，就可得到所需的激發光束ELo。再者，依據本發明之一實施例，可以控制第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU的位置的切換，即可在其中兩種不同色光的激發波長之間切換，例如綠色切換至黃色，或黃色切換至橘色，或是橘色切換至紅色。並且，隨著不同的反射式濾光單元FU的數量的增加，所能得到的不同色光的激發波長的種類也會隨之增加。舉例而言，當不同的反射式濾光單元FU的數量為三個時，控制單元即可控制這些不同的反射式濾光單元FU的位置的切換，進而可在其中三種不同色光的激發波長之間切換，例如綠色、黃色及橘色，或是黃色、橘色及紅色；依據本發明之又一實施例，當不同的反射式濾光單元FU的數量為四個或以上時，控制單元即可控制這些不同的反射式濾光單元FU的位置的切換，即可在其中四種或以上的不同色光的激發波長之間切換，例如綠色、黃色、橘色及紅色。
如此一來，控制單元150可依據待測物O中帶有的螢光試劑種類所需的激發光束ELo的適合波段範圍，來選擇反射式濾光單元FU，即可有效地形成所需的激發光束ELi，而不需如習知技術一般地設置各種不同的由帶通濾鏡組成的濾光模組及/或各種不同的螢光通道，並且控制單元150僅需調整第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU，就可支援多種不同的螢光試劑種類的檢測，因此易於進行設備的更新與擴充。此外，由於在進行多種不同的螢光試劑種類的檢測時，不同的待測物O所需的激發光束ELo可共用同一光路或螢光通道，因此也能簡化光路與減少生產、組裝、維修、調整的複雜性，而減少產品成本以及提升生產品質。
類似地，由於隨著螢光試劑種類的不同，待測物O所生成的螢光光束FLi的主要發光光譜的範圍也會有所差異，因此，檢測裝置100亦可通過位於容置框架120與光檢測元件130之間的第二反射式光學薄膜元件142的配置，來執行步驟S130，依據檢測波段範圍，控制第二反射式光學薄膜元件的反射式濾光單元FU切入螢光光束的傳遞路徑上，而藉此來濾除特定波段範圍外的雜訊光的訊號，並純化螢光光束的色純度，以純化螢光光束的特性，以提升檢測精度。
依照本發明的一種實施例，類似上方與控制第一反射式光學薄膜元件141的原理所述，如圖2與圖5B所示，當螢光光束FLi入射第二反射式光學薄膜元件142時，控制單元150選擇第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU而與檢測波段範圍的值相對應。
依照本發明的一種實施例，檢測波段範圍的值約可介於450奈米至730奈米之間以符合各種螢光試劑的規格需求，請參閱前文市售的螢光試劑的額定的吸收激發波長及其所產生的對應額定螢光波長的例子。並且，當不同的螢光試劑的規格所對應的額定螢光波長附近的波段範圍（即某一螢光波段範圍）為檢測波段範圍所涵蓋之波段範圍時，此螢光試劑即可適用於本檢測裝置100中，而藉由檢測裝置100通過控制單元150來選擇第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU，進而純化螢光光束FLo的色純度，以純化螢光光束FLo的特性。
再者，依據本發明之一實施例，該螢光波段範圍可以是包含額定螢光波長的40nm的範圍內；依據本發明之另一實施例，該螢光波段範圍可以是包含額定螢光波長的20nm的範圍內；依據本發明之又一實施例，該螢光波段範圍可以是包含額定螢光波長的10nm的範圍內；依據本發明之又一實施例，該螢光波段範圍可以是包含額定螢光波長的6nm的範圍內。此外，依據本發明之一實施例，該螢光波段範圍是以該額定螢光波長為中心而增減某一特定波長為其範圍，例如增減20nm，另例如增減10nm，又例如增減5nm，再例如增減3nm。
並且，當需要螢光光束FLo具有特定的主發光波長時，則可選擇適合的第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU。例如，當需要螢光光束FLo的主發光波長（即檢測波長）為520奈米左右時，可選擇與520奈米相對應的反射式濾光單元FU1而達成此目的；又如，當需要螢光光束FLo的主發光波長（即檢測波長）為563奈米左右時，可選擇與563奈米相對應的反射式濾光單元FU2而達成此目的，以此類推。如此，只要選擇適當的反射式濾光單元FU切入螢光光束FLo的傳遞路徑上，就可得到所需的螢光光束FLo。再者，市售的螢光試劑的吸收激發波長及其所產生的對應螢光波長如先前所述，則依據本發明之一實施例，可以選擇第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU，即可在其中兩種、三種、四種或以上不同色光的螢光波長之間切換，類似於選擇第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU的的情形。
接著，請參照圖2與圖4，控制單元150可執行步驟S140，偵測主發光波長落於檢測波段範圍的螢光光束FLo的光強度，並將其轉換成電訊號進行後續分析。
依照本發明的一種實施例，控制單元150可依據待測物O中帶有的螢光試劑種類的主要發光光譜的波段範圍，來設定反射式濾光單元FU，即可濾除特定波段範圍外的雜訊光的訊號，並純化螢光光束FLo的特性，而不需設置由帶通濾鏡組成的濾光模組，並且控制單元150僅需選擇第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU切入螢光光束FLo的傳遞路徑上，就可支援多種不同的螢光試劑種類的檢測，因此易於進行設備的更新與擴充。此外，由於在進行多種不同的螢光試劑種類的檢測時，不同的待測物O所形成的螢光光束FLo可共用同一光路，因此也能簡化光路與減少生產組裝的複雜性，進而減少產品成本以及提升生產品質。
舉例而言，在本實施例中，當一第一待測物的第一螢光試劑所適合的激發光譜落於第一激發波段範圍（第一螢光試劑適合的激發波段範圍）及其所發出的螢光其主發光波長落於第一檢測波段範圍（第一螢光試劑適合的檢測波段範圍）時，可以將第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU1設置成其主發光波長至少部份落於第一激發波段範圍，且可以將第二光反射式學薄膜元件142的反射式濾光單元FU1設置成其主發光波長至少部份落於第一檢測波段範圍，並使第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU1與將第二光反射式學薄膜元件142的反射式濾光單元FU1分別切入激發光束ELo及/或螢光光束FLo的傳遞路徑上；當一第二待測物的第二螢光試劑所適合的激發光譜落於第二激發波段範圍（第二螢光試劑適合的激發波段範圍）及其所發出的螢光其主發光波長落於第二檢測波段範圍（第二螢光試劑適合的檢測波段範圍）時，可以將第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU2設置成其主發光波長至少部份落於第二激發波段範圍，且可以將第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU2設置成其主發光波長至少部份落於第二檢測波段範圍，並使第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU2與將第二光反射式學薄膜元件142的反射式濾光單元FU2分別切入激發光束ELo及/或螢光光束FLo的傳遞路徑上；其中該第一螢光試劑與該第二螢光試劑為不同之螢光試劑。
根據本發明之又一實施例，該等第一激發波段範圍（第一螢光試劑適合的激發波段範圍）以及第二激發波段範圍（第二螢光試劑適合的激發波段範圍）、及其所分別對應的該等第一檢測波段範圍（第一螢光試劑適合的檢測波段範圍）以及第二檢測波段範圍（第二螢光試劑適合的檢測波段範圍），可以分別設定其反射式濾光單元FU。
如此，檢測裝置100的控制單元150也可依據待測物O中帶有的螢光試劑種類所需的激發光束ELo的適合波段範圍（即激發波段範圍）或待測物O所生成的螢光光束FLo的主要發光光譜的範圍（即檢測波段範圍），來選取適當的第一反射式光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU及/或第二反射式光學薄膜元件142的反射式濾光單元FU切入激發光束ELo及/或螢光光束FLo的傳遞路徑上，並藉此使激發光束ELi或螢光光束FLi能通過具有適當的反射式濾光單元FU，以藉此形成所需的激發光束ELo及/或螢光光束FLo。如此，檢測裝置100即可支援多種不同的螢光試劑種類的檢測。
此外，值得注意的是，第一反射式光學薄膜元件141與第二反射式光學薄膜元件142是兩個不同的元件，因而第一光學薄膜元件141的反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4與第二光學薄膜元件142反射式濾光單元FU1、FU2、FU3、FU4之形狀、大小、排列、薄膜厚度、數量與光學特性不需要相同。再者，在本實施例中，至少一反射式光學薄膜元件140的第一反射式光學薄膜元件141以及第二反射式光學薄膜元件142的不同的反射式濾光單元FU的數量雖以四個為例示，但本發明不以此為限；根據本發明之另一實施例，該至少一反射式光學薄膜元件140的第一反射式光學薄膜元件141以及第二反射式光學薄膜元件142中所包含的不同的反射式濾光單元FU的數量可以為二個、三個、五個或六個或更多個。在其他的實施例中，亦可視螢光試劑種類的數量來決定至少一反射式光學薄膜元件140的反射式濾光單元FU及其所包含的反射式濾光單元FU的數量，並再視螢光試劑種類的特性來同時調整反射式濾光單元FU的選用以符合實際產品的需求。
此外，雖然依照圖1與圖2的實施例的檢測裝置100包括發光元件110、容置框架120、光檢測元件130以及至少一反射式光學薄膜元件140，且所述至少一反射式光學薄膜元件140包括第一反射式光學薄膜元件141與一第二反射式光學薄膜元件142，但是依照本發明的另一實施例，所述至少一反射式光學薄膜元件140僅包括所述第一反射式光學薄膜元件141或僅包括所述第二反射式光學薄膜元件142中之一者。依照本發明的一實施例，在所述至少一反射式光學薄膜元件140僅包括所述第一反射式光學薄膜元件141而不包括所述第二反射式光學薄膜元件142的實施中(圖未示)，只要待測物O的螢光光束的品質夠好或螢光通道的光路設計夠好或是有其他原因而能使光檢測元件130所檢測到的光線符合規格的話，就可以正確地進行檢測，則亦有改善現有技術的缺點的效果；此時一或多個驅動單元160包括第一驅動單元161用來驅動第一反射式光學薄膜元件141，且此時螢光通道由發光元件110、第一反射式光學薄膜元件141、容置框架120(或其待測物O)、光檢測元件130之間的各段光路所構成。依照本發明的又一實施例，在所述至少一反射式光學薄膜元件140僅包括所述第一反射式光學薄膜元件141而不包括所述第二反射式光學薄膜元件142的實施中(圖未示)，亦可以包括一習知的帶通濾光片(圖未示)來取代圖1與圖2的實施例中所述第二反射式光學薄膜元件142以濾除檢測波段範圍以外的光線，則亦有改善現有技術的缺點的效果；此時螢光通道由發光元件110、第一反射式光學薄膜元件141、容置框架120(或其待測物O)、帶通濾光片 (圖未示)、光檢測元件130之間的各段光路所構成。依照本發明的一實施例，在所述至少一反射式光學薄膜元件140僅包括所述第二反射式光學薄膜元件142而不包括所述第一反射式光學薄膜元件141的實施中，只要發光元件110的激發光束的品質夠好或待測物O的螢光光束的品質夠好或螢光通道的光路設計夠好或是有其他原因而能使光檢測元件130所檢測到的光線符合規格的話，就可以正確地進行檢測，則亦有改善現有技術的缺點的效果；此時一或多個驅動單元160包括第二驅動單元162用來驅動第二反射式光學薄膜元件142，且此時螢光通道由發光元件110、容置框架120(或其待測物O)、第二反射式光學薄膜元件142、光檢測元件130之間的各段光路所構成。依照本發明的又一實施例，在所述至少一反射式光學薄膜元件140僅包括所述第二反射式光學薄膜元件142而不包括所述第一反射式光學薄膜元件141的實施中(圖未示)，亦可以包括一習知的帶通濾光片(圖未示)來取代圖1與圖2的實施例中第一反射式光學薄膜元件141以濾除激發波段範圍以外的光線，則亦有改善現有技術的缺點的效果；此時螢光通道由發光元件110、帶通濾光片(圖未示)、容置框架120(或其待測物O)、第二反射式光學薄膜元件142、光檢測元件130之間的各段光路所構成。
值得注意的是，在上述的實施例中，反射式光學薄膜元件140的第一反射式光學薄膜元件141與第二反射式光學薄膜元件142的作動方式雖以轉動為例示，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，反射式光學薄膜元件140的作動方式亦可為移動或同時移動以及轉動，並依據其光學需求而做對應的調整，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對反射式光學薄膜元件140的作動方式作適當的更動，而使檢測裝置仍可達到前述的效果與優點，惟其仍應屬於本發明的範疇內。以下將另舉部分實施例作為說明。
圖6A至圖6C是圖2的不同反射式光學薄膜元件140(141、142)與驅動單元160(161、162)的架構示意圖。參照圖6A至圖6C，反射式光學薄膜元件140A、140B、140C與圖1的反射式光學薄膜元件140類似，其主要差異如下所述。如圖6A至圖6C所示，反射式光學薄膜元件140A、140B、140C包含有複數個濾光區域FR1、FR2、FR3，各濾光區域FR1、FR2、FR3對應地包含一或多個反射式濾光單元FU1、FU2、FU3，相同的FU在同一濾光區域中的反射式濾光單元相同，而在不同的濾光區域中的反射式濾光單元彼此不同。也就是說，即濾光區域FR1包含一或多個反射式濾光單元FU1，濾光區域FR2包含一或多個反射式濾光單元FU2，而位於濾光區域FR1的反射式濾光單元FU1與濾光區域FR2的反射式濾光單元FU2並不相同，以此類推。
依據本發明之一實施例，如圖6A所示，第一驅動單元161及/或第二驅動單元162係為一單軸向移動裝置670A，其係具有一載台671 A用於承載反射式光學薄膜元件140A，且具有動力機構672 A(例如馬達及/或齒輪及/或其他動力機構)與載台671 A耦接並驅動其於第一軸方向D1平移運動(translation)，並帶動反射式光學薄膜元件140A於第一軸方向D1平移運動。
進一步而言，如圖6A所示，控制單元150與單軸向移動裝置670A電性連接，控制動力機構672 A，並進而控制載台671 A之運動，帶動反射式光學薄膜元件140A的第一反射式光學薄膜元件141A以及第二反射式光學薄膜元件142A，而可使反射式光學薄膜元件140A在對入射光束IL保持相同的入射角的情況下沿第一軸方向D1平行移動，以使其中一反射式濾光單元FU切入激發光束ELo的傳遞路徑上，及/或使其中一濾光區域FR切入螢光光束FLo的傳遞路徑上。
依據本發明之另一實施例，如圖6B所示，第一驅動單元161及/或第二驅動單元162係為一雙軸向移動裝置670B，其係具有一載台671B用於承載反射式光學薄膜元件140B，且具有一動力機構672B(例如馬達及/或齒輪及/或其他動力機構)與載台671B耦接並驅動其於第一軸方向D1平移運動(translation)以帶動反射式光學薄膜元件140B於第一軸方向D1平移運動，並具有另一載台673B用於承載動力機構672B，並具有另一動力機構674B(例如馬達及/或齒輪及/或其他動力機構)與另一載台673B耦接並驅動其於第二軸方向D2平移運動以帶動反射式光學薄膜元件140B於第二軸方向D2平移運動。進一步而言，如圖6B所示，控制單元150與雙軸向移動裝置670B電性連接，控制動力機構672B與另一動力機構674B，並進而控制載台671B與另一載台673B之運動，帶動反射式光學薄膜元件140B的第一反射式光學薄膜元件141B以及第二反射式光學薄膜元件142B，而可使反射式光學薄膜元件140B在對入射光束IL保持相同的入射角的情況下沿第一軸方向D1及/或第二軸方向D2平移，以使其中一反射式濾光單元FU切入激發光束ELo的傳遞路徑上，及/或使其中一濾光區域FR切入螢光光束FLo的傳遞路徑上。
依據本發明之另一實施例，如圖6C所示，第一驅動單元161及/或第二驅動單元162係為一移動轉盤裝置670C，其係具有一載台671C用於承載反射式光學薄膜元件140C，且具有一動力機構672C(例如馬達及/或齒輪及/或其他動力機構)與載台671C耦接並驅動其相對於第三軸方向D3旋轉(rotation)以帶動反射式光學薄膜元件140B相對於第三軸方向D3旋轉，並具有另一載台673C用於承載動力機構672C，並具有另一動力機構674C(例如馬達及/或齒輪及/或其他動力機構)與另一載台673C耦接並驅動其於第一軸方向D1平移運動以帶動反射式光學薄膜元件140B於第一軸方向D1平移運動，使得反射式光學薄膜元件140C的多個反射式濾光單元FU可分別位於轉盤670C在徑向上或周向上的不同位置處。如此，當轉盤670C轉動或移動時(如虛線繪示的輪廓處)，位在周向上或徑向上的不同位置處的不同反射式濾光單元FU則可分別切入入射光束IL的傳遞路徑上。
進一步而言，如圖6C所示，控制單元150亦與轉盤670C電性連接，控制動力機構672C與另一動力機構674C，並進而控制載台671C之旋轉與另一載台673C之平移運動，帶動反射式光學薄膜元件140C的第一反射式光學薄膜元件141C以及第二反射式光學薄膜元件142C，而可使反射式光學薄膜元件140C在對入射光束IL保持相同的入射角的情況下沿第三軸方向D3旋轉及/或第一軸方向D1平移(如虛線繪示的輪廓處)，以使其中一反射式濾光單元FU切入激發光束ELo的傳遞路徑上，及/或使其中一濾光區域FR切入螢光光束FLo的傳遞路徑上。
如此一來，當反射式光學薄膜元件140A、140B、140C應用至圖1與圖2的檢測裝置100時，檢測裝置100亦可透過控制單元150來控制第一驅動單元161及/或第二驅動單元162分別驅動第一反射式光學薄膜元件141及/或第二反射式光學薄膜元件142作動，以使第一反射式光學薄膜元件141的其中一反射式濾光單元FU切入激發光束ELo的傳遞路徑上，及/或使第二反射式光學薄膜元件142的其中一反射式濾光單元FU切入螢光光束FLo的傳遞路徑上。也就是說，控制單元150可透過控制至少一反射式光學薄膜元件140中不同的反射式濾光單元FU的位置的切換，來進一步調整激發光束ELo與螢光光束FLo的主發光波長的範圍，以使激發光束ELo的主發光波長能落於激發波段範圍內及/或螢光光束FLo的主發光波長能落於檢測波段範圍內，而易於進行設備的更新與擴充，進而達到與前述的檢測裝置100類似的效果與優點，在此就不再贅述。
綜上所述，本發明的檢測裝置藉由反射式光學薄膜元件的配置，即可支援多種不同的螢光試劑種類的檢測，不需設置由帶通濾鏡組成的濾光模組，也易於進行設備的更新與擴充。此外，由於在進行多種不同的螢光試劑種類的檢測時，不同的待測物所需的激發光束（或所形成的螢光光束）可共用同一光路及/或或螢光通道，因此也能簡化光路與減少生產組裝的複雜性，而減少產品成本。
圖7是依照本發明的檢測裝置的一種螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統的應用例的方塊圖。圖8是圖7中的溫控模組的一種實施例的系統方塊圖。請參閱圖7與圖8，其中例示有依照本發明的檢測裝置的一種螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統的應用例的方塊圖。本發明之檢測裝置100可應用於一螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統10中，其中該螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統10包含所述檢測裝置100、一溫控模組700及一分析模組800。依據本發明之一應用例，如圖7所例示，所述溫控模組700，具有加熱模組710與散熱模組720，而在控制單元的控制下產生所需要的熱循環並對待測物進行溫控，進而使得待測物中檢測對象的量於每一次熱循環後倍增，並使得中檢測對象的量經過N次熱循環後變成2的N次方倍；其中，依據本發明之一實施例，所述溫控模組700具有一溫度感測器730用以感測系統上之一溫度，例如容置框架120或待測物等的溫度，而可透過容置框架120對待測物進行溫控；且依據本發明之一實施例，溫度感測器730與檢測裝置100的容置框架120連接用以感測容置框架120之溫度；且依據本發明之另一實施例，溫度感測器730與容置框架120的套筒結構121連接用以感測套筒結構121之溫度。所述檢測裝置100，包含一發光元件110、一光檢測元件130、至少一反射式光學薄膜元件140(141、142)，設置於所述發光元件110與所述光檢測元件130間之螢光通道上，及一控制單元150，至少一控制第一驅動單元160(161、162)，用以驅動所述至少一反射式光學薄膜元件140，用以控制其反射光線的波段範圍，其細節與操作方法及其各種實施態樣已於前文說明，於此不再贅述。所述分析模組800，在控制單元150的控制下，對待測物在整個聚合酶連鎖反應過程中的溫度變化與螢光變化，即時地監測、記錄與定量及/或定性分析；依據本發明之一實施例，所述分析模組800利用一分析軟體進行分析；依據本發明之一實施例，所述分析模組800對光檢測元件130所測得之訊號進行分析。
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:螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統 100:檢測裝置 110:發光元件 120:容置框架 121:套筒結構 130:光檢測元件 140:反射式光學薄膜元件 141:第一反射式光學薄膜元件 142:第二反射式光學薄膜元件 150:控制單元 160:驅動單元 161:第一驅動單元 162:第二驅動單元 700:溫控模組 710:加熱模組 720:散熱模組 730:溫度感測器 800:分析模組 A、B、C、D、E:點 CL1、CL2:準直透鏡 T1、T2、Tu、Tv Tx:薄膜厚度 ELi、ELo:激發光束 EX:出口 FLi、FLo:螢光光束 FU、FU1、FU2、FU3、FU4:反射式濾光單元 FR1、FR2、FR3:濾光區域 IL:入射光束 IN:入口 HS1、HS2:外殼 O:待測物 OL、OL1、OL2、OL3:出射光束 OP:開口 L0:外界層 L1:第一介質層 L2:第二介質層 L3:第三介質層 Lb:基板 Lh:高折射率材料層 Ll:低折射率材料層 N1:第一法線方向 N2:第二法線方向 S1:第一界面 S2:第二界面 S3:第三界面 Si1、Si2、Si3、Si4:界面 S110、S120、S130、S140:步驟 HO:開孔 θ0:入射角 θ1:第一夾角 θ2:第二夾角 θx:折射角 α1:第一入射角 α2:第二入射角
圖1是依照本發明的實施例的一種檢測裝置的系統方塊圖。 圖2是圖1的一種檢測裝置的架構示意圖。 圖3A是圖2的反射式光學薄膜元件的一種實施例的示意圖。 圖3B至圖3E是反射式光學薄膜元件的工作原理說明示意圖。 圖4是採用圖3A的反射式光學薄膜元件時的一種檢測方法的流程示意圖。 圖5A是圖2的檢測裝置在入射光束為激發光束時的光路示意圖。 圖5B是圖2的檢測裝置在入射光束為螢光光束時的光路示意圖。 圖5C是圖5A的套筒結構的局部放大示意圖。 圖5D是圖5A的另一種套筒結構的局部放大示意圖。 圖6A至圖6C是圖2的不同反射式光學薄膜元件的架構示意圖。 圖7是依照本發明的檢測裝置的一種螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統的應用例的方塊圖。 圖8是圖7中的溫控模組的一種實施例的系統方塊圖。
100:檢測裝置
110:發光元件
120:容置框架
130:光檢測元件
140:反射式光學薄膜元件
141:第一反射式光學薄膜元件
142:第二反射式光學薄膜元件
150:控制單元
160:驅動單元
161:第一驅動單元
162:第二驅動單元
O:待測物

Claims (16)

  1. 一種檢測裝置，包括： 一激發光光源； 一光偵測器； 一第一反射式光學薄膜元件，係設置於所述激發光光源與所述光偵測器間之一螢光通道上； 一第一驅動單元，用以驅動所述第一反射式光學薄膜元件之作動；以及 一控制單元，用以控制所述第一驅動單元， 其中，所述第一反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元，分別用以獲得一第一波段範圍的光線與一第二波段範圍的光線。
  2. 如請求項1所述的檢測裝置，其中所述第一反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一激發光束照射時獲得一第一激發波段範圍的光線與一第二激發波段範圍的光線。
  3. 如請求項1所述的檢測裝置，其中所述第一反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一螢光光束照射時獲得一第一螢光波段範圍的光線與一第二螢光波段範圍的光線。
  4. 如請求項1所述的檢測裝置，其中所述第一驅動單元可驅動所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元運動而進入或離開所述螢光通道。
  5. 如請求項1所述的檢測裝置，其中所述第一驅動單元可分別驅動所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元平移而進入或離開所述螢光通道。
  6. 如請求項1所述的檢測裝置，其中所述第一驅動單元可驅動所述所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元旋轉而進入或離開所述螢光通道。
  7. 如請求項1所述的檢測裝置，其中另包含有一第二反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元、及一第二驅動單元用以驅動所述第二反射式光學薄膜元件之作動，且所述第一反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一激發光束照射時獲得一第一激發波段範圍的光線與一第二激發波段範圍的光線，且所述第二反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一螢光光束照射時獲得一第一螢光波段範圍的光線與一第二螢光波段範圍的光線。
  8. 如請求項7所述的檢測裝置，其中所述第一反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元係與所述第二反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元係成對使用，且所述第一反射式光學薄膜元件的所述第二反射式濾光單元係與所述第二反射式光學薄膜元件的所述第二反射式濾光單元係成對使用。
  9. 一種檢測方法，適用於一檢測裝置，所述檢測裝置包括一激發光光源、一光偵測器、一第一反射式光學薄膜元件、一第一驅動單元、及一控制單元以及，其中所述第一反射式光學薄膜元件係具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元，分別用以獲得一第一波段範圍的光線與一第二波段範圍的光線，且所述檢測方法包括： 利用所述控制單元控制所述第一驅動單元，以使所述第一驅動單元驅動所述第一反射式光學薄膜元件作動，而使所述第一反射式濾光單元進入設置於所述激發光光源與所述光偵測器間之一螢光通道； 利用所述激發光光源提供一激發光束並照射於一待測物後產生一螢光光束；以及 利用所述光檢測元件接收所述螢光光束； 其中，利用所述第一反射式濾光單元對一入射光束進行濾光，以獲得一第一波段範圍的光線，且所述入射光束是所述激發光束與所述螢光光束二者之一。
  10. 如請求項9所述的檢測方法，其中，所述入射光束是所述激發光束，且所述第一驅動單元驅動所述第一反射式光學薄膜元件作動，而使所述第一反射式濾光單元進入設置於所述激發光光源與所述待測物間之一光路並反射所述第一波段範圍的光線。
  11. 如請求項10所述的檢測方法，其中，所述檢測裝置更包括一第二反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元、及包括一第二驅動單元，所述第二驅動單元用以驅動所述第二反射式光學薄膜元件之作動而使其所述第一反射式濾光單元進入設置於所述待測物與所述光偵測器間之一光路並反射第二波段範圍的光線。
  12. 如請求項9所述的檢測方法，其中，所述入射光束是所述螢光光束，且所述第一驅動單元驅動所述第一反射式光學薄膜元件作動，而使所述第一反射式濾光單元進入設置於所述待測物與所述光偵測器間之一光路。
  13. 一種螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統，包括： 一檢測裝置，一溫控模組及一分析模組，其中 所述檢測裝置包括： 一激發光光源； 一光偵測器； 一第一反射式光學薄膜元件，係設置於所述激發光光源與所述光偵測器間之一螢光通道上； 一第一驅動單元，用以驅動所述第一反射式光學薄膜元件之作動；以及 一控制單元，用以控制所述第一驅動單元， 所述溫控模組係用以控制系統之一溫度，以及 所述分析模組係用以分析來自所述光檢測元件之一訊號， 其中，所述第一反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元，分別用以反射一第一波段範圍的光線與一第二波段範圍的光線。
  14. 如請求項13所述的螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統，其中所述第一驅動單元可驅動所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元運動而進入或離開一螢光通道。
  15. 如請求項13所述的螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統，其中另包含有一第二反射式光學薄膜元件具有一第一反射式濾光單元與一第二反射式濾光單元、及一第二驅動單元用以驅動所述第二反射式光學薄膜元件之作動，且所述第一反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一激發光束照射時獲得一第一激發波段範圍的光線與一第二激發波段範圍的光線，且所述第二反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元與第二反射式濾光單元，係分別用以於一螢光光束照射時獲得一第一螢光波段範圍的光線與一第二螢光波段範圍的光線。
  16. 如請求項15所述的螢光即時定量聚合酶連鎖反應系統，其中所述第一反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元係與所述第二反射式光學薄膜元件的所述第一反射式濾光單元係成對使用，且所述第一反射式光學薄膜元件的所述第二反射式濾光單元係與所述第二反射式光學薄膜元件的所述第二反射式濾光單元係成對使用。
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