CN108303759B - 广角发射滤光器，具有其的光学传感器组件，具有其的pcr系统及其制造方法 - Google Patents

广角发射滤光器，具有其的光学传感器组件，具有其的pcr系统及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种广角发射滤光器包括基质、光刻胶和着色剂。基质具有平坦的形状，并且包括透明材料。基质不会通过激发光产生荧光或磷光。光刻胶设置在基质中。光刻胶通过选自热硬化、光硬化和晾干中的至少一种方法固定为固态。着色剂设置在基质中，并且包括具有预定波长范围的光。广角发射滤光器无论激发光的入射角如何都过滤激发光。

Description

广角发射滤光器，具有其的光学传感器组件，具有其的PCR系 统及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC§119要求于2016年12月6日向韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2016-0164825的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
1.技术领域
示例实施例总体涉及一种广角发射滤光器、具有该广角发射滤光器的光学传感器组件、具有该广角发射滤光器的PCR系统，以及该广角发射滤光器的制造方法。更具体，本发明构思的实施例涉及一种无论入射角度如何都具有均匀滤光特性的广角发射滤光器、具有该广角发射滤光器的光学传感器组件、具有该广角发射滤光器的PCR系统，以及该广角发射滤光器的制造方法。
2.相关技术领域的说明
滤光器是一种被配置为改变入射光的光学特性并发射改变后的光的构件。滤光器根据光学特性被分为干涉滤光器、吸收滤光器、偏振滤光器、空间滤光器等等。
干涉滤光器称为滤色器，只透射预定波长范围。例如，干涉滤光器透射波长小于预定波长的光，但阻挡波长大于预定波长的光。干涉滤光器的基本原理是基于光的干涉现象。在干涉滤光器中，堆叠复数个介电薄膜，用于确定透射光的波长。
吸收滤光器降低了由光学传感器检测到的光的量子效率。吸收滤光器控制较宽波长范围内的光的透射率。吸收滤光器中，光的干涉或散射很小。吸收滤光器通常由添加有各种无机或有机化合物的玻璃制成。这些化合物吸收一些波长的光，同时透射其他波长的光。也可以在塑料(通常是聚碳酸酯或丙烯酸塑料)中添加化合物，用于生产凝胶型滤光器，这些凝胶型滤光器比玻璃基滤光器更轻、更便宜。
偏振滤光器改变入射光的偏振特性，并由偏振片形成。空间滤光器用于去除空间分布于光通量中的噪声。
在上述滤光器中，由于干涉滤光器只透射预定波长，所以干涉滤光器被广泛用于光学传感器。也就是说，当波长与待检测波长不同的光入射到光学传感器时，具有待检测波长的光与不同于待检测波长的光混合，并因此，光学传感器的感测效率由于不同于待检测波长的光引起的噪声而降低。干涉滤光器只透射待检测波长的光，而阻挡不同于待检测波长的光，因此，提高了光学传感器的灵敏度，并提高了传感装置的精度。
传统的干涉滤光器通过将诸如银薄膜等金属贴到光学玻璃的表面而形成，或者通过交替堆叠具有不同折射率的透明薄膜而形成。尤其是，通过交替堆叠具有不同折射率的透明薄膜而形成的干涉滤光器具有优异的光学特性，例如透射光谱中大致正方形的光学特性。
发射滤光器透射具有长波长的发射光，例如荧光、磷光等，而阻挡具有短波长的激发光。发射滤光器用于使用荧光、磷光等的感测装置。干涉滤光器根据预定波长在阻挡或透射光方面具有优异的光学特性，因此广泛用于发射滤光器。
然而，发射滤光器对于沿垂直方向入射到发射滤光器上表面的光具有优异的滤光特性，但对于沿倾斜方向入射到发射滤光器上表面的光的滤光特性较差。形成上述现象的原因在于干涉滤光器的光学特性根据透明薄膜的相邻界面之间的距离而改变，而相邻界面之间的距离根据入射光的入射角而改变。
特别是，当入射到试样的激发光被散射时，一部分散射的激发光透过发射滤光器，因此噪声增加。当发射光的量大于激发光的量到达足够量时，发射光可以被光学传感器感测到。然而，当发射光的量小于激发光的量时，发射光可能不被噪声检测到。特别是，当试样的尺寸小并且光学传感器与试样之间的距离减小时，上述问题更加明显。
由于上述问题，在诸如聚合酶链式反应(PCR)装置、荧光激活细胞分选仪(FACS)、蛋白印迹检测装置等感测发射光的感测装置中，光学部件占有相当大的体积(例如80％)。因此，感测装置不具有移动性，也不可能提供即时检验。另外，感测装置的价格非常昂贵。而且，在感测装置的运输或迁移过程中会产生误差，因此，重新设置或校准需要很多时间。
此外，设置各种试剂需要很多时间，而且试剂可能受到污染。而且，由于系统尺寸太大，系统中包括各种独立的装置，并因此，不能与外部装置进行信息交换。
发明内容
本发明的一些示例实施例提供了一种无论入射角度如何都具有均匀滤光特性的广角发射滤光器。
一些示例实施例提供了一种广角发射滤光器，其包括基质、光刻胶和着色剂。基质具有平坦的形状，并且包括透明材料。基质不会通过激发光产生荧光或磷光。光刻胶设置在基质中。通过选自热硬化方法、光硬化方法和晾干方法中至少一种方法将光刻胶固定为固态。着色剂设置在基质中，并且包括具有预定波长范围的光。无论激发光的入射角如何，广角发射滤光器都过滤掉激发光。
在示例实施例中，广角发射滤光器可以是一次性使用的，并且用于一次性测试。
在示例实施例中，光刻胶可以包括半固化光刻胶，其不被短波长的光完全饱和，并且激发光可以首先被着色剂过滤掉，其次被半固化光刻胶过滤掉。
在示例实施例中，光刻胶可以进一步包括设置在基质中的饱和光刻胶，其被激发光完全饱和。
一些示例实施例提供了一种光学传感器组件，其包括广角发射滤光器和光学传感器衬底。广角发射滤光器被配置为不管激发光的入射角如何都对激发光进行过滤并且透射具有比激发光更大波长的发射光。广角发射滤光器包括基质、光刻胶和着色剂。基质具有平坦的形状，并包括透明材料。基质不会通过激发光产生荧光或磷光。光刻胶设置在基质中。通过选自热硬化方法、光硬化方法和晾干方法中的至少一种方法将光刻胶固定为固态。着色剂设置在基质中，包括具有预定波长范围的光。光学传感器衬底包括基底衬底和光学传感器阵列。基底衬底具有平坦的形状，并与广角发射滤光器一体形成。光学传感器阵列包括复数个光学传感器，这些光学传感器埋在基底衬底的上部内并设置为阵列形状，用于感测已经透过广角发射滤光器的发射光的亮度。
在示例实施例中，光刻胶可以包括半固化光刻胶，其不被短波长的光完全饱和，并且激发光可以首先被着色剂过滤掉，其次被半固化光刻胶过滤掉。
在示例实施例中，光学传感器衬底可以进一步包括温度传感器和第一温度控制构件，温度传感器设置在广角发射滤光器附近，用于感测温度，第一温度控制构件设置在衬底下方，用于控制温度。
在示例实施例中，光学传感器组件还可以包括干涉滤光器，其一体形成在广角发射滤光器的上表面上，并通过堆叠具有不同折射率的复数个折射层而形成。
在示例实施例中，干涉滤光器可以具有OD3(103)的滤光特性，在该滤光特性下，千分之一的入射光透过干涉滤光器，剩余的入射光被干涉滤光器阻挡，但是滤光器组件可以具有大于或等于OD5(105)的滤光特性，其中十万分之一的入射光透过滤光器组件，剩余的入射光被滤光器组件阻挡。
在示例实施例中，干涉滤光器可以包括薄膜，其包括选自金属、金属氧化物和非金属中的至少一种。
在示例实施例中，光学传感器组件还可以包括第二广角发射滤光器，其形成在与广角发射滤光器相同的平面上，并具有第二着色剂，该第二着色剂包括吸收波长不同于着色剂波长的光的材料。
一些示例实施例提供了一种聚合酶链式反应(PCR)系统，其包括PCR模块和读取器系统。PCR模块包括广角发射滤光器、光学传感器衬底、反应空间和第一温度控制部件。广角发射滤光器被配置为无论激发光的入射角如何都过滤除激发光。广角发射滤光器包括光刻胶和着色剂，光刻胶通过选自热硬化方法、光硬化方法和晾干方法中的至少一种方法被固定为固态，着色剂包括具有预定波长范围的光。光学传感器衬底包括光学传感器阵列，其包括复数个光学传感器，该复数个光学传感器被设置为阵列形状，用于感测已经透过广角发射滤光器的发射光的亮度，以产生光学感测信号。反应空间设置在广角发射滤光器上，用于接收试样，在试样上执行PCR。第一温度控制部件接收温度控制信号，用于控制反应空间内的温度。读取器系统包括中央处理单元、光源和第二温度控制部件。中央处理单元接收光学感测信号，用于根据光学感测信号计算基因扩增的量，以产生温度控制信号。光源产生激发光。第二温度控制部件连接到中央处理单元，用于控制PCR模块的温度。
在示例实施例中，PCR模块可以与读取器系统可拆卸地组合，以便仅用于一次性测试。
在示例实施例中，光刻胶可以包括半固化光刻胶，其不被短波长的光完全饱和，并且激发光可以首先被着色剂过滤掉，其次被半固化光刻胶过滤掉。
一些示例实施例提供了一种广角发射滤光器的制造方法。该方法如下。形成包括光学传感器阵列的光学传感器衬底，该光学传感器阵列包括复数个光学传感器，这些光学传感器设置为阵列形状，用于感测发射光的亮度。将未固化的光刻胶与着色剂混合，以使其具有流动性。将未固化的光刻胶与着色剂的混合物涂覆在光学传感器衬底上。使未固化的光刻胶与着色剂的涂覆混合物固化，以便在光学传感器衬底上产生光刻胶与着色剂的混合物。
在示例实施例中，光刻胶可以包括半固化光刻胶，其不被短波长的光完全固化。
在示例实施例中，将未固化的光刻胶与着色剂的混合物涂覆在光学传感器衬底上可以包括：将未固化的光刻胶与着色剂的混合物滴在光学传感器衬底上；并通过旋涂对未固化的光刻胶与着色剂的滴落混合物进行展平处理。
在示例实施例中，将未固化的光刻胶与着色剂的混合物涂覆在光学传感器衬底上可以包括：将未固化的光刻胶与着色剂的混合物印刷在光学传感器衬底上。
根据本发明，通过吸收短波长的光(例如紫外光、蓝光、绿光等)，半固化的光刻胶被短波长的光饱和，从而变得稳定。因此，包括半固化光刻胶的广角发射滤光器具有优异的光学特性。也就是说，在本发明中，激发光首先被广角发射滤光器的着色剂或颜料阻挡，其次被半固化的光刻胶阻挡，因此，广角发射滤光器在各种入射角下都具有优异的滤光特性。传统的滤色器或传统的发射滤光器不具有本发明的优异广角滤光特性。
另外，复合滤光器可以包括广角发射滤光器和干涉滤光器，并因此沿垂直方向入射到干涉滤光器的激发光可以再次朝向反应空间反射。因此，照射到试样的激发光的量增加到两倍。因此，由光学传感器阵列感测到的信号增加到两倍，从而提高了感测精度。
此外，当仅通过干涉滤光器对激发光进行滤光时，需要昂贵的OD6(106)干涉滤光器，其中只有百万分之一的激发光可以透过该昂贵的干涉滤光器。然而，当使用包括干涉滤光器和广角发射滤光器的复合滤光器时，也可以使用便宜的OD2(102)或OD3(103)干涉滤光器，其中只有百分之一或千分之一的激发光可以透过该便宜的干涉滤光器。包括便宜的干涉滤光器的复合滤光器可以具有与昂贵干涉滤光器一样的滤光效果。
此外，具有不同光学特性的第一广角发射滤光器和第二广角发射滤光器设置在光学传感器衬底的同一平面上，并因此，尽管激发光和发射光的光学特性未知，但光学传感器阵列的精确度得到提高。
另外，激发光首先被半固化光刻胶过滤掉，其次被着色剂或颜料过滤掉，因此，通过上述双重滤光作用，广角发射滤光器具有精确的截止特性。
此外，其中放置有试样的反应空间与广角发射滤光器相邻，并因此，光学传感器阵列的量子效率大大提高。
此外，由于其中放置有试样的反应空间与广角发射滤光器相邻，所以发射光的量子效率大大提高。
另外，光学部件通过被配置为有效过滤发射光的广角发射滤光器而植入PCR模块中，并且PCR模块被配置为可连接/可拆卸模块或一次性模块，因此，读取器系统的尺寸大大减少。而且，PCR模块与读取器系统的尺寸大大减小，制造成本降低。
此外，尽管移动了读取器系统，但对读取器系统的迁移的重新安排或校准是不需要的，因此，移动性大大增加，可以进行即时检验。特别是，检测系统可立即应用于诸如传染病、灾难、身份识别等紧急状况，从而尽可能减少损害。
附图说明
根据以下结合附图的详细说明，将更清楚地理解说明性的、非限制性的示例实施例。
图1是示出了根据本发明的一个示例实施例的广角发射滤光器的剖视图。
图2是示出了图1所示的广角发射滤光器对光进行过滤的过程的剖视图。
图3是示出了包括图1所示的光学传感器组件的PCR系统的框图。
图4至图7是示出了如图1所示的广角发射滤光器的制造方法的剖视图。
图8是示出了根据本发明的另一个实施例的广角发射滤光器的制造方法的剖视图。
图9是示出了根据本发明的另一个实施例的广角发射滤光器的剖视图。
图10是示出了根据本发明的另一个实施例的滤光器组件的剖视图。
图11是示出了根据本发明的另一个实施例的滤光器组件的剖视图。
图12是示出了根据本发明的另一个实施例的滤光器组件的剖视图。
图13是示出了根据本发明的一个实施例的发射光和激发光的图表。
图14和图15是示出了根据本发明的一个实施例的广角发射滤光器的光学特性的图表。
图16是示出了根据本发明的一个实施例的发射光的光学特性的立体图。
图17是示出了根据本发明的一个实施例的干涉滤光器的光学特性的图表。
图18是示出了根据本发明的一个实施例的广角发射滤光器的光学特性的图表。
图19是示出了在没有任何发射滤光器的情况下，由光学传感器阵列感测到的光信号的量子效率相对于各种入射角和波长的图表。
图20是示出了在使用传统的分布式布拉格反射器(DBF)滤光器的情况下，由光学传感器阵列感测到的光信号的量子效率相对于各种入射角和波长的图表。
图21是示出了在使用图1所示的广角发射滤光器的情况下，由光学传感器阵列感测到的光信号的量子效率相对于各种入射角和波长的图表。
具体实施方式
以下参照附图将更全面地描述各种示例实施例，附图中示出了一些示例实施例。然而，本发明的构思可以以各种不同的形式来体现并且不应被理解为受到本文所述的示例实施例的限制。相反，提供这些示例实施例是为了使本发明公开内容更加清楚、完整，并且将本发明构思的范围充分传达给本领域技术人员。附图中，为了清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可能被放大。附图中，相同的附图标记指代相同的元件。
应当理解的是，尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语用于将将一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离本发明构思教义的情况下，以下讨论的第一元件可以被称为第二元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何组合和所有组合。
应当理解的是，当元件被称作“连接”或者“耦接”到另一元件时，该元件可以直接连接到或者耦接到另一元件，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词语应当以相似的方式解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)。
本文所使用的术语仅仅是为了描述具体示例实施例的目的，而非旨在限制本发明的构思。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括其复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”意指所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。
除非另有说明，否则本文所使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与那些本发明构思所属领域的普通技术人员通常所理解的术语的含义相同。还应当理解的是，诸如那些在常用词典中定义的术语的含义应当被解释为与其在相关领域的上下文的含义一致，并非被解释为理想化或过度正式的含义，除非本文中明确地如此定义。
“半固化光刻胶”包括固态、半固态或凝胶状态的光刻胶材料，其不被短波长的光(例如紫外光、蓝光、绿光等)完全饱和，不被短波长的光完全劣化或完全饱和。“半固化光刻胶”包括各种固态、半固态、凝胶状态等形式的光刻胶材料，其能够吸收短波长的光。例如，“半固化光刻胶”包括通过光硬化方法进行固化的光刻胶材料，通过热硬化方法进行固化的光刻胶材料，通过晾干进行固化的光刻胶材料，通过加热硬化、晾干硬化、光硬化的多重硬化或其组合进行固化的光刻胶材料。
在本发明中，半固化光刻胶材料额外地吸收诸如紫外光、蓝光、绿光等短波长的光(或激发光)，以等待被完全饱和、完全固化或完全恶化。上述半固化光刻胶材料被转化为完全固化光刻胶并且在转化过程中短波长的光被吸收的上述特性用于广角发射滤光器(或滤色器)。另外，着色剂的吸光特性可用于广角发射滤光器(或滤色器)。
以下将参照附图解释本发明的实施例。下文中，在附图中相同的元件使用相同的附图标记，关于同一元件的任何重复说明都将被省略。
图1是示出了根据本发明的一个实施例的广角发射滤光器的剖视图。
参照图1，光学传感器组件包括广角发射滤光器100和光学传感器衬底200。
广角发射滤光器100一体形成在光学传感器衬底200上。广角发射滤光器100阻挡由光源340(如图3所示)产生的激发光，并透射由设置在反应空间240内的试样产生的发射光。
广角发射滤光器100包括基质102、半固化光刻胶110和着色剂120。
基质102以平坦的形状设置在光学传感器衬底200上，并且形成广角发射滤光器100的外部形状。
基质102可以包括透明合成树脂、玻璃、金属氧化物等。在本发明实施例中，基质102可以包括环氧树脂、硅树脂等，其不产生荧光或磷光并且对生态环境无害。
半固化光刻胶110分散到基质102中，并且包括通过热硬化、晾干、光硬化等方法固定成固态的光刻胶。例如，半固化光刻胶110可以包括负性光刻胶。或者，半固化光刻胶110可以包括正性光刻胶。
尽管理论上不旨在限制本发明的范围，但是以下将解释改进本发明的广角发射滤光器100的优异光学特性的原因。
在传统的滤色器中，着色剂或颜料被固定在透明基质中，并因此，预定波长的光被着色剂吸收，但与预定波长不同的光透过滤色器。光刻胶与短波长的光(例如紫外光、蓝光、绿光等)发生反应，并且光刻胶的化学特性和光学特性发生改转变。当半固化光刻胶110用于滤色器时，光学特性随着时间的流逝而改变。因此，具有恒定光学特性的热固性材料，即光学特性不会被短波长的光(例如紫外光、蓝光、绿光等)而改变，可以用于传统的滤色器。
然而，由于根据本发明的实施例的广角发射滤光器100不用于长时间测试装置，而是用于一次性测试装置，所以广角发射滤光器100仅在较短测试时间内暂时保持光学特性。特别是，当短波长的光(例如紫外光、蓝光、绿光等)照射到半固化光刻胶110上时，半固化光刻胶110仅在短时间周期内吸收短波长的光，并因此，半固化光刻胶110仅在短时间内暂时作为优异的光学过滤器，并且半固化光刻胶110由于短波长的光对半固化光刻胶110的饱和作用而失去大部分滤光功能。因此，半固化光刻胶110可能不能用于传统的滤色器。
相反，在半固化光刻胶110吸收短波长光的期间，半固化光刻胶110利用吸收短波长的光的特性，并因此，具有优异光学特性的广角发射滤光器100用于一次性测试装置。也就是说，在本发明中，激发光首先被着色剂120阻挡，其次被半固化光刻胶100阻挡，并因此，广角发射滤光器100无论入射角度如何都过滤入射光。无论入射角度如何，传统的干涉滤光器都不能用于过滤入射光。
只要传统的滤色器不被短波长的光完全饱和，那么传统的滤色器也可以用于过滤入射光，而不管一次性测试装置的入射角。也就是说，刚刚制造并严格控制不被短波长的光照射的新的传统滤色器也可以具有与半固化光刻胶110类似的光学特性。然而，在传统的滤色器中，测试期间光学特性的改变被认为是一个缺陷。因此，传统滤色器的半固化光刻胶通常在测试装置的校准过程中被去除，以便消除初始阶段不稳定的光学特性。然而，本发明的广角发射滤光器100利用初始阶段不稳定的光学特性，因为每个广角发射滤光器100是一次性的或即用即抛的，并仅用于一次性测试。
着色剂120可以包括吸收预定波长的材料，例如，黄色着色剂、红色着色剂、蓝色着色剂、绿色着色剂等等。在本发明的这个实施例中，着色剂120包括黄色着色剂。黄色着色剂可以包括无机着色剂或有机着色剂。黄色着色剂的无机着色剂可以包括铬酸铅、钙黄、黄色氧化物、复合无机彩色颜料、钒酸铋等等。黄色着色剂的有机着色剂可以包括芳基化物、二芳基化物、苯并咪唑酮、双偶氮缩合物、有机金属络合物、异吲哚啉、喹酞酮、蒽嘧啶、紫檀酮等等。
图2是示出了图1所示的广角发射滤光器对光进行过滤的过程的剖视图。
参照图1和图2所示，由光源340(图3所示)产生的光透过光源滤光器343(如图3所示)，并被转换成单波长的激励光141。单波长的激发光141入射到形成在分隔壁241之间的反应空间240内。
入射到反应空间240中的激发光141的一部分照射到试样245上，并被转换为具有较大波长和较小能量的发射光143。发射光143透过广角发射滤光器100，并且入射到光学传感器阵列210。
入射到反应空间240的激发光141的一部分(即没有入射到试样245而入射到广角发射滤光器100)被半固化光刻胶110或着色剂120阻挡，并因此激发光141的这一部分不透过广角发射滤光器100。
特别是，入射到反射空间240的激发光141的一部分(入射到广角发射滤光器100)可以不透过广角发射滤光器100。
此外，入射到反射空间240的激发光141的其余部分(入射到广角发射滤光器100)照射到半固化光刻胶110中。当激发光141照射到半固化光刻胶100中时，半固化光刻胶110可以转化为饱和光刻胶111。在本发明的这个实施例中，光学传感器组件被制造用于一次性使用，广角发射滤光器100的半固化光刻胶110足以在一次性测试期间吸收激发光141。
因为不管激发光141的入射角度如何，半固化光刻胶110都被转换成饱和光刻胶111，所以半固化光刻胶110可以阻挡以各种入射角入射到试样245的激发光142。
光学传感器衬底200包括基底衬底202、光学传感器阵列210、温度传感器220和第一温度控制构件230。
基底衬底202具有平坦的形状，与广角发射滤光器100一体形成。基底衬底202可以包括各种材料，例如硅、塑料、陶瓷等等。
光学传感器阵列210埋在基底衬底202的上部中，使得基底衬底202的上表面具有平坦的表面。光学传感器阵列210具有复数个光学传感器，其设置为阵列形状。例如，光学传感器阵列210可以包括复数个光电二极管、复数个薄膜晶体管等等。
光学传感器阵列210设置在广角发射滤光器100的下方，并检测诸如荧光、磷光等发射光的亮度，该发射光由反应空间240内的试样245产生(如图2所示)并透过广角发射滤光器100。由光学传感器阵列210检测到的发射光的亮度被转换为光学感测信号，并输出到读取器系统300(如图2所示)。
温度传感器220设置为与广角发射滤光器100相邻，用于感测反应空间240内的温度(如图2所示)。由温度传感器220感测到的温度被转换为温度信号，用于输出到第一温度控制部件270。
第一温度控制构件230设置在基底衬底202的下方，用于通过第一温度控制部件270的控制作用来控制反应空间240内的温度(图2中所示)。在本发明的这个实施例中，第一温度控制构件230可以包括加热器、热电元件等等。
或者，第一温度控制构件230可以设置在广角发射滤光器100的上部、反应空间240的内部、反应空间240的侧表面、反应空间240的上部等等。
图3是示出了包括图1所示的光学传感器组件的PCR系统的框图。
参照图1和图3，PCR系统包括PCR模块20和读取器系统300。
PCR模块20包括广角发射滤光器100、光学传感器衬底200、反应空间240和第一温度控制部件270。
参照图1对广角发射滤光器100和光学传感器衬底200进行说明，因此，关于上述元件的任何重复解释将被省略。
反应空间240设置在广角发射滤光器100上，并容纳试样245。PCR过程在反应空间240中进行。复数个分隔壁沿垂直方向从广角发射滤光器100突出，用于形成反应空间240。例如，可以由分隔壁形成大小为80μm至3mm的复数个反应空间。
第一温度控制部件270通过从读取器系统300接收的信号来控制第一温度控制构件230，用于控制反应空间240内的温度。
读取器系统300包括中央处理单元210、存储器320、接口330、光源340、滤光器343、光源驱动电路345、第二温度控制部件350。在本发明的这个实施例中，PCR模块200与读取器系统300可拆卸地组合，并可在一次性实验后丢弃。
中央处理单元310读取存储在存储器320中的驱动数据，用于驱动第二温度控制部件350和PCR模块20。中央处理单元310从PCR模块20接收光学感测信号、温度信息等，用于将所接收的信息实时存储在存储器320中。中央处理单元310根据来自PCR模块20的光学感测信号、温度信息等实时计算基因扩增的量，用于产生基因扩增信息。中央处理单元310将基因扩增信息实时存储在存储器320中，并将基因扩增信息传输到接口330。
存储器320连接到中央处理单元310，并利用预先存储的驱动数据驱动第二温度控制部件350和PCR模块20，并实时存储光学感测信号、温度信息等。驱动数据可以包括温度控制数据、照片控制数据等，并且可以作为数据格式存储在存储器320中，或者可以通过输入装置(未示出)从外部输入。例如，存储器320可以包括各种存储器设备，诸如DDR3、SRAM(帧)、SSD(闪存)等。
接口330连接至中央处理单元310，用于将从中央处理单元310接收到的基因扩增信息实时传输到外部，或者将外部输入信号传输到中央处理单元310。在本发明的这个实施例中，接口330可以包括通信接口(未示出)、数据接口(未示出)、显示设备(未示出)、输入设备(未示出)、输出设备(未示出)等等。通信接口(未示出)可以包括无线LAN(Wlan)、WiFi、蓝牙等等。数据接口(未示出)可以包括通用串行总线(USB)、内部集成电路(I2C)、通用异步接收器/发送器(UART)、脉宽调制(PWM)、低电压差分信号(LVDS)、移动行业处理器接口(MIPI)等等。显示设备(未示出)可以包括液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OLED)、阴极射线管(CRT)等等。输入设备(未示出)可以包括鼠标、键盘等等。输出设备(未示出)可以包括打印机、传真机等等。
光源340使用光源驱动信号产生激发光。
滤光器343设置在光源340的下方，对由光源340产生的激发光进行过滤，以便仅透射一些具有预定波长范围的光。在本发明的这个实施例中，滤光器343尽可能地减小由外部光引起的噪声，并减小可能由外部光改变的亮度所引起的光学传感器阵列210的误差。
光源驱动电路345使用从中央处理单元310接收到的光源驱动信号来驱动光源340。
第二温度控制部件350连接到中央处理单元310，以便使用从中央处理单元310接收到的温度控制数据来控制PCR模块20的温度。
图4-7是示出了如图1所示的广角发射滤光器的制造方法的剖视图。
图4是示出了为了制造本发明实施例的广角发射滤光器而形成光学传感器衬底的剖视图。
参照图4，首先，在基底衬底202中形成光学传感器阵列210和温度传感器220。
然后，在基底衬底202的下表面上形成第一温度控制构件230。
图5是示出了将未固化基质、未固化光刻胶和着色剂的混合物滴到图4所示的光学传感器衬底上的剖视图。
参照图5，然后，将未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120进行混合。未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的混合物具有流动性。
然后，将未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的混合物滴在光学传感器衬底200上。在另一个实施例中，未固化基质102'、未固化光刻胶110和着色剂120的混合物被印刷在光学传感器衬底200上。
对未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的滴落混合物进行展平处理。在本发明的这个实施例中，可以通过旋涂对未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的滴落混合物进行展平处理。在本发明的另一个实施例中，可以通过各种展平处理方法(例如印刷、用辊子辊涂等)对未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的滴落混合物进行展平处理。
图6是示出了对如图5所示的未固化基质、未固化光刻胶和着色剂的混合物进行固化的剖视图。
参照图6，对未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的经展平的混合物进行光硬化130a。
图7是示出了对如图6所示的未固化基质、未固化光刻胶和着色剂的经展平的混合物进行固化以形成半固化基质、半固化光刻胶和着色剂的剖视图。
参照图7，当对未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的经展平的混合物进行光硬化130a时，未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的经展平的混合物变为半固化基质102、半固化光刻胶110和着色剂120。
因此，在光学传感器衬底200上形成包括半固化基质102、半固化光刻胶110和着色剂120的广角发射滤光器100。
图8是示出了根据本发明的另一个实施例的广角发射滤光器的制造方法的剖视图。如图8所示的广角发射滤光器与如图1-7所示的广角发射滤光器基本相同，不同之处在于对基质、未固化光刻胶和着色剂的经展平的混合物进行热硬化，以形成半固化基质、未固化光刻胶和着色剂。因此，关于同一元件的任何重复解释都将被省略。
参照图1-5和图8，对未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的经展平的混合物进行热硬化130b。
参照图7，当对未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的经展平的混合物进行热硬化130b时，未固化基质102'、未固化光刻胶110'和着色剂120的经展平的混合物转化为半固化基质102、半固化光刻胶110和着色剂120。
图9是示出了根据本发明的另一个实施例的广角发射滤光器的剖视图。如图9所示的广角发射滤光器与如图1-7所示的广角发射滤光器基本相同，不同之处在于使用了固化光刻胶，并且对着色剂进行热硬化以形成半固化基质、半固化光刻胶和着色剂。因此，关于同一元件的任何重复解释都将被省略。
参照图9，广角发射滤光器104设置在光学传感器衬底200上。
广角发射滤光器104包括基质102、半固化光刻胶110、饱和光刻胶111和着色剂120。
通过将短波长的光(例如紫外光、蓝光、绿光等)照射到半固化光刻胶110上来形成饱和光刻胶111。在本发明的另一个实施例中，可以通过将蓝光、绿光等照射到半固化光刻胶110上来形成饱和光刻胶111。
半固化光刻胶110与饱和光刻胶111的比率不受限制。当广角发射滤光器中包括量足以吸收激发光的半固化光刻胶110时，在广角发射滤光器中可能仅存在少量的半固化光刻胶110。在本发明中，广角发射滤光器104用于一次性测试，并因此，半固化光刻胶110与饱和光刻胶111的比率可以等于或小于1:1,000。例如，半固化光刻胶110与饱和光刻胶111的比率可以是1:1,000,000至1:10。
图10是示出了根据本发明的另一个实施例的滤光器组件的剖视图。如图10所示的滤光器组件与如图1-9所示的滤光器组件基本相同,除了干涉滤光器以外。因此，关于同一元件的任何重复解释都将被省略。
参照图10，滤光器组件105包括广角发射滤光器100和干涉滤光器160。
干涉滤光器160与广角发射滤光器100一体形成，通过堆叠具有不同折射率的复数个折射层161和163而形成。例如，干涉滤光器160可以包括复数个第一折射层161和复数个第二折射层163。当仅通过干涉滤光器对激发光进行滤光时，干涉滤光器需要高性能的OD6(106)，其中只有百万分之一的激发光可以透过该昂贵干涉滤光器。然而，当干涉滤光器160与广角发射滤光器100组合时，干涉滤光器160仅需要OD2(102)或OD3(103)，其中只有百分之一或千分之一的激发光可以透过该便宜干涉滤光器，并且滤光器组件105可以具有与单一OD6(106)干涉滤光器基本相等或更高的性能。因此，滤光器组件105(或复合滤光器)的制造成本可能降低。
干涉滤光器160将激发光141(如图2所示)反射到反应空间240(如图2所示)，而不入射到广角发射滤光器100。反射到反应空间240(如图2所示)的反射激发光再次入射到试样245(如图2所示)中，并因此，照射到试样245(图中所示2)上的激发光的量增加两倍。当照射到试样245(如图2所示)上的激发光的量增加到两倍时，发射光143(即由试样245(如图2所示)产生的荧光或磷光)的量也增加到两倍。当发射光143的量增加到两倍时，由光学传感器阵列210感测到的信号的强度也增加到两倍，从而提高了感测精度。
沿倾斜方向入射到干涉滤光器160的激发光142(如图2所示)透过干涉滤光器160，并照射到广角发射滤光器100上。
照射到广角发射滤光器100上的激发光142(如图2所示)被半固化光刻胶110或着色剂120阻挡，并且不照射到光学传感器阵列210上。
根据本发明的实施例，沿垂直方向入射到干涉滤光器160的激发光141(如图2所示)可以再次反射到反应空间240(如图2所示)。因此，照射到试样245(如图2所示)的激发光的量增加到两倍。因此，由光学传感器阵列210感测到的信号增加到两倍，从而提高了感测精度。
图11是示出了根据本发明的另一个实施例的滤光器组件的剖视图。如图11所示的滤光器组件与如图10所示的滤光器组件基本相同，除了干涉滤光器以外。因此，关于同一元件的任何重复解释都将被省略。
参照图11，滤光器组件105包括广角发射滤光器100和干涉滤光器170。
在本发明的这个实施例中，干涉滤光器170包括金属、金属氧化物或非金属的薄膜。例如，干涉滤光器170可以包括银薄膜、硫化锌(闪锌矿)、氟化镁层、氧化硅(SiO2)层、氧化钛(TiO2)层等等。
图12是示出了根据本发明的另一个实施例的滤光器组件的剖视图。如图12所示的滤光器组件与如图1-7所示的滤光器组件基本相同，除了第一广角发射滤光器和第二广角发射滤光器之外。因此，关于同一元件的任何重复解释都将被省略。
参照图12，光学传感器组件包括第一广角发射滤光器100a、第二广角发射滤光器100b和光学传感器衬底200。
第一广角发射滤光器100a包括基质102、半固化光刻胶110和第一着色剂120a。
第一着色剂120a吸收具有预定波长范围的光。第一着色剂120a的示例可以包括黄色着色剂、红色着色剂、蓝色着色剂、绿色着色剂等等。在本发明的这个实施例中，第一着色剂120a可以包括黄色着色剂。
第二广角发射滤光器100b包括基质102、半固化光刻胶110和第二着色剂120b。
第二着色剂120b吸收具有与第一着色剂120a不同的波长范围的光。在本发明的这个实施例中，第二着色剂120b可以包括绿色着色剂。
第一广角发射滤光器100a与第二广角发射滤光器100b一体形成在光学传感器衬底200的同一平面上。
再次参照图2、3和图12所示，第一广角发射滤光器100a和第二广角发射滤光器100b包括第一着色剂120a和第二着色剂120b，它们吸收具有不同波长范围的光。
当广角发射滤光器仅包括一种着色剂时，着色剂应当与激发光和发射光的光学特性相对应。然而，在本发明的这个实施例中，第一广角发射滤光器100a和第二广角发射滤光器100b包括具有不同波长范围的第一着色剂120a和第二着色剂120b，并因此，尽管由光源340产生的激发光141、被试样245散射的激发光142的精确光学特性是未知的，但是感测精度得到提高。
例如，当绿光的波长范围介于激发光141和142的波长范围与发射光143的波长范围之间时，设置在第二广角发射滤光器100b下方的光学传感器阵列210可以从激发光141和142中区分并感测出发射光143。然而，当黄光的波长范围介于激发光141和142的波长范围与发射光143的波长范围之间时，设置在第一广角发射滤光器100a下方的光学传感器阵列210可以从激发光141和142中区分并感测出发射光143。
在图12中，尽管仅公开了具有两种不同光学特性的两种广角发射滤光器100a和100b，但是本领域技术人员将很容易地想到：在实质上不背离本发明构思的新颖教导和优点的情况下，在示例实施例中可以进行许多修改。例如，具有三种或三种以上不同光学特性的三种或三种以上广角发射滤光器可以设置在光学传感器衬底200的同一平面上。
根据本发明的实施例，具有不同光学特性的第一广角发射滤光器100a和第二广角发射滤光器100b设置在光学传感器衬底200的同一平面上，并因此，尽管激发光141和142与发射光143的光学特性是未知的，但光学传感器阵列的精确度得到提高。
表1表示用于一次性测试的各种荧光材料的光学特性。表1中，荧光材料用于指示PCR、免疫测试、疾病测试等。当具有激发光波长的光照射到荧光材料上时，荧光材料产生具有发射光波长的光。LWP表示长波长带通滤光器的波长。当高能激发光照射到荧光材料上时，荧光材料变为激发态，然后变为基态，从而产生低能荧光作为发射光。由于光的波长随着光的能量增加而减小，所以具有高能量的激发光的波长小于具有低能量的发射光的波长。
[表1]
Figure BDA0001489738800000191
参照表1，当荧光材料是FAM时，激发光在494nm波长处具有最大强度，而发射光在520nm波长处具有最大强度。LWP510的广角发射滤光器阻挡波长小于510nm的光，使波长大于510nm的光透射。因此，由FAM产生的发射光透过LWP510的广角发射滤光器。
当荧光材料是HEXM时，激发光在556nm波长处具有最大强度，而发射光在556nm波长处具有最大强度。LWP 545的广角发射滤光器阻挡波长小于545nm的光，使波长大于545nm的光透射。因此，由HEX产生的发射光透过LWP545的广角发射滤光器。
当荧光材料是ROX时，激发光在575nm波长处具有最大强度，而发射光在605nm波长处具有最大强度。LWP595的广角发射滤光器阻挡波长小于595nm的光，使波长大于595nm的光透射。因此，由ROX产生的发射光透过LWP595的广角发射滤光器。
当荧光材料是CY5时，激发光在646nm波长处具有最大强度，而发射光在662nm波长处具有最大强度。LWP650的广角发射滤光器阻挡波长小于650nm的光，使波长大于650nm的光透射。因此，由CY5产生的发射光透过LWP650的广角发射滤光器。
当荧光材料是CY5.5时，激发光在683nm波长处具有最大强度，而发射光在707nm波长处具有最大强度。LWP695的广角发射滤光器阻挡波长小于695nm的光，使波长大于695nm的光透射。因此，由CY5.5产生的发射光透过LWP695的广角发射滤光器。
图13是示出了根据本发明的一个实施例的发射光和激发光的图表。
参照图13，当在594nm波长处具有最大强度的激发光照射到德克萨斯红(TexasRed)荧光材料上时，在613nm波长处具有最大强度的荧光被发出。当在550nm波长处具有最大强度的激发光照射到德克萨斯红荧光材料上时，在613nm波长处具有最大强度的荧光被发出。尽管在594nm和550nm的不同波长处具有最大强度的光被射出，但是荧光在613nm波长处具有相同的最大强度。然而，由在550nm波长处具有最大强度的激发光产生的发射光的强度小于在594nm波长处具有最大强度的激发光产生的发射光的强度。
图14和图15是示出了根据本发明的一个实施例的广角发射滤光器的光学特性的图表。特别是，图14和图15示出了基于入射激发光的波长的发射光的强度。
图14是示出了通过将波长为470nm的激光照射到Alexa Flour 488荧光材料上而产生的发射光的光学特性的图表。当波长为494nm的激发光照射到Alexa Flour 488上时，在520nm波长处具有最大强度的发射光的量最大。也就是说，当波长为494nm的激发光照射到Alexa Flour 488上时，发射光的强度最大。当波长不同于494nm的激发光被射出时，发射光的强度降低或变为零。
当波长为470nm的激光照射到Alex Flour 488上时，与由波长为494nm的激光产生的发射光的强度相比，发射光的强度降低约40％。由Alex Flour 488产生的发射光在530nm波长处具有最大强度。
图15是示出了通过将波长为470nm的激光照射到得克萨斯红荧光材料上而产生的发射光的光学特性的图表。
470nm的波长位于表示德克萨斯红荧光材料的光学特性的曲线图的外侧，因此，德克萨斯红荧光材料不被波长为470nm的激光激发。因此，不发射荧光。
当从荧光材料发射的荧光的强度增加时，光学传感器的感测效率提高。因此，激发光优选地具有与每种荧光材料的最大强度相对应的波长。然而，由于与每种荧光材料的最大强度相对应的波长与发射荧光的波长相似，所以感测发射光需要发射滤光器的精确截止特性。特别是，由于发射光的强度比激发光的强度小得多，所以藉由已经透过发射滤光器的少量激发光来感测发射光是几乎不可能的。
参照图2，本发明的广角发射滤光器100首先通过着色剂120过滤激发光141和142，其次通过半固化光刻胶110过滤激发光141和142。因此，广角发射滤光器100由于第一次和第二次滤光而具有精确的截止特性。
在本发明的这个实施例中，广角发射滤光器100的截止特性由着色剂120的种类确定。在本发明的这个实施例中，着色剂120b可以包括黄色着色剂。在本发明的另一个实施例中，着色剂120可以包括黄色着色剂、绿色着色剂、红色着色剂、蓝色着色剂或其组合。
图16是示出了根据本发明的一个实施例的发射光的光学特性的立体图。
参照图16，发射光的强度(即量子效率)与离发射光光源的距离成反比。
[等式1]
Figure BDA0001489738800000221
再次参照图2和图3，由于反应空间240(其中设置有试样245)设置为与广角发射滤光器相邻，所以试样245(作为发射光143的光源)与光学传感器阵列210之间的距离非常靠近。当试样245与光学传感器阵列210之间的距离非常接近时，量子效率将大大增加。
图17是示出了根据本发明的一个实施例的干涉滤光器的光学特性的图表。
参照图17，干涉滤光器通过堆叠具有不同折射率的复数个透明层而形成。当激发光的入射角改变时，由干涉滤光器过滤的光的波长迅速改变。例如，当入射角从0度变为30度时，截止波长减小约50nm。通常，由于发射光与激发光之间的波长差仅为20nm至30nm，所以不能通过将截止波长改变50nm而使干涉滤光器用于发射滤光器。
图18是示出了根据本发明的一个实施例的广角发射滤光器的光学特性的图表。
参照图18，无论入射角度如何，本发明的广角发射滤光器都具有相同的光学特性。例如，广角发射滤光器的截止波长为510nm。也就是说，广角发射滤光器阻挡波长小于510nm的光，使波长大于510nm的光透射。参照表1，在使用诸如FAM等荧光材料的测试中，可以使用广角发射滤光器。
参照图3和图18，当强度为520μm的激发光入射到广角发射滤光器100中时，在光学传感器阵列210中接收的光的强度为0.001μm。也就是说，广角发射滤光器100具有5.72OD(105.72)的优异滤光特性。
对比实施例1
图19是示出了无需任何发射滤光器，根据各种入射角和波长由光学传感器阵列感测到的光学信号的量子效率的图表。
特别是，该图表示出了相对于光学传感器阵列的最大波长范围的量子效率的每个波长范围的相对量子效率。
图19中，横轴表示由光学传感器组件感测到的光的波长，竖轴表示相对于由光学传感器组件感测到的最大波长范围的量子效率的每个波长范围的相对量子效率。
光以各种入射角D00、D10、D20和D30入射到光学传感器组件中。D00表示0度入射角(垂直方向)。D10、D20和D30表示10度、20度和30度入射角。在本发明的这个实施例中，如图1所示的光学传感器组件与如图1所示的光学传感器组件基本相同，除了发射滤光器以外。
参照图19，当感测到的光的波长大于630nm时，量子效率逐渐降低。
本发明的范围理论上不受此限制，上述现象发生的原因在于光电二极管的量子效率随硅衬底中光电二极管深度的变化而变化。入射光在硅中的吸收率随入射光波长而变化。如图19所示的光学传感器的光电二极管埋在硅衬底中，埋入深度为4μm。当入射光的波长增加时，入射光不被光电二极管吸收，而是透过光电二极管。
对比实施例2
图20是示出了在传统的分布式布拉格反射器(DBR)滤波器的情况下，根据各种入射角和波长由光学传感器阵列感测到的光学信号的量子效率的图表。
图20中，横轴表示由光学传感器组件感测到的光的波长，竖轴表示相对于由光学传感器组件感测到的最大波长范围的量子效率的每个波长范围的相对量子效率。
光以各种入射角D00、D10、D20和D30入射到光学传感器组件中。D00表示0度入射角(垂直方向)。D10、D20和D30表示10度、20度和30度入射角。DBR滤光器是韩国Optorontec公司的产品。DBR滤光器过滤波长小于470nm的光。在本发明的这个实施例中，如图1所示的光学传感器组件与如图1所示的光学传感器组件基本相同，除了用DBR滤光器取代发射滤光器以外。
参照图20，当使用DBR滤光器时，量子效率随入射角而变化。
当入射角为0度(D00)时，有效地阻挡波长小于470nm的光。当入射角为10度(D10)时，有效地阻挡波长小于470nm的光。
然而，当入射角等于或大于20度(D20，D30)时，不阻挡波长为470nm的光。
此外，即使是过滤光，也表现出量子效率相对于入射角而变化。当过滤光的量子效率相对于入射角改变时，在诸如PCR测试等精确测试(在这类测试中，会感测到少量的光)中可能产生严重的影响。
实施例
图21是示出了在如图1所示的广角发射滤光器的情况下，根据各种入射角和波长由光学传感器阵列感测到的光学信号的量子效率的图表。
图21中，横轴表示由光学传感器组件感测到的光的波长，竖轴表示相对于由光学传感器组件感测到的最大波长范围的量子效率的每个波长范围的相对量子效率。
光以各种入射角D00、D10、D20和D30入射到光学传感器组件中。D00表示0度入射角(垂直方向)。D10、D20和D30表示10度、20度和30度入射角。广角发射滤光器过滤波长小于470nm的光。在本发明的这个实施例中，如图1所示的光学传感器组件与如图1所示的光学传感器组件基本相同。
参照图21，当使用如图1所示的广角发射滤光器时，无论入射角多少，量子效率都没有变化。
尽管入射角从0度变为40度，但还有效地阻挡波长小于470nm的光。
此外，过滤光的量子效率不管入射角如何都不变化。当过滤光的量子效率相对于入射角不发生改变时，在诸如PCR测试(在此类测试中，会感测到少量的光)等精确测试中的误差可能降低。
根据本发明，通过吸收短波长的光(例如紫外光、蓝光、绿光等)，半固化光刻胶被短波长的光饱和，从而变得稳定。因此，包括半固化光刻胶的广角发射滤光器具有优异的光学特性。也就是说，在本发明中，激发光首先被广角发射滤光器的着色剂或颜料阻挡，其次被半固化光刻胶阻挡，并因此，广角发射滤光器在各种入射角下都具有优异的滤光特性。传统的滤色器或传统的发射滤光器不具有本发明的优异广角滤光特性。
另外，复合滤光器可以包括广角发射滤光器和干涉滤光器，并因此，沿垂直方向入射到干涉滤光器的激发光可以再次被反射到反应空间。因此，照射到试样的激发光的量增加到两倍。因此，由光学传感器阵列感测到的信号增加到两倍，从而提高了感测精度。
此外，当仅通过干涉滤光器对激发光进行滤光时，需要昂贵的OD6(106)干涉滤光器，其中只有百万分之一的激发光可以透过该昂贵干涉滤光器。然而，当使用包括干涉滤光器和广角发射滤光器的复合滤光器时，也可以使用便宜的OD2(102)或OD3(103)干涉滤光器，其中只有百分之一或千分之一的激发光可以透过该便宜干涉滤光器。包括便宜的干涉滤光器的复合滤光器可以具有与昂贵的干涉滤光器一样的滤光效果。
此外，具有不同光学特性的第一广角发射滤光器和第二广角发射滤光器设置在光学传感器衬底的同一平面上，并因此，尽管激发光与发射光的光学特性是未知的，但光学传感器阵列的精确度得到提高。
此外，激发光首先被半固化光刻胶过滤，其次被着色剂或颜料过滤，因此，通过上述双重滤光作用，广角发射滤光器具有精确的截止特性。
此外，由于其中放置有试样的反应空间与广角发射滤光器相邻，所以光学传感器阵列的量子效率大大提高。
此外，由于其中放置有试样的反应空间与广角发射滤光器相邻，所以发射光的量子效率大大提高。
另外，光学部件通过被配置为有效过滤发射光的广角发射滤光器而植入PCR模块中，PCR模块被制造为可连接可拆卸的模块或一次性模块，并因此，读取器系统的尺寸大大减少。而且，PCR模块与读取器系统的尺寸大大减小，并且制造成本降低。
此外，尽管移动了读取器系统，但不需要对读取器系统的迁移作重新设置或校准，因此，移动性大大增加并可以进行即时检验。特别是，检测系统可立即应用于诸如传染病、灾难、身份识别等紧急状况，从而尽可能减少损害。
本发明具有工业适用性，例如遗传物质检查装置、PCR装置、血液检测装置、疾病检测装置、各种研究装置、防灾装置、医疗装置、家畜用品、宠物用品等。
上述内容是对示例实施例的说明，并不应被理解为对其进行限制。尽管已经描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员将容易地想到，在实质上不背离本发明构思的新颖教导和优点的情况下，在示例实施例中可以进行许多修改。因此，所有这种修改旨在落入如权利要求中所限定的本发明构思的范围内。因此，应当理解的是，前述内容是对各种示例实施例的说明，并不被理解为受到所公开的具体示例实施例的限制，并且应当理解的是，对所公开的示例实施例以及其他示例实施例的修改落入所附权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种广角发射滤光器，包括：
基质，所述基质具有平坦的形状并包括透明材料，所述基质通过激发光不产生荧光或磷光；
光刻胶，所述光刻胶设置在所述基质中，所述光刻胶通过选自热硬化、光硬化和晾干构成的组中的至少一种方法固定为固态；以及
着色剂，所述着色剂设置在所述基质中，并且包括吸收具有预定波长范围的光的材料，
其中，所述广角发射滤光器无论所述激发光的入射角如何都对所述激发光进行过滤；
其中所述光刻胶包括半固化光刻胶，所述半固化光刻胶未完全被短波长的光饱和，并且所述激发光首先被所述着色剂过滤，并且其中所述半固化光刻胶被配置为其次过滤所述激发光以形成二次过滤的半固化光刻胶，并且
其中所述光刻胶与所述着色剂混合并设置在所述基质中，并且其中所述光刻胶、所述着色剂和所述基质形成同一层。
2.如权利要求1所述的广角发射滤光器，其中所述广角发射滤光器是一次性的，并且用于一次性测试。
3.如权利要求1所述的广角发射滤光器，其中所述光刻胶还包括设置在所述基质中的饱和光刻胶，所述饱和光刻胶被所述激发光完全饱和。
4.一种光学传感器组件，包括：
广角发射滤光器，所述广角发射滤光器被配置为不管激发光的入射角如何都对所述激发光进行过滤并且使具有比所述激发光更长波长的发射光透射，所述广角发射滤光器包括：
基质，所述基质具有平坦的形状并包括透明材料，所述基质通过所述激发光不产生荧光或磷光；
光刻胶，所述光刻胶设置在所述基质中，所述光刻胶通过选自热硬化、光硬化和晾干构成的组中的至少一种方法固定为固态；以及
着色剂，所述着色剂设置在所述基质中，并且包括吸收具有预定波长范围的光的材料；以及
光学传感器衬底，包括：
基底衬底，所述基底衬底具有平坦的形状，并且与所述广角发射滤光器一体形成；以及
光学传感器阵列，所述光学传感器阵列包括复数个光学传感器，所述复数个光学传感器埋在所述基底衬底的上部并设置为阵列形状，用于感测已经透过所述广角发射滤光器的发射光的亮度；
其中所述光刻胶包括半固化光刻胶，所述半固化光刻胶未完全被短波长的光饱和，并且所述激发光首先被所述着色剂过滤，并且其中所述半固化光刻胶被配置为其次过滤所述激发光以形成二次过滤的半固化光刻胶，并且
其中所述光刻胶与所述着色剂混合并设置在所述基质中，并且其中所述光刻胶、所述着色剂和所述基质形成同一层。
5.如权利要求4所述的光学传感器组件，其中所述光学传感器衬底还包括：
温度传感器，所述温度传感器设置为与所述广角发射滤光器相邻，用于感测温度；以及
第一温度控制构件，所述第一温度控制构件设置在所述基底衬底的下方，用于控制所述温度。
6.如权利要求4所述的光学传感器组件，还包括：干涉滤光器，所述干涉滤光器一体形成在所述广角发射滤光器的上表面上，并通过堆叠具有不同折射率的复数个折射层而形成。
7.如权利要求6所述的光学传感器组件，其中所述干涉滤光器具有OD3(103)的滤光特性，其中千分之一的入射光透过所述干涉滤光器，并且剩余的入射光被所述干涉滤光器阻挡，但是包括所述干涉滤光器和所述广角发射滤光器的滤光器组件具有大于或等于OD5(105)的滤光特性，其中十万分之一的入射光透过所述滤光器组件，并且剩余的入射光被所述滤光器组件阻挡。
8.如权利要求6所述的光学传感器组件，其中所述干涉滤光器包括薄膜，所述薄膜包括选自金属、金属氧化物和非金属构成的组中的至少一种材料。
9.如权利要求4所述的光学传感器组件，还包括：第二广角发射滤光器，所述第二广角发射滤光器形成在与所述广角发射滤光器相同的平面上，并且具有第二着色剂，所述第二着色剂包括吸收波长不同于所述着色剂的波长的光的材料。
10.一种聚合酶链式反应(PCR)系统，包括：
PCR模块，所述PCR模块包括：
广角发射滤光器，所述广角发射滤光器被配置为不管激发光的入射角如何都过滤所述激发光，所述广角发射滤光器包括光刻胶和着色剂，所述光刻胶通过选自热硬化、光硬化和晾干构成的组中的至少一种方法固定为固态，并且所述着色剂包括吸收具有预定波长范围的光的材料；
光学传感器衬底，所述光学传感器衬底包括光学传感器阵列，所述光学传感器阵列包括复数个光学传感器，所述复数个光学传感器设置为阵列形状，用于感测已经透过所述广角发射滤光器的发射光的亮度，以产生光学感测信号；
反应空间，所述反应空间设置在所述广角发射滤光器上，用于接收试样，其中在所述反应空间内进行PCR；以及
第一温度控制部件，所述第一温度控制部件接收温度控制信号，用于控制所述反应空间内的温度；以及
读取器系统，包括：
中央处理单元，所述中央处理单元接收所述光学感测信号，用于根据所述光学感测信号计算基因扩增的量，以产生所述温度控制信号；
光源，所述光源产生所述激发光；以及
第二温度控制部件，所述第二温度控制部件连接到所述中央处理单元，用于控制所述PCR模块的温度；
其中所述光刻胶包括半固化光刻胶，所述半固化光刻胶未完全被短波长的光饱和，并且所述激发光首先被所述着色剂过滤，并且其中所述半固化光刻胶被配置为其次过滤所述激发光以形成二次过滤的半固化光刻胶，并且
其中所述光刻胶与所述着色剂混合并设置在基质中，并且其中所述光刻胶、所述着色剂和所述基质形成同一层。
11.如权利要求10所述的PCR系统，其中所述PCR模块与所述读取器系统可拆卸地组合，仅用于一次性测试。
12.一种制造如权利要求1所述的广角发射滤光器的方法，包括：
形成包括光学传感器阵列的光学传感器衬底，所述光学传感器阵列包括复数个光学传感器，所述复数个光学传感器设置为阵列形状，用于感测发射光的亮度；
将未固化光刻胶和着色剂混合，以使其具有流动性；
将所述未固化光刻胶与所述着色剂的混合物涂覆在所述光学传感器衬底上；以及
使所述未固化光刻胶与所述着色剂的涂覆混合物固化，以便在所述光学传感器衬底上产生所述光刻胶与所述着色剂的混合物。
13.如权利要求12所述的方法，其中将所述未固化光刻胶与所述着色剂的混合物涂覆在所述光学传感器衬底上包括：
将所述未固化光刻胶与所述着色剂的混合物滴在所述光学传感器衬底上；以及
通过旋涂对所述未固化光刻胶与所述着色剂的滴下的混合物进行展平处理。
14.如权利要求12所述的方法，其中将所述未固化光刻胶与所述着色剂的混合物涂覆在所述光学传感器衬底上包括：将所述未固化光刻胶与所述着色剂的混合物印刷在所述光学传感器衬底上。
15.一种广角发射滤光器，包括：
基质，所述基质具有平坦的形状并包括透明材料，所述基质通过激发光不产生荧光或磷光；
光刻胶，所述光刻胶设置在所述基质中，所述光刻胶通过选自热硬化、光硬化和晾干构成的组中的至少一种方法固定为固态；以及
着色剂，所述着色剂设置在所述基质中，并且包括吸收具有预定波长范围的光的材料，
其中，所述广角发射滤光器无论所述激发光的入射角如何都对所述激发光进行过滤；以及
其中所述光刻胶包括半固化光刻胶，所述半固化光刻胶未完全被短波长的光饱和，所述激发光首先被所述着色剂过滤，其次被所述半固化光刻胶过滤。
16.一种光学传感器组件，包括：
广角发射滤光器，所述广角发射滤光器被配置为不管激发光的入射角如何都对所述激发光进行过滤并且使具有比所述激发光更长波长的发射光透射，所述广角发射滤光器包括：
基质，所述基质具有平坦的形状并包括透明材料，所述基质通过所述激发光不产生荧光或磷光；
光刻胶，所述光刻胶设置在所述基质中，所述光刻胶通过选自热硬化、光硬化和晾干构成的组中的至少一种方法固定为固态；以及
着色剂，所述着色剂设置在所述基质中，并且包括吸收具有预定波长范围的光的材料；以及
光学传感器衬底，包括：
基底衬底，所述基底衬底具有平坦的形状，并且与所述广角发射滤光器一体形成；以及
光学传感器阵列，所述光学传感器阵列包括复数个光学传感器，所述复数个光学传感器埋在所述基底衬底的上部并设置为阵列形状，用于感测已经透过所述广角发射滤光器的发射光的亮度；
其中所述光刻胶包括半固化光刻胶，所述半固化光刻胶未完全被短波长的光饱和，并且所述激发光首先被所述着色剂过滤，其次被所述半固化光刻胶过滤。
17.一种制造如权利要求15所述的广角发射滤光器的方法，包括：
形成包括光学传感器阵列的光学传感器衬底，所述光学传感器阵列包括复数个光学传感器，所述复数个光学传感器设置为阵列形状，用于感测发射光的亮度；
将未固化光刻胶和着色剂混合，以使其具有流动性；
将所述未固化光刻胶与所述着色剂的混合物涂覆在所述光学传感器衬底上；以及
使所述未固化光刻胶与所述着色剂的涂覆混合物固化，以便在所述光学传感器衬底上产生所述光刻胶与所述着色剂的混合物。
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