CN102243375B

CN102243375B - 光分布仪器和利用该光分布仪器进行尿液分析的便携设备

Info

Publication number: CN102243375B
Application number: CN201110187894.6A
Authority: CN
Inventors: 李大植; 全炳九; 宋炫禹
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: CN102243375A

Abstract

本发明提供一种光分布仪器以及用于尿液分析的便携设备。该光分布仪器包括：光入射单元，从单一光源发出的光信号入射到该光入射单元；光分布单元，均等地分布通过该光入射单元入射的光；多个光输出形成单元，收集由该光分布单元分布的光，并将收集的光发送到预定位置；以及多个光输出单元，将各个光输出形成单元形成的光输出到预设位置。

Description

光分布仪器和利用该光分布仪器进行尿液分析的便携设备

技术领域

本发明涉及光分布仪器以及利用该光分布仪器进行尿液分析的便携设备，并且本发明特别涉及光分布仪器以及用于尿液分析的便携设备，该光分布仪器能够将从单一光源入射的光信号均匀且准确地分布和传送到位于多个尿液检测条上的多个彩色垫，从而允许简单、快捷且准确地读出多个彩色垫上显示的传感信号。

背景技术

就作为芯片实验室的一个关键部件的传感信号读出器来说，重要的是装配能够利用单一光源同时准确地测量多个传感信号并具有简单的结构和低处理单元成本的光分布仪器。

对于可应用于芯片实验室生物元件的光发射和检测结构，现有技术中已经提出了多种发明。一般现有技术设备的基本结构包括配对使用的光源及光接收单元，因此为了能够读取位于多个条上的多个彩色垫，必须利用多个光源。在这种情况下，多个光源需要被分别或单独控制，以进行可再现信号的读取。

同时，其它现有技术设备利用单一光源以及多束光纤。这种方法的优点在于通过适当控制用于控制单一光源的设备来同时读出多个彩色垫，但是其缺点在于其可能需要在切割和捆扎光纤的过程中手动操作，从而降低了再现性。

发明内容

本发明的一个方面提供一种光分布仪器以及用于尿液分析的便携设备，该光分布仪器能够将从单一光源入射的光信号均匀且准确地分布和传送到位于多个尿液检测条上的多个彩色垫，从而允许简单、快捷且准确地读出多个彩色垫上显示的传感信号。

根据本发明的一个方面，提供一种光分布仪器，包括：光入射单元，从单一光源发出的光信号入射到该光入射单元；光分布单元，均等地分布通过该光入射单元入射的光；多个光输出形成单元，收集由该光分布单元分布的光，并将收集的光发送到预定位置；以及多个光输出单元，将各个光输出形成单元形成的光输出到预设位置。

根据本发明的一个方面，提供一种用于尿液分析的便携设备，包括：单一光源；多个尿液检测条，具有预设排列；以及光分布仪器，位于多个尿液检测条上方，均等地分布从该单一光源入射的光信号，并将均等地分布的光信号输出到位于该多个尿液检测条上的多个彩色垫。

附图说明

本发明的以上及其他方面、特点和其他优点将通过以下结合附图的详细描述更清晰的理解，附图中：

图1是用于解释根据本发明的示例性实施例的光分布仪器的俯视图；

图2是用于解释全反射的视图；

图3是用于解释根据本发明的示例性实施例的光入射单元的视图；

图4是用于解释根据本发明的示例性实施例的光分布单元的视图；

图5是用于解释根据本发明的示例性实施例的光输出形成单元和光输出单元的视图；以及

图6是表示由光分布仪器输出到多个彩色垫而同时保持其预定强度水平的光的分布和照射的图示。

具体实施方式

将参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。然而，本发明可实施为多种不同的形式，而不应为其此处列出的实施例所限定。再者，提供这些实施例是为了使得本公开全面且完整，并能够对本领域技术人员全面转达本发明的范围。在附图中，为能够清楚显示可能对形状和尺寸进行夸大，并且相同的附图标记始终用于表示相同或相似的部件。

应该理解，当提到某元件“连接到”另一元件时，其可直接连接该另一元件，也可能存在中间元件。相对的，当提到某元件“直接连接”另一元件时，则不存在中间元件。

图1是用于解释根据本发明的示例性实施例的光分布仪器的俯视图。

根据本发明的示例性实施例的光分布仪器100可构造为包括：光入射单元110，来自单一光源的光信号入射到光入射单元110；光分布单元120，其能够均等地分布通过光入射单元110入射的光；多个光输出形成单元130，其收集分布的光并将收集的光发送到预定位置；以及多个光输出单元140，其将由每一个光输出形成单元130形成的光输出到检测条上的彩色垫。

光分布仪器100可通过利用诸如各种透明聚合物的单一材料或利用异质材料制成，上述透明聚合物包括：COC(环烯烃共聚物)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、COP(环烯烃聚合物)、LCP(液晶聚合物)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PA(聚酰胺)、PE(聚乙烯)、PI(聚酰亚胺)、PP(聚丙烯)、PPE(聚亚苯基醚)、PS(聚苯乙烯)、POM(聚甲醛)、PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)、PFA(全氟烷氧基树脂)、环氧树脂或类似物。

同样，基板可通过传统机械加工制成，例如：NC(数控)加工、利用光刻和蚀刻的半导体处理、注模、热模压印、铸造、立体印刷术、铸造激光烧蚀、快速成型或丝网印刷。

下面参照图2至图6详细介绍根据本发明的示例性实施例的光分布仪器。

图2是用于解释全反射的视图，具体为图1的光分布仪器中的光传输。

参照图2，考虑到空气的折射率为1，全发射现象发生在具有相对高折射率的装置中，此时，光信号可被无损失传输。具体而言，由于给定介质之间折射率的不同以及入射角度的调整，全反射可以在特定角度或更大角度发生，并且这种全反射条件可被适当地利用来进行光传输。

根据斯涅耳(Snell)定律，如下面给出的方程1所示，可建立全反射条件，其中n是介质的折射率，而θ是光入射角。

[方程式1]

θ＝cos^-1(1/n)

例如，在材料具有1.5的折射率时，角度在48.1度之内的所有光都会被全反射。再者，当通过金属涂覆在设备的表面形成反射面时，根据反射“定律”，入射的光在同样的角度下发生反射。

图3是用于解释根据本发明的示例性实施例的光入射单元的视图。

参照图3，光入射单元110可被构造成包括入射面111和反射面112，入射面111用于接收从单一光源10诸如LED、LD或类似物发射到其内部的光，而反射面112用于将没有到达光分布单元120而被散射为扩大分布的光的方向改变至光分布单元120。

为了避免光反射造成的损失，可将非反射涂覆材料涂敷于入射面111。

反射面112利用空气层和仪器材料的全反射现象，并且为了以更大角度反射光，可在反射面112上涂覆金属或电介质反射膜。

图4是用于解释根据本发明的示例性实施例的光分布单元的视图。

参照图4，光分布单元120可包括多个反射面121，多个反射面121用于部分地反射通过光入射单元110入射时被散射成具有均匀分布的光，使其依据分布角度而具有均匀的数量，从而将光改变为朝向各个光输出形成单元130。

优选的，各个反射面121的长度和面积被设计为，通过改变入射到各个反射面121的光的光接收角度而使得光的强度均匀。此外，通过调整各个反射面121的位置和角度而均等分布的光线可以被发送到所需的输出位置。

再者，金属或电介质薄膜可以涂覆在光分布单元120的各个反射面121上以实现光的无损反射。

图5是用于解释根据本发明的示例性实施例的光输出形成单元和光输出单元的视图。

参照图5，光输出形成单元130形成为锥形以无损地收集光，从而将光分布单元120分布的光输送到光输出单元140，每一个光输出形成单元130都具有特定尺寸。

此外，每一个光输出形成单元130可构成为具有反射面131，用于改变光路，即使光垂直于仪器的表面输出。

同时，每一个光输出单元140可构成为光输出面，用于将均等地分布到光输出形成单元130的底表面的光输送到位于多个尿液检测条上的多个彩色垫。

在这种情况下，可将非反射涂覆材料涂敷于光输出面，以最小化光的损失。

如图6所示，通过利用上述光分布仪器100，可将从多个彩色垫，例如11个彩色垫的表面测量的光的强度调节为均匀，从而显著提高彩色垫信号的读取再现性和准确性。

利用前述光分布仪器100进行尿液分析的便携设备(未示出)可包括单一光源、前述光分布仪器100以及多个尿液检测条。

具体而言，前述光分布仪器100位于设置在预设位置的多个尿液检测条的上方，光分布仪器100将从单一光源入射的光信号均等地分布并传送到位于多个尿液检测条上的多个彩色垫，从而实现仅利用单一光源进行尿液分析的便携设备。

以这种方式，前述光分布仪器100仅利用低成本的单一光源能准确地、可重复地、同时地以及容易地实现对多个尿液检测条的读取。

本发明可应用于多种芯片实验室生物元件，包括：检测条芯片、尿液条、蛋白质芯片、DNA芯片、药物输送系统、微全分析系统、微型反应器及其类似物，其要求详细并准确地读出生物样本检测工具包(kit)。

如上所述，在根据本发明的示例性实施例的光分布仪器中，由于仅利用单一光源能够读出显示在多个彩色垫上的传感信号，因此能够降低控制光源所消耗的能量并且能够简化光源的控制。

此外，从单一光源入射的光信号可被均匀地且准确地分布，并且由于作为集成模块系统的组装和拆卸的过程易于进行，因此可减少错误，并且易于进行的过程有利于批量生产。

另外，制成为包括上述光分布仪器的用于尿液分析的便携设备可连接到家庭和私人医院的健康自查和通讯模块，从而可用于U健康护理(无所不在的健康护理)服务以监测健康状况和早期诊断疾病。

虽然已经结合示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应当能够理解在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可进行修改和变形。

本申请要求在韩国知识产权局于2010年4月29日申请的韩国专利申请No.10-2010-0040336以及2011年4月25日申请的韩国专利申请No.10-2011-0038315的优先权，在此通过援引并入上述申请的公开内容。

Claims

1.一种光分布仪器，包括：

光入射单元，从单一光源发出的光信号入射到该光入射单元；

光分布单元，均等地分布通过该光入射单元入射的光；

多个光输出形成单元，收集由该光分布单元分布的光，并将收集的光发送到预定位置；以及

多个光输出单元，将各个光输出形成单元形成的光输出到预设位置，

其中该光分布单元包括多个反射面，该多个反射面部分地反射通过该光入射单元入射时被散射的光，使其依据分布角度而具有均匀的光量，从而将光改变为朝向各个光输出形成单元。

2.根据权利要求1的仪器，其中该光入射单元包括：

入射面，接收从该单一光源到该仪器内部的光信号；以及

反射面，将通过该入射面入射时被散射的光的方向改变至该光分布单元。

3.根据权利要求2的仪器，其中在该入射面上涂敷有非反射涂覆材料。

4.根据权利要求2的仪器，其中该反射面上涂覆有金属或电介质反射膜。

5.根据权利要求1的仪器，其中各个反射面的长度和面积被设计为通过改变入射到各个反射面的光的光接收角度而使得光的强度均匀。

6.根据权利要求1的仪器，其中各个反射面上涂覆有金属或电介质反射膜。

7.根据权利要求1的仪器，其中该多个光输出形成单元形成为锥形以无损地收集光，从而将由该光分布单元分布的光输送到该多个光输出单元。

8.根据权利要求7的仪器，其中多个光输出形成单元还包括将光的路径改变为朝向所需方向的反射面。

9.根据权利要求1的仪器，其中多个光输出单元被构造为光输出面，该光输出面将由各个光输出形成单元形成的光发送到位于多个尿液检测条上的多个彩色垫。

10.根据权利要求9的仪器，其中在该光输出面上涂敷有非反射涂覆材料。

11.一种用于尿液分析的便携设备，该设备包括：

单一光源；

多个尿液检测条，具有预设排列；以及

根据权利要求1的光分布仪器，位于多个尿液检测条上方，均等地分布从该单一光源入射的光信号，并将均等地分布的光信号输出到位于该多个尿液检测条上的多个彩色垫。