CN107430071A - 光学传感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学传感器系统，其被配置为与具有至少一个光源和至少一个照相机的移动计算机设备配合作用，其中所述光学传感器系统具有用于将来自所述计算机设备的光源的光输入到传感器系统中的至少一个输入接口和用于将来自所述传感器系统的光输出到所述计算机设备的照相机的至少一个输出接口，其中所述传感器系统具有至少一个光学的光导路径，通过该光导路径将所述输出接口与所述输入接口光学连接，其中在所述光导路径中布置有至少一个传感器元件，所述传感器元件被配置为，根据从外部作用于传感器系统的影响变量来改变被导引穿过所述光导路径的光，其中所述传感器系统具有扁平设计的平面型固持结构，其中输入接口、输出接口、光导路径的元件和传感器元件在构造上集成在所述固持结构中并且以固定预设的光学布置相对于彼此调整。

Description

光学传感器系统
本发明涉及一种光学传感器系统，其被配置为与具有至少一个光源和至少一个照相机的移动计算机设备配合作用，其中所述光学传感器系统具有用于将来自所述计算机设备的光源的光输入(或耦合)到传感器系统中的至少一个输入接口(或耦合接口)和用于将来自所述传感器系统的光输出(或脱耦)到所述计算机设备的照相机的至少一个输出接口(或脱耦接口)，其中所述传感器系统具有至少一个光学的光导路径，通过该光导路径将所述输出接口与所述输入接口光学连接，其中在所述光导路径中布置有至少一个传感器元件，所述传感器元件被配置为，根据从外部作用于传感器系统的影响变量来改变被导引穿过所述光导路径的光。
WO 2014/107364A1描述了智能手机生物传感器。在此通过相应的外部光学元件来进一步扩展智能手机，以识别生物分子试验的结果。然而，为此所需的结构相对复杂、大且敏感。
因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种被配置为与移动计算机设备配合作用的光学传感器系统，所述光学传感器系统具有更好的实用性。
根据权利要求1，该技术问题通过光学传感器系统解决，该光学传感器系统被配置为与具有至少一个光源和至少一个照相机的移动计算机设备配合作用，其中所述光学传感器系统具有用于将来自所述计算机设备的光源的光输入到传感器系统中的至少一个输入接口和用于将来自所述传感器系统的光输出到所述计算机设备的照相机的至少一个输出接口，其中所述传感器系统具有至少一个光学的光导路径，通过该光导路径将所述输出接口与所述输入接口光学连接，其中在所述光导路径中布置有至少一个传感器元件，所述传感器元件被配置为，根据从外部作用于传感器系统的影响变量来改变被导引穿过所述光导路径的光，其中所述传感器系统具有扁平设计的平面型固持结构，其中输入接口、输出接口、光导路径的元件和传感器元件在构造上集成在所述平面型固持结构中并且以固定预设的光学布置相对于彼此调整。
本发明的优点在于，所述光学传感器系统可以与移动计算机设备一起以非常易于使用的方式操作，并且由于紧凑的平面结构，可以更容易地由用户随身携带。如果例如使用智能手机作为移动计算机设备，则智能手机即使在补充有光学传感器系统的情况下也基本上保持其外部尺寸，因为所述传感器系统可以这样紧凑地提供，使得其几乎不增加尺寸。
本发明的另一个优点是，所述固持结构导致集成在其中的各个元件有确定的位置，特别是输入接口、输出接口、光导路径的元件和传感器元件，它们被以固定预设的光学布置彼此固持。与此相应地，这不会导致这些元件之间的失调。
如上所述，移动计算机设备可以是智能手机或任何其他类型的移动电话或移动计算机设备，例如，笔记本电脑、平板电脑、便携式媒体播放器(例如iPod)或智能手表等。
从外部作用于传感器系统的影响变量可以是物理、化学和/或生物化学变量。一个、多个或所有的在构造上集成到平面型固持结构中的元件可以尤其以可拆卸的方式固定到平面型固持结构上，使得它们必要时可被更换。因此，传感器元件例如可设计为可被替换的一次性传感器。固持结构和/或剩余元件在此可以是可重复利用的。
特别地，布置在光导路径中的传感器元件可以是光学传感器。光学传感器用于探测环境参数。借助例如吸收测量、散射光测量、反射光测量、透射光测量、荧光测量、偏振光测量、折射率测量、量子点和/或光的幅值或相位谱图的确定，可以检查环境参数。光学传感器可以例如通过等离激元(或称为胞质团)、空腔、光消逝场(optischem Evaneszensfeld)、光栅、光子晶体、环谐振器或法布里-珀罗(Fabry-Perot)或马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪或作为光极(Optode)实现。等离激元传感器可以例如通过金涂层、银涂层和/或通过纳米结构化(例如纳米颗粒)来实现。在基于纳米颗粒的等离激元传感器的情况下，纳米颗粒可以在使用传感器系统之前就已经存在于传感器表面上，或者可以仅在使用传感器系统期间被施加到传感器表面上。此外，可以在传感器和金属涂层之间使用粘接层，并且可以集成用于使相位匹配的光栅结构。多个光学传感器可以沿着光学波导串联和/或并联地复用，其中可以使用波长复用此外，可以使用透镜来增加输入和/或输出接口的耦合效率。
特别地，传感器系统可以被设计为芯片实验室。
输入接口可以包括至少一个输入机构，例如以一个或多个输入部件的形式的输入机构。相应地，输出接口可以包括至少一个输出机构，例如以一个或多个输出部件形式的输出机构。输入部件和/或输出部件可以通过菲涅耳-/全反射和/或光衍射实现。输入部件和/或输出部件可以例如是光学元件，如镜子、棱镜、倾斜的波导、光栅。此外，纳米颗粒可用于光学耦合。
输入机构和/或输出机构的效率可以通过透镜系统和/或圆锥形结构来优化。此外，借助作为对输入部件和/或输出部件的补充的偏振滤光器可以调节和优化光偏振。此外，通过作为输入机构的光栅或者通过改变输入耦合器的位置处的显示器的颜色可以输入目标波长的光。
平面型固持结构可以由抗弯刚性或相对柔性的材料形成。特别地，平面型固持结构可以是可弯曲的并且在此保持其扁平设计的平面性质。平面型固持结构可以由塑料，金属，天然材料如木材或软木，纺织材料或其组合组成。
由此，所述传感器系统可以以廉价的方式制造。由于廉价的制造，传感器系统也可以被提供为一次性传感器系统。这特别是在卫生要求高的应用情况下是有利的。
移动计算机设备的光源例如可以是用于照亮由计算机设备的照相机探测的区域的光源，例如以手电筒(白光源)，LED(发光二极管)或类似部件的形式。所述光源例如还可以是移动计算机设备的显示器。特别地，所述光源可以被设计为多色光源。这是有利的，因为可以以目标方式将不同的波长馈送到光导路径中。通过适当的软件控制可以随时改变波长，从而由此才能够实现特定的测量。移动计算机设备的照相机可以是前侧照相机、后侧照相机或布置在侧面的照相机。
根据本发明的有利扩展方式，光学传感器系统仅包括纯无源部件，即不需要电能供应的部件。这具有的优点是，光学传感器系统可以在无需专用电源的情况下实现，这另外有利于紧凑、廉价且简单地实施所述传感器系统。此外，省略了电能供应部件的更换或再充电。
根据本发明的有利扩展方式，平面型固持结构被设计为具有两个彼此背离的主表面的、薄的扁平结构，所述主表面是固持结构具有最大面积内容的外表面，其中，所述主表面基本上彼此平行地延伸。由此允许特别紧凑地构造所述传感器系统，使得其不会明显地突出超过与其连接的移动计算机设备。
根据本发明的有利扩展方式，平面型固持结构的厚度明显小于其宽度和长度。由此也允许了特别紧凑地构造所述传感器系统，使得其不会明显地突出超过与其连接的移动计算机设备。
特别地，有利的情形是，构造具有这样的厚度的平面型固持结构，所述厚度不大于所述光学传感器系统应当与其配合作用的移动计算机设备的厚度。
根据本发明的有利扩展方式，集成到平面型固持结构中的光导路径被设计用于基本平行地沿着平面型固持结构的主表面传导光。这能够实现很好地利用在本身被构造得相当薄的固持结构中的现有的安装空间。
根据本发明的有利扩展方式，光导路径包括至少一个铺设在平面型固持结构中的光波导。光波导可以例如被设计为玻纤光导或类似的光导，特别是设计为柔性光导。光波导可以由芯和包层组成，其中所述芯具有较大的光学密度。光波导可以设计为平板波导，脊波导，埋入波导或光纤波导，并且可以是单模或多模的。此外，光波导的横截面几何形状可以例如是圆形或矩形，其中光波导的芯和包层可以例如由聚合物、玻璃、硅或空气组成。
根据本发明的有利扩展方式，光导路径包括至少一个以弧的形式(即呈弧形地)铺设于平面型固持结构中的光波导。以该方式可以通过同一个光波导将来自计算机设备的光源的光导引回至计算机设备的照相机，即使当计算机设备的这两个元件紧密地布置在一起时也是如此。
根据本发明的有利扩展方式，光导路径具有至少一个用于在输入接口处将所述光输入到光导路径中的输入机构和/或用于在输出接口处将所述光从光导路径中输出的输出机构，其中所述输入机构和/或输出机构被配置为，将沿垂直于主表面的方向输入或输出的光至少部分地沿光导路径的纵向延伸方向偏转。以该方式可以用少量花费使移动计算机设备的光源的通常垂直于主表面指向的光发射方向和/或移动计算机设备的照相机的垂直于主表面指向的探测方向适配于基本上平行于主表面延伸的光导路径。
根据本发明的有利扩展方式，平面型固持结构包括至少一个机械式固定装置(Fixiermittel)，其有助于相对于传感器系统地正确布置和调整计算机装置。所述固定装置特别地可设计为调整装置，并且可设计为通过摩擦配合或形状配合将计算机装置固定到传感器系统上，例如以锁定装置的形式，作为夹紧连接件或作为粘合连接件。这具有的优点是，计算机设备和光学传感器系统之间的接合由所述固定装置支持并且因此对于使用者来说得以简化。由此在最大程度上自动避免失调。所述机械式固定装置可以具有弹簧加载的夹紧系统，例如类似于晒衣夹的夹紧系统，通过该夹紧系统可以将平面型固持结构夹紧到计算机设备上。
根据本发明的有利扩展方式，传感器系统集成到计算机设备的保护套、服装中或者集成到包装件中或者这样设计。以该方式，传感器系统可以以特别不明显的方式随身携带并且因此用户不会感到烦扰。
根据本发明的有利扩展方式，光波导被设计为与平面型固持结构的至少一部分成一件式。以该方式，光波导可以以制造技术上特别有利的方式集成到固持结构中。
根据本发明的有利扩展方式，传感器系统包括多个相继布置在相同的光导路径中的传感器。以该方式可以通过一个光导路径探测多个传感器信号并且可以感测不同的影响变量。然后，可以在复用操作中查询所述多个相继布置的传感器。由此可以避免将计算机设备扩展到附加的光源和/或照相机。
根据本发明的有利扩展方式，传感器系统包括多个并联的光导路径，在每个光导路径中布置至少一个传感器元件。以该方式，在计算机设备的给定硬件配置的情况下同样可以探测多个传感器信号并感测不同的影响变量。即使没有波导耦合器，多个波导也可以与LED和照相机平行地操作。
通过多个光学传感器的复用，例如可以测量多个参数和/或例如可以相对于温度来补偿光学传感器结构的交叉灵敏度。还可以通过已经存在于计算机设备中的传感器来实现交叉敏感度的补偿，例如温度和湿度的补偿。
为了使传感器区域功能化，原则上可以将特异性结合到待检测分析物上的各种受体固定在传感器区域中。作为受体，在此不仅可以使用天然来源的分子，例如抗体和酶，而且可以使用合成产生的分子，例如适体(Aptamere)。除了列出的大分子之外，还可以将小分子固定在传感器表面上，以便引起所期望的相对于待检测分析物的特异性。这些受体在传感器上的固定即可以共价键的方式和也可以吸附的方式在传感器的表面上实现。
根据本发明的有利扩展方式规定，传感器元件具有至少一个传感器区域，在所述传感器区域上布置有特异性结合在待检测分析物上的适体或其他赋予特异性的受体，如抗体，作为用于感测待检测分析物的受体。以该方式，能够实现有效、易于应用地功能化所述传感器区域，例如，以传感器表面的形式。适体或其他赋予特异性的受体，例如抗体，对证明特定的分析物具有很高的选择性；因此，它们特别适用于识别特定疾病。关于其他可能的受体，适体是有利的，因为它们更稳定并因此能够持久地起作用。布置在传感器表面上的适体或其它赋予特异性的受体(例如抗体)结合待检测的分析物，并且由此导致位于传感器表面上的介质的光学性质的变化。
根据本发明的有利扩展方式规定，额外地使用适体或其它赋予特异性的受体(例如抗体)以增强信号。另外可以使用能够影响介质在传感器表面上的光学性质的各种修饰剂，例如，纳米颗粒或染料。由此提供了用于增强信号的另一选择，所述选择特别适用于较大的分析物，例如蛋白质或细胞。在一个可能的实施方式中，适体或其它赋予特异性的受体(例如抗体)在此用金纳米颗粒修饰。这些经修饰的受体结合到分析物上，所述分析物由存在于传感器表面上的适体或其它赋予特异性的受体(例如抗体)结合。由此，修饰剂(例如金纳米颗粒)位于传感器表面附近并且进而可以用于产生信号和/或增强信号。
根据本发明的有利扩展方式，传感器元件被构造成感测气体或气体混合物。这可以例如如下实现：将所述传感器元件用金属氧化物层(掺杂或未掺杂)或金属氧化物层(掺杂或未掺杂)功能化，所述传感器元件例如基于表面等离激元(SPR)传感器。借助例如氧化锌(ZnO)、掺铁二氧化锡(Fe：SnO2)或二氧化锆(ZrO2)可以实现用于检测硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)或用于确定空气质量的传感器。此外，可以通过具有不同金属氧化物层的多个传感器的串联/并联复用来提高相对于气体的特异性，或者可以使用智能手机辅助的传感器系统来检测多种不同的气体。
为了感测气体或气体混合物的目的，传感器元件还可以由变色材料(Farbumschlagmaterial)涂覆，或者传感器元件的波导芯可以全部或部分地由变色材料组成。所述变色材料由聚合物/染料基质组成，所述变色材料的颜色变化与气体浓度变化相关。借助这样的比色法可以检测诸如一氧化碳、二氧化氮、氨和/或乙烯的气体。
根据本发明的有利扩展方式，传感器系统可被配置为检测所接收的光的光谱特性。这是有利的，特别是在传感器元件被设计为SPR传感器的情况下。基于SPR的传感器系统的光谱性质和/或灵敏度可以例如通过光学波导的芯折射率和/或包层折射率，通过金属合金(例如银/金)，通过使SPR传感器元件锥形化，通过在SPR传感器元件与环境介质之间的介电中间层(功能化)，和通过一叠不同的介电中间层(至少两个介电层的堆叠体)和/或被一叠介电中间层分离的两个金属层而得以优化。
此外，基于SPR的传感器系统(具有金属涂层的光波导)的光谱性质和/或灵敏度可以通过使用纳米颗粒，特别是金属纳米颗粒来优化。
根据本发明的有利扩展方式，传感器元件可以借助布洛赫(Bloch)表面波来实现，例如通过用一叠(一堆)介电层制造传感器元件来实现。传感器区域的金属化，特别是传感器表面的金属化和/或介电层的施加可以例如通过湿化学方法和/或通过阴极溅射和/或电极射束蒸发来实现。
根据本发明的有利扩展方式规定，传感器系统具有用于检测由传感器元件改变的光的傅里叶变换光谱仪。其优点在于，可以分析由照相机接收的光的光谱的可靠检测。作为衍射光栅的补充或者替代，傅里叶变换光谱仪(FT光谱仪)可以用于传感器系统中。FT光谱仪由放置在传感器系统和智能照相机之间的干涉仪组成。来自干涉仪的干涉图由计算机设备的照相机记录。通过计算干涉图的傅里叶逆变换可以确定传感器谱图。
根据本发明的有利扩展方式规定，传感器系统具有用于将溶解的分析物导引到传感器元件的流控或微流控装置。以该方式，传感器系统可以设计为芯片实验室(Chiplabor)，其也与液体分析物相容。流控/微流控装置用于将样品溶液导引到光学传感器元件。此外，芯片实验室可以包含缓冲溶液，所述缓冲溶液借助流控/微流控装置与样品溶液混合，并且所得溶液借助流控/微流控装置被导引到光学传感器元件。此外，缓冲溶液可用于传感器再生。进一步地，集成在芯片实验室上的缓冲溶液可用于校准光学传感器系统，所述缓冲溶液在样品溶液之前通过流控/微流控装置被导引到光学传感器元件。此外，智能手机振动报警可用于混合所述样品溶液和缓冲溶液。除了包含实验室芯片解决方案的可能性之外，还可以在微流控装置中提供固体。举例来说，所述固体可以是缓冲盐或其它固体试剂。当应用所述传感器系统时，所述固体与液体形成接触，由此溶解并被输送到传感器元件。因此，在微流控装置中还可存有例如纳米颗粒和/或用赋予特异性的受体(如适体或抗体)包覆的纳米颗粒。
根据本发明的有利扩展方式规定，传感器系统在传感器元件的区域中具有空腔，所述空腔被设计为具有或没有谐振器特性的吸收室。另外，所得到的吸收光谱可以借助金属纳米颗粒或荧光标记物进行增强，所述金属纳米颗粒或荧光标记物处于样品溶液中并且例如能够目标性地结合在靶上。
根据本发明的有利扩展方式规定，平面型固持结构在其对移动计算机设备的接收区域的有效尺寸方面可以在至少一个空间维度上调整。以该方式，可以创建一种适合于移动计算机设备的、特别是不同智能手机的各种设计方式的通用传感器系统，方式是通过调整来适配于计算机设备。
根据本发明的有利扩展方式规定，所述传感器系统或至少所述传感器系统的覆盖光源和/或照相机的那些部分可以关于其位置而言相对于固持结构调节。由此可以进一步改进传感器系统在不同设计的移动计算机设备中的通用性，特别是当各种计算机设备在不同位置处具有光源和/或照相机时。
根据本发明的有利扩展方式规定，输入接口由多个沿锥形化/未锥形化的光波导串联布置的45度输入机构组成，使得相同的光学传感器系统可用于不同的移动计算机设备。其中光波导存在横截面变化(锥形化或逐渐变细)的光波导区域被称为“锥形化(getapert)”或锥形部。
根据本发明的有利扩展方式规定，输入接口由多个并联的45度输入机构和锥形化的光波导组成，其中45度输入机构也可以轻微错开地布置，使得相同的光学传感器系统可以用于不同的移动计算机设备。
根据本发明的有利扩展方式规定，所述传感器系统由多个并联的光学传感器系统组成，其中所述多个并联的光学传感器系统的长度可以变化，使得各个输入机构位于不同的位置并且进而至少一个光学传感器系统总是以最佳方式与光源和照相机对准，即使这些组件的位置根据移动计算机设备而变化。
根据本发明的有利扩展方式规定，输入接口和/或输出接口由具有啁啾光栅周期的光栅组成。在啁啾光栅周期的区域中，周期沿光学路径变化。由此提高了光栅对于多个波长的适用性。
根据本发明的有利扩展方式规定，所述传感器系统能够以拱形和/或倾斜(水平和/或垂直)方式放置，以便根据智能手机类型(移动计算机设备)优化与传感器系统的光学耦合。为此，传感器系统可设计为柔性的或可弯曲的。
根据本发明的有利扩展方式规定，传感器系统或至少所述传感器系统的覆盖光源和/或照相机的那些部分关于其尺寸和位置而言这样与移动计算机设备相匹配，使得光源和/或照相机仅被部分覆盖。以该方式，移动计算机设备的光源和/或照相机例如还可以用于其他目的，例如，用于在不移除传感器系统的前提下拍摄照片。通过可安装在移动计算机设备或任何其他计算机设备上的相应的图像处理软件，可以从拍摄的照片中再次移除配属于传感器系统的各个像素行和/或像素列。
只要将传感器系统集成到智能手机保护套中，该智能手机保护套就可以这样设计，使得传感器系统可以灵活地放置在智能手机的光源和照相机的前面。以该方式，用户可以使用智能手机进行灵活的测量或拍照。例如，用于扁平设计的传感器系统的滑移设备可以设置在智能手机保护套中。作为替代选择，传感器系统可以刚性地集成在智能手机保护套中，并且传感器系统的输出机构可以这样设计，使得传感器评估仅需要智能手机照相机的几个像素行或像素列。在优选的设计方式中，所述像素行或像素列位于智能手机照相机的边缘，使得在常规照片应用的情况下，可以从图像中删除这些像素行或像素列。
根据本发明的有利扩展方式，传感器系统在输入接口和/或输出接口中具有至少一个通过45度切割方法、随后的热压印方法和/或随后的材料处理而制造的45度镜。这能够实现可靠且廉价地制造传感器系统。
由传感器系统获取的数据或由计算机设备的照相机记录的图像数据的评估可以直接在计算机设备本身上执行或在外部计算机上远程执行。因此，用于评估传感器系统的数据的相应算法和软件可以要么直接在计算机设备上执行要么在外部计算机上执行。在两种设备(即移动计算机设备和外部计算机)上分开执行算法和软件的某些组件也是有利的。
因此，本发明还涉及用于在与前述类型的传感器系统配合作用的计算机设备上或在外部计算机上执行的计算机程序。在有利的实施方式中，计算机程序被配置为，以预定调制格式调制地控制计算机设备的光源并且还利用配属于所述调制格式的解调格式来解调由照相机接收的光。这可以例如通过光源的脉冲控制来实现，例如通过安全的、识别错误的编码。以该方式，可以使杂散光等外部干扰最小化。因此，所述光源例如可以周期性地以相应频率接通和断开。由此可以增加传感器灵敏度和/或降低与干扰光(环境光)相关的灵敏度。
根据另一个有利的实施方式，可以顺序地进行多个测量且形成平均值，以及可以顺序地进行不同测量。
根据另一个有利的实施方式，计算机设备能够借助在计算机设备上播放的视频来指导或辅助用户关于传感器系统的正确应用。
根据另一个有利的实施方式，用于评估传感器系统的计算机程序可另外结合移动计算机设备的其它数据，例如GPS位置。由此能够开发有利的应用，例如在旅游医疗领域中的应用。因此，GPS位置可以用于例如请求在空间附近的紧急医疗援助，例如通过自动紧急呼叫。此外，GPS位置例如可以用于额外更精确地说明借助传感器元件完成的诊断，例如通过排除对于相应地理区域不太可能的病象。
根据另一个有利的实施方式，计算机程序被配置为，对由照相机记录的信号进行光谱分析。以该方式，传感器元件也可以直接借助移动计算机设备的照相机进行光谱评估，例如通过对具有不同光谱灵敏度的照相机像素的所测量的强度值进行评估。
接下来利用附图借助示例性实施例对本发明进行更详细的说明。
其中：
图1以立体图示出了移动计算机设备和光学传感器系统，
图2至图5以俯视图示出了光学传感器系统的各种实施方式，
图6和7以侧视图示出了光学传感器系统的各种实施方式，
图8以立体图中示出了移动计算机设备、固持装置和光学传感器系统，
图9显示了基于适体的传感器系统的可能的测量原理，
图10示出了传感器系统的第一种制造方法，
图11示出了传感器系统的第二种制造方法，
图12示出了传感器系统的第三种制造方法，
图13示出了平面型光学传感器系统的可能的设计形式，
图14示出了输入和输出接口的可能的进一步设计形式和布置，
图15至17示出了传感器系统的其它实施方式，
图18示出了用于与智能手机保护套配合作用的传感器系统，
图19示出了用于定位传感器系统的智能手机保护套，
图20示出了用于传感器系统的固持装置，
图21示出了以光纤和外部光学部件的设计形式的传感器系统。
在图2至图7中，光学传感器系统分别以部分剖切的方式呈现，使得集成到平面型固持结构中的元件变得可见。在附图中，相同的附图标记用于彼此对应的元件。
图1示出了移动计算机设备100，例如智能手机，其前侧上具有例如显示器101和操作元件102。此外示出光学传感器系统1，其被配置为与移动计算机设备100配合作用。为此，光学传感器系统具有例如类似于智能手机保护套的固持器10，计算机设备100可以精确地插入该固持器10中。固持器10具有在计算机装置100要被插入的接收区域中的平面型固持结构11，其向下限定固持器10的边界。下面将要说明的各种光学部件都被集成到平面型固持结构11中。图1中尤其可见用于输入来自计算机设备100的光源的光的输入接口3和用于将来自传感器系统1的光输出到计算机设备100的照相机的输出接口4。
还可以看出，平面型固持结构11被设计为具有彼此远离的两个主表面12,14的薄的扁平结构。
平面型固持结构11的第一实施方式在图2中以俯视图(或平面图)示出，其中平面型固持结构11被打开至这样的程度，使得布置在其中的光学部件如图2所示地变得可见。可以看出，由光波导形成的光导路径2从输入接口3出发被向下导引并且经由180°的弧形再次被导引回到输出接口4。在光导路径2中布置有传感器元件5(下文中也称为传感器)。经由输入接口3，来自计算机设备100的光源7的光被馈送到光导路径2中，被导引穿过传感器5，并且经由输出接口4将所出现的光供给计算机设备100的照相机8。
在图3所示的第二实施方式中，光不像第一实施例那样被导引穿过传感器5(透射原理)；而是由传感器5反射(反射原理)。因此，在本实施方式中，来自光源7的光经由输入接口3、经由波导耦合器6、经由光导路径2被导引到传感器5。在那里经反射的光经由光导路径2和波导耦合器6导引到输出接口4，并且可以相应地经由照相机8记录。
在图4所示的第三实施方式中，多个光传感器5(在该情况下共有五个)被串联地布置在相同的光导引路径2中。通过光学复用来实现计算机设备100中的信号探测。
在图5中示出的第四实施例中，多个光导路径、如两个光导路径2彼此并联地布置。在每个光导路径中布置至少一个传感器5。光导路径2可以通过相应的波导耦合器6连接到输入接口3和输出接口4。此外，并联的光路可以分别具有专用的输出接口，但是具有共用的输入接口。
如可以确定的，所呈现的示例性实施例不是穷尽的。原则上，任意多个传感器可能存在于光导路径中，原则上同样可以设有任意多个并联的光导路径。因此，所有示例性实施例均可以彼此组合。
此外，光学传感器系统1可以以脊形波导(图6)或掩埋波导(图7)的形式实现。图6示出以光波导形式的光导路径2，其被施加在用作固持结构的基材9上。在光导路径2中再次布置有传感器5。在该情况下，输入接口3包括被设计为光波导的斜坡的输入机构3a，入射光13经由所述斜坡被偏转。输出接口4具有光波导的斜坡4a作为输出机构，经由该斜坡4a再次偏转光。此外，输出接口4包括光栅4b(衍射光栅)作为另外的输出机构，所述光能够被所述光栅4b分成相应的光谱分量，从而计算机设备100的照相机8可用作光谱仪。
在根据图7的实施方式中，光导路径2嵌入到用作固持结构的基材9中。传感器5同样嵌入到光导路径和基材9中。用于入射光13的输入接口3具有以光栅3a形式的输入机构。输出接口4具有以光栅4a形式的输出机构。
光导路径2的所示走向分别仅示例性地给出。根据传感器系统的实施方式，所述走向也可以有不同的外观。传感器5或多个传感器5可以沿着光导路径布置在任何位置，而不仅仅是在示例性实施例中示例性地给出的位置。
输出接口4用于将光导路径2与计算机设备100的照相机8耦合，其中前侧的照相机和后侧的照相机均可以使用。例如，输出机构可以由棱镜、反射镜和/或光栅组成。此外，可以使用具有或不具有光栅的、倾斜45°的波导-其中光尤其被全反射偏转。来自光波导的光可以借助光栅以空间方式光谱分离，因此可以通过智能照相机检查光学传感器结构的光谱特性。
图8示出了图1所示的本发明的改进实施方式。与图1不同，固持器10在其支撑面16上具有用于传感器系统1的接收区域17。传感器系统1被设计为具有再次存在的平面型固持结构11的分开的单元，其可以与布置在其中或其上的其它部件3,4一起插入到接收区域17中。
传感器系统1的光学部件例如可以通过印刷方法、光刻、微复制、激光材料处理和/或通过上述方法的组合来制造。
聚合物的光学组件例如可以通过柔性版印刷(Flexodruck)、胶版印刷(Offsetdruck)或喷墨印刷来制造。就微复制而言，借助纳米结构化的冲模将光学部件转移到基材中。结构转移可以例如通过反应注射成型、注射成型、注射压缩成型、热压花、热成型或纳米压印光刻来进行。例如，聚合物基材中的微光学结构的热压花是惯用方法。在抽真空的环境中，将热塑性塑料加热到其粘弹性状态并压到纳米结构的模具中。接着在冷却后进行脱模。对于热压印而言，几乎所有的热塑性塑料和热塑性弹性体都可使用。
激光材料处理包括例如通过激光引发的在聚合物基材的表面处或体积中的折射率变化来制造光波导或通过激光烧蚀来制造微光学结构。例如，可以借助光掩模和准分子激光器或通过无掩模激光直接写入方法，例如通过飞秒激光，将光波导结构写入聚合物。此外，塑料中的光学传感器结构的三维结构化可以通过双光子聚合(2PP)进行。
此外，光学部件可以通过激光引发的在玻璃基材的表面处或体积中的折射率变化来制造。此外，离子交换法可用于制造玻璃中的光学部件。
就光学部件的制造而言，例如可以首先通过微复制产生或制造输入接口3和输出接口4以及光波导，以便随后通过引入具有较高折射率的聚合物或光纤或者通过波导印刷或通过激光材料处理来完成光束路径(optischen Strahlengang)的制造过程。在光束路径的制造结束后，传感器结构必要时可以根据目标参数进行功能化。
在试验范围内，开发了用于智能手机环境分析的基于光学玻纤的表面等离激元传感器系统。使用长度为25cm的400μm塑料包覆的二氧化硅(PCS)纤维作为光学玻纤。将玻纤的两端磨成45°，以便将光通过全反射垂直地输入到玻纤中或者输出。表面等离激元传感器通过玻纤芯的、长度约1cm的银涂层实现，其中玻纤的该位置处预先去除包层。通过在玻纤端部与智能手机照相机之间的全息PDMS衍射光栅，将智能手机LED的光谱分量以空间分开的方式而成像在智能手机照相机上。可通过光谱分解检测表面等离激元传感器的共振，并且可通过共振的位移来测量环境折射率的变化。在试验范围内，已经可以获得5.96×10-4的折射率单位/像素的灵敏度。通过优化输出耦合器和衍射光栅，可以进一步提高所开发的传感器系统的灵敏度。
在试验范围内，可以通过表面等离激元开发出一种对于折射率变化具有高灵敏度的智能手机的光学传感器系统。通过传感器表面的相应功能化，即集成例如将气体浓度变化转换为折射率变化的测量转换器，可以测量很多个参数，因此可以想到大的使用范围。
这种一次性芯片实验室的可能的未来应用可以包括例如妊娠试验、乳酸检测或血糖含量监测。一次性芯片实验室的另一个应用领域可以在旅行医疗中。在此可以借助智能手机和传感器系统之间的联系来开发出新产品。例如，一次性芯片可用于诊断和监测疟疾感染。此外，一次性芯片可用于诊断心肌梗死或假期旅行中食物中毒的情况。由于在心肌梗死的情况下除了强烈的胸痛之外，在血液中还存在垂死心肌的酶和蛋白(生物标志物)的浓度升高，因此可以通过检测这些生物标志物来警告患者，并且借助GPS位置数据将患者导引至最近的紧急医疗中心或将辅助医护人员导引至患者。此外，可以使用具有成本效益的基于一次性芯片的传感器系统来开发兽用医学中的新应用/产品。
使用例如集成在智能手机保护套中的传感器系统可以监视环境参数或个人特定参数。可能的应用可包括农业中氨和/或甲烷含量的连续测定。聚苯胺或引入PDMS中的穴番(Cryptophane)A分子可用作氨或甲烷的测量转换器。此外，所述传感器系统可用于测量湿度、二氧化碳、氧气或氮气，从而监测室内气候。
此外可以开发具有用于测量X射线辐射的集成式剂量计的传感器系统。可以借助没有/具有闪烁体的PMMA纤维、基于光谱衰减和/或荧光测量来测量X射线的能量剂量。由此例如可以获取放射科医生的辐射暴露，并且因此智能手机剂量计可以是现有个人剂量计的廉价的替代方案。此外，智能手机用户可以测量其因太阳辐射而造成的紫外线照射，并且因此可以防止晒伤。
智能手机保护套也可以集成到服装中，其中所述服装设有光纤传感器。智能手机保护套因此用于将智能手机连接到所述服装中的光纤传感器系统上。在此，可能的应用例如是通过已经设有光纤应变传感器的顶部件来监测新生儿的呼吸以便检测可能的呼吸暂停，或使用智能手机血压计测量血压。
本发明的其他设计方式及其优点：
将光波导和波导传感器集成到智能手机保护套中以监视环境参数或个人特定参数，其中智能手机LED和智能手机照相机分别用作光源和检测器。
在与诸如智能手机/平板电脑的移动计算机设备相结合的情况下，在聚合物基材中的光波导和波导传感器可以作为一次性芯片实验室用于患者侧的实验室诊断。因为智能手机LED或显示器和智能手机照相机(在前侧或后侧上)都可以用作光源和检测器，所以无需用于驱动一次性芯片实验室的有源部件。因此与现有技术相比获得了成本优势。
多个光学传感器的复用和进而借助仅一个传感器系统监测多个不同的参数
将集成的光纤传感器结合到服装中并通过智能手机查询。
在传感器元件5的有利实施方式中，适体作为赋予特异性的受体固定在传感器表面上。适体是单链DNA或RNA寡核苷酸，其可以在称为SELEX(Systematic Evolution ofLigands by EXponential Enrichment，通过指数富集实现的配体的系统性进化)的反复体外选择过程中针对任何目标结构，例如蛋白质、低分子化合物或全细胞而产生。适体可以尤其例如以化学方式经由连接分子而耦合到传感器表面上，通过硫醇修饰的适体的自组装单层施加在传感器表面上，在固定到适体部段的互补寡核苷酸处杂交或者甚至纯粹吸附地结合在传感器表面上。要检测的分析物与适体的特异性结合可以直接导致传感器表面上的折射率变化，或者可以使用用于产生折射率变化的间接方法。间接产生折射率变化的示例性选择(其特别也适用于小分子的分析)在于使用与适体的靶结合位点互补的寡核苷酸。在该示例性实施方式中，适体90固定在传感器元件5的传感器表面50上，随后与适体90的靶结合位点互补的寡核苷酸91杂交；见图9(A)左侧。当测量样品期间，靶92结合在适体90上，并从适体90中置换寡核苷酸91；见图9(A)右侧。这里，寡核苷酸的置换导致折射率的可测量的变化。除了该顺序序列(1.互补寡核苷酸的杂交和2.寡核苷酸被靶置换)之外，还可以以直接竞争的方法使经固定的适体与由寡核苷酸和靶组成的混合物形成接触。在该情况下，杂交的寡核苷酸的量和进而折射率的变化取决于靶的浓度。
在基于适体的乙醇胺检测的实例中示例性地证明了适体作为用于使传感器表面功能化的赋予特异性的受体的可能性。为此，首先用巯基十一烷酸(MUA)作为连接分子来修饰涂覆有银的光纤传感器。为此使用在100％乙醇中的200mM的MUA溶液。随后用50mM 2-(N-吗啉代)乙磺酸(MES)中的100mM 1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)和100mM的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合物来活化MUA修饰剂。针对乙醇胺的5'末端氨基修饰的适体EA#14.3(100μM，在50mM MES中)被结合在活化表面上。所用适体的序列是：
ATACCAGCTTATTCAATTTGAGGCGGGTGGGTGGGTTGAATATGCTGATTACCCCATCGGAGAACGTTAAGGCGCTTCAGATAGTAAGTGCAATCT。
随后将针对乙醇胺的固定化的适体和与适体的靶结合位点互补的寡核苷酸(序列：CCCACCCACCCGCCTC)一起温育。在适体和互补寡核苷酸的杂交期间观察到传感器共振红移7nm；见图9(C)。这说明传感器还能够检测相对较小的分子，因为所使用的寡核苷酸的分子量仅为4668Da。随后，将传感器与乙醇胺(10μM，在20mM三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)，100mM NaCl，0.02％吐温(pH 7.6)中)一起温育。由乙醇胺诱导的互补寡核苷酸从适体中的置换导致传感器共振蓝移2.2nm；见图9(D)。因此，可以通过互补寡核苷酸的置换间接地实现非常小的分子(乙醇胺的分子量：61Da)的检测。
总体而言可表明，SPR传感器可以用适体进行功能化，后者在此保持其结合特性，并且由此产生的基于SPR的适体能够甚至检测到仅导致传感器表面的轻微变化的较小分子。
图9(A)示出了测量原理的示意图。适体90固定在传感器5上，互补寡核苷酸91在适体90上杂交。该寡核苷酸被乙醇胺置换，由此导致传感器5上的光密度降低。这可以看作是共振的位移。图9(B)中可见在传感器功能化和乙醇胺检测期间共振的位移。在适体(100μM)的固定期间观察到6.7nm的位移。如图9(C)所示，寡核苷酸(100μM)的杂交同样导致共振红移7nm。如图9(D)所示，用乙醇胺(10μM)置换寡核苷酸导致共振蓝移2.2nm。这种位移的时间曲线表明，在30分钟内已经获得了清晰的信号，如图9(E)所示。
这里介绍的用于基于适体的乙醇胺检测的传感器的实施方式展示了检测小分子的实例。通过使用特异性结合在诸如抗生素、毒素等的其它小分子上的其它适体，以及与所使用的适体的结合位点互补的相应寡核苷酸，可以实现具有任何特异性的传感器。
除了上述的小分子检测之外，基于适体的传感器还可以设计用于检测较大的分析物，例如蛋白质、病毒或细菌等。在该情况下，如果分析物在传感器表面上的赋予适体的结合导致介质在传感器表面上的光学特性的足够大的变化，则可以省去互补的寡核苷酸。作为替代选择，对于较大分析物如蛋白质、病毒、细菌或其他物质，也可以使用增强信号的措施。因此，可以使用例如适体修饰的纳米颗粒，所述纳米颗粒结合在通过适体结合到传感器表面上的分析物上。因此，纳米颗粒位于传感器表面附近并且用于信号产生和/或信号增强。
传感器系统的可能设计方式的示例性制造步骤在图10和11中示出。在制造开始时，在聚合物基材97中传感器系统的基本结构通过两个压印冲头95,96热成型(带热源98的热压印方法)。波导结构和耦合器基本结构借助下冲头96产生。上冲头95可以在聚合物基材97中产生凹陷80，该凹陷80随后用作传感器的分析窗口，其中分析窗口83在这里限定了光学传感器和周围环境之间的相互作用的区域(功能化)。可以使用折射率分别为1.49和1.53的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)和/或环烯烃共聚物(COC)作为聚合物基材97。随后去除下冲头96。这可以例如通过冷却79来进行(步骤1-3)。
由工艺决定，基材材料的残留层会保留在波导芯和分析窗之间，该残留层当然可以在随后的步骤中去除。此外，剩余的残留层可以针对性地用作牺牲层，其用于施加等离激元传感器所需的金属化层。在随后的制造步骤4中，聚合物基材97中平面型光波导的现有基本结构可以例如通过溅射或蒸镀方法94用金属涂覆。金属涂层可以是用于实现光耦合器并制造SPR传感器。为了针对性地仅涂覆光学传感器的镜面区域81,82和分析窗口83，可以通过掩模99掩蔽所有其它区域。
在用金属涂覆之后，聚合物基材97的波导的基本结构中放入液态单体84，所述液态单体84具有比聚合物基材更高的折射率并且，特别地但不是必需地，能够通过UV辐射固化或聚合，并且在聚合后形成光波导芯(步骤5)。在步骤6中，具有比光波导芯低的折射率的底部基材85可以使用几kN的力F 78按压到具有液态单体84的聚合物基材97的波导的基本结构上并且例如通过UV辐射77聚合。这里，底部基材85可以已经包含用于光谱仪的光栅结构86，该光栅事先例如通过热压印方法或材料加工(例如，通过准分子激光进行烧蚀)产生。该光栅也可以事后在工作步骤6结束时或在制造方法结束时例如借助热压印方法或材料加工而引入底部基材的下侧。作为替代选择，波导芯和底部基材可以在步骤5和6中例如通过旋涂而施加，和/或必要时，将光栅事后引入底部基材的下侧。在制造步骤7中去除上冲头95，并且必要时，随后在工作步骤8中同样可以去除光学传感器的分析窗口83上的剩余残留层并且可以暴露分析窗口。光学传感器的分析窗口例如可借助氧等离子体87而暴露。作为替代选择，还可以使用准分子激光(激光烧蚀)或溶剂，例如氯仿或甲苯。此外，该暴露也可以以掩蔽方式进行。此外，光学传感器可以对偏振敏感。通过例如在光源和输入接口之间施加例如以碘掺杂的聚乙烯醇(PVA)膜的形式的偏振器，可将计算机设备的非偏振光源线性偏振。
底部基材在工作步骤5之前相应地准备，并且可以在上侧和/或下侧包含光栅。此外，可以替代地将金属膜施加到底部基材的上侧。在该情况下，将不再需要在工作步骤4中在光学传感器的分析窗口的位置处涂覆金属。然而，在工作步骤8中，光学传感器的分析窗口的暴露必须在平面型光学传感器系统的下侧进行。光栅也可以在制造之后借助相应的材料加工方法在平面型光学传感器系统的下侧产生。此外，还可以单独地制造具有光栅86的聚合物膜93，该聚合物膜可在平面型光学传感器系统的制造过程之后(在该情况下不使用光栅)粘接到下侧上(如图13(D)中示例性地示出的那样)。
在根据图10的方法中，聚合物基材97的上侧上的凹陷80通过上冲头95产生；在根据图11的方法中，聚合物基材97的下侧上的凹陷80通过下冲头96产生。
在图12中示出了另一种可能的制造方法。首先，将光学光路的基本结构(带有/不带光栅)成型在聚合物基材97中，并且例如通过刮涂或旋涂引入波导芯材料88(步骤1-4)。
步骤5-7：必要时，然后例如可以用金属或金属合金94涂覆波导88的上侧(涂层可以通过掩模99以掩蔽方式进行)，并且另外的聚合物基材89可以被放置在波导88的上侧上并通过两个冲头70,71进行按压。聚合物基材89可以例如通过热压印法或粘接方法施加并且包含用于光学传感器的分析窗口的凹陷80。作为替代选择，在上侧上的聚合物基材89也可以通过旋涂施加并且可以例如借助掩模和等离子体来产生用于实现分析窗口83的凹陷80。光学45°耦合机构72,73可以借助磨削技术、切割方法、随后的热压印方法或材料加工方法制造。
步骤8-10：作为步骤5-7的替代方案，在波导88的上侧上的聚合物基材89也可以首先通过热压印、粘接和/或旋涂施加。在上侧上的聚合物基材89可以包含用于光学传感器的分析窗口的凹陷80。随后，可以用金属或金属合金94将光波导涂覆在所述凹陷的位置处并且可以制造光学耦合机构。光学45°耦合机构72,73可以借助磨削技术、切割方法、随后的热压印方法或材料加工方法制造。作为替代选择，也可以首先制造光学45°耦合机构，然后涂覆以金属或金属合金，使得光学45°耦合机构同样被涂覆。
步骤11-14：作为步骤5-7的替代方案，也可以首先通过热压印、粘接和/或旋涂施加所述上侧上的聚合物基材89。用于光学传感器的分析窗口的凹陷80可以稍后例如借助掩模99和等离子体74来产生。随后在凹陷位置处用金属或金属合金94涂覆光波导以及制造光学耦合机构。光学45°耦合机构72,73可以借助磨削技术、切割方法、随后的热压印方法或材料加工方法制造。作为替代选择，也可以首先制造光学45°耦合机构，然后涂覆以金属或金属合金，使得光学45°耦合机构同样被涂覆。
在制造了平面型光学传感器系统之后，在分析窗口的区域中进行传感器元件5的相应功能化，并且在芯片实验室的情况下施加流控/微流控装置。其中在可能的设计方式中，流控/微流控装置可以用于光学传感器的功能化。此外，流控/微流控装置可以已经被集成到聚合物基材97和/或底部基材85中，或者也可以在光学传感器系统的制造过程中一同被集成到聚合物基材97和/或底部基材85中。
平面型光学传感器系统的进一步可能的设计方式在图13中示出。这些设计方式可以通过图10至图12所示的制造方法的不同工作步骤的相应组合来产生。
图10-12所示的制造方法也可以用于制造具有多个串联和/或并联嵌套的光学传感器的光学传感器系统。
所呈现的传感器表面可以在功能化之前进行修饰，例如通过化学处理来影响表面性质(疏水性，非特异性结合等)。
图10-13中所示的制造方法和设计方式示例性示出了基于表面等离激元的光学传感器。通过在光学传感器处露出金属涂层，也可以实现其它光学传感器，例如光学消散场传感器或马赫-曾德尔波导传感器(Mach-Zehnder-Wellenleitersensor)。
图10-13中呈现的45°耦合元件也可以设计成抛物线式，以优化光学传感器系统与外部光源或照相机之间的光耦合。
此外，图10-13中所示的设计方式还可以包含锥形结构和/或波导耦合器。波导耦合器尤其对于实现马赫-曾德尔波导传感器是必要的，并且还可用于在一个输入接口处耦合多个并联的波导传感器。此外，图10-13中呈现的设计方式也可以设计成没有光栅86。
根据应用情况，图10-13所示的设计方式的光波导也可以设计成弧形，并且用于传感器元件的凹陷可以是任何三维结构。
图14示出了传感器系统的输入接口和输出接口的进一步可能的设计方式和布置。例如，图14(A)中的输入接口3由沿着锥形/非锥形光波导串联布置的多个45度输入机构组成，使得相同的光学传感器系统可以用于不同的智能手机或移动计算机设备。在图14(B)中，传感器系统由多个并联的传感器系统组成，其中光学传感器系统的长度是变化的，使得相应的输入接口位于不同的位置并且进而总是有至少一个光学传感器系统以最佳方式与光源7和照相机8对准，即使这些组件的位置根据智能手机或移动计算机设备而变化。在图14(C)中，输入接口3由多个并联的45度输入机构和锥形光波导构成，其中这些45度输入机构也可以稍微错开地布置。
这里，其中使用的附图标记分别表示如下：
72 光学45°耦合机构
73 光学45°耦合机构
75 锥形结构
80 传感器元件的凹陷
83 光学传感器的分析窗口
86 光栅
88 光波导
89 聚合物基材
97 传感器系统的基本结构
图15示出了根据上述制造方法之一制备的传感器系统1以及所述传感器系统在移动计算机设备100上的布置。
图16示出了具有固持装置的传感器系统的实施方式，所述传感器系统特别紧凑地设计并且仅覆盖计算机设备100的一部分。为了固定的目的，例如设有固持夹150，所述固持夹将固持装置与传感器系统1一同、通过搭接计算机设备的前侧而固定在计算机设备100上。
图17示出了具有固持装置的传感器系统的实施方式，该传感器系统具有突出的测量尖端106并且仅覆盖计算机设备100的一部分。为了固定的目的，例如设有固持夹150，所述固持夹将固持装置与传感器系统1一同、通过搭接计算机设备100的前侧而固定在计算机设备100上。
图18在左侧示出了用于计算机设备100、例如用于智能手机的保护套103。保护套103在图16的左侧图像中从后侧呈现，因此可以识别出在后侧上设有相应的切口(Auskerbung)104，所述切口104用于将固持装置与传感器系统1一同定位和/或固定在其处。在图16中，在中间从前侧示出了保护套103连同插入其中的计算机设备100。在后侧，传感器系统1可以用固持装置附接到保护套筒103上，如图16中右侧所示。具有固持装置的传感器系统1包括与切口104对应的、被分配为配对件的造型，使得具有固持装置的传感器系统1可以与布置在保护套103中的计算机设备100结合使用。
在图16、17和18中，传感器系统可以以永久或可替换的方式与固持装置连接。因此，根据另一实施方式，传感器系统1可以设计为一次性芯片实验室的形式，其可以以可替换的方式固定在固持装置中。此外，透镜和/或光栅或FT光谱仪可以牢固地安装在固持装置中，使得传感器系统1不需要包含这些部件并且因此能够以特别有成本效益的方式实现。
图19再次从前侧示出了保护套103，其中计算机设备100插入到保护套中。保护套103具有设置在前侧的切口104。这能够实现传感器系统1在计算机设备100的前侧上的定位和/或固定。图17中示例性示出了计算机设备100的照相机8区域中的切口104；然而，该切口也可以例如额外地暴露计算机设备100的光源7。作为替代选择或者另外地，计算机设备100的显示器101可以用作光源。
图20示出了例如具有或不具有以框架105形式的磁性固定件的固持装置，该框架105例如可以例如通过粘接而固定到计算机设备100的后侧上。该固持装置105用于定位和/或固定传感器系统。在该情况下，不需要单独的保护套来将传感器系统定位和/或固定在计算机设备上。
图21示出了具有45度输入接口72和45度输出接口73以及外部光栅86(衍射光栅)的以光纤2形式的传感器系统1。此外，外部光栅86也可以包含透镜。此外，45度输入接口72和45度输出接口73、光栅86和透镜可以集成在单独的聚合物芯片中，该聚合物芯片可以用作具有传感器元件的玻纤与移动计算机设备之间的耦合元件。

Claims (21)

1.光学传感器系统(1)，被配置为与具有至少一个光源(7,101)和至少一个照相机(8)的移动计算机设备(100)配合作用，其中所述传感器系统(1)包括用于将来自计算机设备(100)的光源(7,101)的光(13)输入到传感器系统(1)中的至少一个输入接口(3)和用于将来自传感器系统(1)的光输出到计算机设备(100)的照相机(8)中的至少一个输出接口(4)，其中传感器系统(1)具有至少一个光学的光导路径(2)，经由所述光导路径(2)将输出接口(4)与输入接口(3)光学连接，其中至少一个传感器元件(5)布置在光导路径(2)中，所述传感器元件被配置为，根据从外部作用于传感器系统(1)的影响变量来改变被导引穿过所述光导路径(2)的光，其特征在于，所述传感器系统(1)具有扁平设计的平面型固持结构(9,11)，其中输入接口(3)、输出接口(4)、光导路径的元件(2)和传感器元件(5)在构造上集成在所述平面型固持结构中并且以固定预设的光学布置相对于彼此调整。
2.根据前述权利要求所述的传感器系统，其特征在于，平面型固持结构(9,11)被设计为具有两个彼此背离的主表面(12,14)的、薄的扁平结构，所述主表面是平面型固持结构(9,11)具有最大面积内容的外表面，其中，所述主表面(12,14)基本上彼此平行地延伸。
3.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，所述平面型固持结构(9,11)的厚度明显小于其宽度和长度。
4.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，集成到平面型固持结构(9,11)中的光导路径(2)被设计用于基本平行地沿着平面型固持结构(9,11)的主表面(12,14)传导光。
5.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，光导路径(2)具有至少一个以弧的形式铺设于平面型固持结构(9,11)中的光波导。
6.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，光导路径(2)具有至少一个用于在输入接口处将所述光(13)输入到光导路径中的输入机构(3a)和/或用于在输出接口(4)处将所述光从光导路径(2)中输出的输出机构(4a,4b)，其中所述输入机构(3a)和/或输出机构(4a,4b)被配置为，将沿垂直于主表面(12,14)的方向输入或输出的光至少部分地沿光导路径(2)的纵向延伸方向偏转。
7.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，平面型固持结构(9,11)包括至少一个机械式固定装置(15)，其有助于相对于传感器系统(1)正确布置和调整计算机装置(100)。
8.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，传感器系统(1)集成到计算机设备(100)的保护套中、服装中或者集成到包装件中或者设计为集成到计算机设备(100)的保护套中、服装中或者集成到包装件中。
9.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，光导路径(2)被设计为与平面型固持结构(9,11)的至少一部分成一件式。
10.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，传感器系统(1)包括多个串联或并联地布置在相同的光导路径(2)中的传感器(5)。
11.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，传感器元件(5)具有至少一个传感器区域，在所述传感器区域上布置有关于待检测分析物以合成方式产生的适体、抗体或其他赋予特异性的结构，作为用于感测待检测分析物的受体。
12.根据权利要求11所述的传感器系统，其特征在于，适体、抗体或其他赋予特异性的结构是完全或部分地标记用于信号增强的适体、抗体或其他赋予特异性的结构。
13.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器系统具有用于检测由传感器元件(5)改变的光的傅里叶变换光谱仪。
14.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器系统具有用于将溶解的分析物导引到传感器元件(5)的流控或微流控装置。
15.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，传感器系统在传感器元件(5)的区域中具有空腔，所述空腔被设计为具有或没有谐振器特性的吸收室。
16.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，平面型固持结构(9,11)在其对移动计算机设备(100)的接收区域的有效尺寸方面能够在至少一个空间维度上调整。
17.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器系统或至少所述传感器系统的覆盖光源(7,101)和/或照相机(8)的那些部分能够在其位置方面相对于平面型固持结构(9,11)调节。
18.根据前述权利要求之一所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器系统或至少所述传感器系统的覆盖光源(7,101)和/或照相机(8)的那些部分在其尺寸和位置方面这样与移动计算机设备(100)相匹配，使得光源(7,101)和/或照相机(8)仅被部分覆盖。
19.计算机程序，用于在与根据前述权利要求之一所述的传感器系统配合作用的计算机设备(100)上或在外部计算机上执行，其特征在于，所述计算机程序被配置为，以预定调制格式调制地控制计算机设备(100)的光源(7,101)并且还利用配属于所述调制格式的解调格式来解调由照相机(8)接收的光。
20.计算机程序，用于在与根据前述权利要求之一所述的传感器系统配合作用的计算机设备(100)上或在外部计算机上执行，其特征在于，所述计算机程序被配置为，对由照相机(8)记录的信号进行光谱分析。
21.用于制造根据权利要求1至18之一所述的传感器系统的方法，其特征在于，传感器系统(1)的基本结构借助将热塑性聚合物(97)压在中间的上压印冲头(95)和下压印冲头(96)而热成型在所述热塑性聚合物(97)中。
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