CN109238979A - 光取出装置、检测装置及其使用方法 - Google Patents

光取出装置、检测装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种光取出装置、检测装置及其使用方法。该光取出装置包括至少一个分光单元，各分光单元包括：分色光栅，被配置为将射入该分色光栅的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜，与分色光栅对应设置并被配置为将多个光束进行汇聚；以及第一小孔，位于第一透镜远离分色光栅的一侧，并与第一透镜对应设置。第一透镜被配置为将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔并射出。该光取出装置可实现一种可精准分色的光取出装置，且具有较高的信噪比、较小的尺寸、便携等优点。

Description

光取出装置、检测装置及其使用方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种光取出装置、检测装置及其使用方法。
背景技术
光取出装置(又称为分色装置、分光装置)是一种将成分复杂的光分解为多种单一波长的光的科学仪器。例如，通常的白光可分解为七种颜色的光。光取出装置可作为一种分析仪器，具有广泛的应用，尤其在物理、化学和生物学研究中是最重要的检测手段之一。
发明内容
本公开实施例提供一种光取出装置和检测装置。该光取出装置包括至少一个分光单元，各分光单元包括：分色光栅，被配置为将射入该分色光栅的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜，与分色光栅对应设置并被配置为将多个光束进行汇聚；以及第一小孔，位于第一透镜远离分色光栅的一侧，并与第一透镜对应设置。第一透镜被配置为将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔并射出。该光取出装置可通过分色光栅将入射光分色为颜色不同的多个光束，并通过第一透镜和第一小孔的配合将具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔射出，从而在第一小孔将预设颜色的光束与其他光束分离，从而可实现一种精准分色的光取出装置，并且具有较高的信噪比。另外，由于分色光栅、第一透镜和第一小孔的尺寸较小，该光取出装置还具有较小的尺寸、便携等优点。
本公开至少一个实施例提供一种光取出装置，包括至少一个分光单元，各所述分光单元包括：分色光栅，被配置为将射入所述分色光栅的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜，与所述分色光栅对应设置并被配置为将所述多个光束进行汇聚；以及第一小孔，位于所述第一透镜远离所述分色光栅的一侧；所述第一小孔与所述第一透镜对应设置，所述第一透镜被配置为将所述多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到所述第一小孔并射出。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，在各所述分光单元中，所述第一小孔位于所述第一透镜的焦平面。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，在各所述分光单元中，所述第一小孔位于所述第一透镜的焦点所在的位置。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，在各所述分光单元中，所述分色光栅的中心和所述第一小孔的中心均位于所述第一透镜的主光轴上。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，各所述分光单元还包括：第一吸光层，位于所述第一透镜远离所述分色光栅的一侧吸收所述多个光束中除了具有预设颜色的光束之外的其他光束，所述第一小孔位于所述第一吸光层中。
例如，本公开一实施例提供的光取出装置还包括：导光层；第一填充层，位于所述导光层靠近所述第一透镜的表面；以及第二填充层，位于所述导光层远离所述第一透镜的表面，所述第一填充层和所述第二填充层的折射率均小于所述导光层的折射率，以使光源发出的光在所述导光层内进行全反射传输。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，各所述分光单元还包括：导光结构，被配置为将所述导光层内进行全反射传输的光导向所述分色光栅。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，所述导光结构包括：第一取光结构，位于所述导光层远离所述第一透镜的一侧；以及反射镜，与所述第一取光结构对应设置，所述分色光栅位于所述反射镜与所述第一透镜之间，所述第一取光结构被配置为将破坏所述导光层的全反射条件以将所述导光层中传输的光导出，所述第一取光结构位于所述反射镜的焦平面，所述反射镜被配置为将从所述第一取光结构取出的光转换为平行光并反射至所述分色光栅。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，所述第一取光结构包括第二小孔，所述第二小孔的直径小于500μm。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，各所述导光结构还包括：第二取光结构，位于所述导光层靠近所述第一透镜的一侧；以及第二透镜，与所述第二取光结构对应设置，所述第二透镜位于所述第二取光结构和所述分色光栅之间，所述第二取光结构被配置为将破坏所述导光层的全反射条件以将所述导光层中传输的光导出，所述第二取光结构位于所述第二透镜的焦平面，所述第二透镜被配置为将从所述第二取光结构导出的光转换为平行光并透射至所述分色光栅。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，所述第二取光结构包括第三小孔，所述第三小孔的直径小于500μm。
例如，本公开一实施例提供的光取出装置还包括：自由曲面反射层，位于所述导光层的一侧表面，其中，所述自由曲面反射层被配置为反射位于所述自由曲面反射层的焦点处的光源发出的光并转换为平行光，并将平行光耦合至所述导光层，在各所述分光单元中，所述分色光栅位于所述导光板靠近所述第一透镜的一侧，所述分色光栅被配置为破坏所述导光层的全反射条件以将所述导光层中传输的光导出。
例如，在本公开一实施例提供的光取出装置中，所述至少一个分光单元包括多个分光单元，所述多个分光单元被配置为分别使所述多个光束中不同颜色的光束从对应的所述第一小孔射出，各所述分光单元还包括：第二吸光层，与所述第一透镜同层设置并围绕所述第一透镜。
本公开至少一个实施例还提供一种检测装置，包括根据上述任一项所述的光取出装置；以及至少一个微流通道，与所述至少一个分光单元一一对应设置，各所述微流通道设置在对应设置的所述分光单元中所述第一小孔远离所述分色光栅的一侧。
例如，本公开一实施例提供的检测装置还包括：光敏探测层，设置在所述微流通道远离所述光取出装置的一侧，所述光敏探测层包括与所述至少一个分光单元一一对应设置的光电传感器。
例如，本公开一实施例提供的检测装置还包括：废液池，与所述至少一个微流通道相连。
本公开至少一实施例提供一种检测装置的使用方法，其中，所述检测装置包括上述的检测装置，所述使用方法包括：向所述至少一个微流通道通入样品液滴；以及驱动所述样品液滴流经所述分光单元。
例如，在本公开一实施例提供的检测装置的使用方法中，所述检测装置还包括：光电传感器，设置在所述微流通道远离所述光取出装置的一侧，所述光敏探测层包括与所述至少一个分光单元一一对应设置的光电传感器，所述使用方法包括：获取所述光电传感器检测到的光变化信息；以及根据所述光变化信息以及所述光电传感器所对应设置的所述分光单元的出光颜色确定所述样品液滴的成分信息。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为一种微流系统的示意图；
图2为根据本公开一实施例提供的一种光取出装置的结构示意图；
图3为根据本公开一实施例提供的另一种光取出装置的结构示意图；
图4为根据本公开一实施例提供的另一种光取出装置的结构示意图；
图5为根据本公开一实施例提供的另一种光取出装置的结构示意图；
图6为根据本公开一实施例提供的一种光谱检测装置的结构示意图；
图7为根据本公开一实施例提供的另一种光谱检测装置的结构示意图；
图8为根据本公开一实施例提供的另一种光谱检测装置的结构示意图；以及
图9为根据本公开一实施例提供的一种光谱检测装置中微流通道的平面示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
随着经济社会的发展，人们对于便携的，可快捷地进行检测的检测装置的需求越来越高。因此，便携的、可快捷地进行检测的检测装置逐渐成为各大厂商的研究热点。
图1为一种微流系统的示意图。如图1所示，该微流系统包括样品入口11、反应物入口12、微流泵13、阀门14、反应腔室15、检测单元20。可通过样品入口11放入液体样品，通过反应物入口12放入反应物；然后液体样品和反应物可分别通过微流泵13驱动进入反应腔室15进行反应，例如PCR(Polymerase Chain Reaction)扩增反应。反应之后的样品可进入检测单元20进行检测。检测单元20可包括工作电极21、反应电极22以及参比电极23。该微流系统并不对液体样品的位置、形状、流速、接触角等参数进行检测。因此该微流系统的检测精度无法满足日益增长的需要。另外，该微流系统的检测单元需要通过检测单元中工作电极、反应电极和参比电极等电极将化学信号或生物信号转换为电信号来进行检测，从而导致该微流系统的检测效率和成本较高。
另一方面，由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种光谱检测方法具有较高的灵敏度和检测速度。并且，由于液体样品会对不同波长(不同颜色)的光具有不同的反应，从而可被光敏探测器检测识别。因此，微流系统可利用光谱检测方法来提高检测效率和精度，并且降低检测成本。
分光装置可将复色光分色为多个单色光，从而可应用于光谱检测。然而，通常的分光装置需要通过一系列光学元件来实现将复色光分色为多个单色光，因此通常的分光装置体积较大，不利于携带，并且成本较高，不利于推广使用。
本公开实施例提供一种光取出装置和检测装置。该光取出装置包括至少一个分光单元，各分光单元包括：分色光栅，被配置为将射入该分色光栅的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜，与分色光栅对应设置并被配置为将多个光束进行汇聚；以及第一小孔，位于第一透镜远离分色光栅的一侧，并与第一透镜对应设置。第一透镜被配置为将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔并射出。该光取出装置可通过分色光栅将入射光分色为颜色不同的多个光束，并通过第一透镜和第一小孔的配合将具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔射出，从而在第一小孔将预设颜色的光束与其他光束分离，从而可实现一种光取出装置。由于分色光栅、第一透镜和第一小孔的尺寸较小，因此该光取出装置具有较小的尺寸，便于携带。
下面，结合附图对本公开实施例提供的光取出装置、检测装置及其使用方法进行详细的说明。
本公开一实施例提供一种光取出装置。图2为根据本公开一实施例提供的光取出装置的示意图。如图2所示，该光取出装置100包括至少一个分光单元110，各分光单元110包括分色光栅120、第一透镜130和第一小孔140。分色光栅120将射入分色光栅120的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜130与分色光栅120对应设置并被配置为将多个光束进行汇聚；第一小孔140位于第一透镜130远离分色光栅120的一侧。第一小孔140与第一透镜130对应设置，第一透镜130被配置为将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔140并射出。需要说明的是，为了清楚地表现光取出装置的具体结构，图2仅仅示出了一个分光单元110的光路。将预设颜色的光束汇聚到第一小孔是指该预设颜色的光束被第一透镜130汇聚后的汇聚点位于第一小孔140内。这样，该预设颜色的光束可以经过透过小孔传播出去。而对于其他波长的单色光束，则会汇聚到小孔之外，从而不能通过该第一小孔140传播出去。
在本实施例提供的光取出装置中，该光取出装置可通过分色光栅120将入射光分色为向不同方向准直传播的颜色不同的多个光束；因此，颜色不同的多个光束相对于第一透镜130具有不同的入射角度，颜色不同的多个光束会被第一透镜130聚焦，并且颜色不同的多个光束的聚焦点间隔排布在第一透镜130的焦平面上，从而实现了颜色不同的多个光束在空间位置上的分离。例如，假设颜色不同的多个光束的入射角度为θλ，第一透镜130的焦距为f1，最终颜色不同的多个光束的聚焦点距离第一透镜130的焦点的距离dλ＝f1*tanθλ。此时，可通过第一透镜130和第一小孔140的配合将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔140射出，从而在第一小孔140将具有预设颜色的光束在空间位置上与其他光束分离，从而可实现一种精准的光取出装置，并具有较高的信噪比。由于分色光栅、第一透镜和第一小孔的尺寸较小，因此该光取出装置具有较小的尺寸，便于携带。另外，由于分色光栅、第一透镜和第一小孔在工艺制作上的难度较低，易于产业化。
例如，在一些示例中，预设颜色不限于单一波长，还可包括一定的波长范围。例如，当预设颜色为一个波长范围时，该波长范围的上限值与下限值之差小于10nm。又例如，当预设颜色为一个波长范围时，该波长范围的上限值与下限值之差小于5nm。
例如，在一些示例中，如图2所示，该光取出装置包括多个分光单元110，多个分光单元110被配置为使多个光束中不同波长的光束分别从对应的第一小孔140射出。例如，图2中从左到右排列的多个分光单元110可分别使多个光束中具有第一预设颜色的光束、具有第二预设颜色的光束、具有第三预设颜色的光束、具有第四预设颜色的光束和具有第五预设颜色的光束从对应的第一小孔140射出。需要说明的是，第一预设颜色、第二预设颜色、第三预设颜色、第四预设颜色和第五预设颜色的波长范围互不交叠，另外，不同的分光单元中，分色光栅的具体参数不同。
例如，在一些示例中，如图2所示，在各分光单元110中，第一小孔140位于第一透镜130的焦平面，从而可使得第一透镜130汇聚的具有预设颜色的光可从尺寸较小的第一小孔140出射。因此，第一小孔140可具有较小的尺寸，从而可防止具有其他波长的光的串扰。例如，第一小孔140的直径小于500μm。
例如，在一些示例中，如图2所示，在各分光单元110中，第一小孔140位于第一透镜130的焦点所在的位置。由此，从分色光栅120出射的多个光束中垂直于第一透镜130的光可从第一小孔140出射。分色光栅120可将入射到分色光栅120的入射光进行衍射调制，将具有预设颜色的光衍射调制实现相位匹配，从而使得具有预设颜色的光沿垂直于该分色光栅120的方向进行准直传播，具有其他波长的光沿其他方向进行准直传播。因此，该光取出装置可使从分色光栅120出射的沿垂直于该分色光栅120的方向进行准直传播的光从第一小孔140出射。需要说明的是，第一小孔140也可位于第一透镜130的焦平面上的其他点，然后通过设计分色光栅的结构，以使得具有预设颜色的光束从第一小孔140出射。当然，当第一小孔位于第一透镜的焦点所在的位置时，分色光栅的设计难度较低。
例如，在一些示例中，如图2所示，在各分光单元110中，分色光栅120的中心、第一透镜130的中心和第一小孔140的中心位于一条直线上，分色光栅120的中心和第一小孔140的中心均位于第一透镜130的主光轴上。
例如，在一些示例中，如图2所示，各分光单元110还包括第一吸光层151，位于第一透镜130远离分色光栅120的一侧，第一小孔140位于第一吸光层151中。一方面，可通过在第一吸光层151开孔以形成上述的第一小孔140；另一方面，第一吸光层151可吸收多个光束中除了具有预设颜色的光束之外的其他光束，从而降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。例如，第一吸光层151可包括黑矩阵材料。
例如，在一些示例中，如图2所示，各分光单元110还包括第二吸光层152，与第一透镜130同层设置并且围绕第一透镜130。与第一透镜130同层设置的第二吸光层152可阻挡或吸收射向第一透镜130之外的其他区域的光束进入第一透镜130和第一小孔140之间，从而进一步降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。例如，第二吸光层152可包括黑矩阵材料。当然，本公开实施例包括但不限于此，多个第一透镜可形成阵列，而不设置吸光层。
图3为根据本公开一实施例提供的另一种光取出装置的示意图。如图3所示，该光取出装置200包括至少一个分光单元210，各分光单元210包括分色光栅220、第一透镜230和第一小孔240。分色光栅220将射入分色光栅220的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜230与分色光栅220对应设置并被配置为将多个光束进行汇聚；第一小孔240位于第一透镜230远离分色光栅220的一侧。第一小孔240与第一透镜230对应设置，第一透镜230被配置为将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔240并射出。各分光单元210还包括导光层260、位于导光层260靠近第一透镜230的表面的第一填充层271和位于导光层260远离第一透镜230的表面的第二填充层272。第一填充层271和第二填充层272的折射率均小于导光层260的折射率，以使光源发出的光可在导光层260内进行全反射传输。例如，如图3所示，光源290可设置在导光层260的一侧表面上，从而可将光源290发出的光馈入导光层260。导光层260可为上述的分光单元提供光源。需要说明的是，为了清楚地表现光取出装置的具体结构，图3仅仅示出了一个分光单元110的光路。
例如，在一些示例中，如图3所示，各分光单元210还包括：导光结构280，导光结构280被配置为将导光层260内进行全反射传输的光导向分色光栅220。
例如，在一些示例中，如图3所示，导光结构280包括第一取光结构281和反射镜282；第一取光结构281位于导光层260远离第一透镜230的一侧，反射镜282与第一取光结构281对应设置，分色光栅281位于反射镜282与第一透镜230之间，第一取光结构281被配置为破坏导光层260的全反射条件以将导光层260中传输的光导出，第一取光结构281位于反射镜282的焦平面，反射镜282被配置为将从第一取光结构281取出的光转换为平行光并反射至分色光栅220。导光结构280可将导光层260中传输的光在特定的位置取出并且转换为平行光，因此该光取出装置对光源的尺寸、对位精度、和出光的准直性没有要求，从而可进一步降低该光取出装置的成本。
在本实施例提供的光取出装置中，光源290发出的光可在导光层260中进行全反射传输，第一取光结构281可将导光层260中进行全反射传输的光取出，并射向反射镜282，反射镜282可将从第一取光结构281取出的光转换为平行光并反射至分色光栅220，分色光栅220将入射光分色为颜色不同的多个光束，并通过第一透镜230和第一小孔240的配合将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔240射出，从而在第一小孔240将具有预设颜色的光束在空间位置上与其他光束分离，从而可实现一种光取出装置，以进行精准分色。由于分色光栅、第一透镜和第一小孔的尺寸较小，因此该光取出装置具有较小的尺寸，便于携带。另外，由于分色光栅、第一透镜和第一小孔在工艺制作上的难度较低，易于产业化。另外，由于该导光结构的厚度较薄，因此该光取出装置的厚度较薄，利于轻薄化设计。
例如，在一些示例中，第一取光结构281可为第二小孔281，第二小孔281的直径小于500μm。当第一取光结构281为第二小孔281时，由于导光板260上的第二小孔281尺寸较小，因此从第二小孔281衍射出来的光线可看作为点光源发出的球面波；此时，由于第二小孔281位于反射镜282的焦平面，第二小孔281发出的球面波可被反射镜282转换为平行光。
例如，在一些示例中，第一取光结构281的中心在导光层260上的正投影与反射镜282的中心在导光层260上的正投影不重叠，且位于反射镜282的中心在导光层260上的正投影远离分色光栅220的中心在导光层260上的正投影的一侧。也就是说，反射镜282的中心轴线相对于第一取光结构281有一定偏移，从而可便于将第一取光结构281取出的光反射至分色光栅220。
例如，在一些示例中，上述预设颜色不限于单一波长，还可包括一定的波长范围。例如，当预设颜色为一个波长范围时，该波长范围的上限值与下限值之差小于10nm。又例如，当预设颜色为一个波长范围时，该波长范围的上限值与下限值之差小于5nm。
例如，在一些示例中，如图3所示，该光取出装置包括多个分光单元210，多个分光单元210被配置为使多个光束中不同波长的光束分别从对应的第一小孔240射出。例如，图3中从左到右排列的多个分光单元210可分别使多个光束中具有第一波长范围的光束、具有第二波长范围的光束、具有第三波长范围的光束、具有第四波长范围的光束和具有第五波长范围的光束从对应的第一小孔240射出。需要说明的是，第一波长范围、第二波长范围、第三波长范围、第四波长范围和第五波长范围的波长范围互不交叠，另外，不同的分光单元中，分色光栅的具体参数不同。
例如，在一些示例中，如图3所示，在各分光单元210中，第一小孔240位于第一透镜230的焦平面，从而可使得第一透镜230汇聚的具有预设颜色的光可从尺寸较小的第一小孔240出射。因此，第一小孔240可具有较小的尺寸，从而可防止具有其他波长的光的串扰。例如，第一小孔240的直径小于500μm。
例如，在一些示例中，如图3所示，在各分光单元210中，第一小孔240位于第一透镜230的焦点所在的位置。由此，从分色光栅220出射的多个光束中垂直于第一透镜230的光可从第一小孔240出射。分色光栅220可将入射到分色光栅220的入射光进行衍射调制，将具有预设颜色的光衍射调制实现相位匹配，从而使得具有预设颜色的光沿垂直于该分色光栅220的方向进行准直传播，具有其他波长的光沿其他方向进行准直传播。因此，该光取出装置可使从分色光栅220出射的沿垂直于该分色光栅220的方向进行准直传播的光从第一小孔240出射。需要说明的是，第一小孔240也可位于第一透镜230的焦平面上的其他点，然后通过设计分色光栅的结构，以使得具有预设颜色的光束从第一小孔240出射。当然，当第一小孔位于第一透镜的焦点所在的位置时，分色光栅的设计难度较低。
例如，在一些示例中，如图3所示，在各分光单元210中，分色光栅220的中心、第一透镜230的中心和第一小孔240的中心位于一条直线上，例如，分色光栅220的中心和第一小孔240的中心均位于第一透镜230的主光轴上。
例如，在一些示例中，如图3所示，各分光单元210还包括第一吸光层251，位于第一透镜230远离分色光栅220的一侧，第一小孔240位于第一吸光层251中。一方面，可通过在第一吸光层251开孔以形成上述的第一小孔240；另一方面，第一吸光层251可吸收多个光束中除了具有预设颜色的光束之外的其他光束，从而降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。
例如，在一些示例中，如图3所示，各分光单元210还包括第二吸光层252，与第一透镜230同层设置并且围绕第一透镜230。与第一透镜230同层设置的第二吸光层252可吸收射向第一透镜230之外的其他区域的光束进入第一透镜230和第一小孔240之间，从而进一步降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。
例如，在一些示例中，如图3所示，第一小孔240和第一透镜230之间可设置第一透明基板291，以作为光束传播的介质，另外还可起到固定第一小孔240和第一透镜230的作用。
例如，在一些示例中，如图3所示，第二填充层272和反射镜282之间可设置第二透明基板292，以作为光束传播的介质。
例如，在一些示例中，如图3所示，分色光栅220设置在第二填充层靠近第二透明基板292的一侧，从而防止分色光栅220破坏导光层260的全反射条件。
例如，在一些示例中，如图3所示，各分色单元210还包括第三吸光层253，与反射镜282同层设置并围绕反射镜282，从而用于吸收从第一取光结构281取出的，但没有射入反射镜282的部分光线，从而防止该部分光线透射到第一小孔240远离第一透镜230的一侧，造成串扰或噪声。第三吸光层253可包括黑矩阵材料。
图4为根据本公开一实施例提供的另一种光取出装置的示意图。如图4所示，该光取出装置该光取出装置300包括至少一个分光单元310，各分光单元310包括分色光栅320、第一透镜330和第一小孔340。分色光栅320将射入分色光栅320的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜330与分色光栅320对应设置并被配置为将多个光束进行汇聚；第一小孔340位于第一透镜330远离分色光栅320的一侧。第一小孔340与第一透镜330对应设置，第一透镜330被配置为将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔340并射出。各分光单元310还包括导光层360、位于导光层360靠近第一透镜330的表面的第一填充层371和位于导光层360远离第一透镜330的表面的第二填充层372。第一填充层371和第二填充层372的折射率均小于导光层360的折射率，以使光源发出的光可在导光层360内进行全反射传输。例如，如图4所示，光源390可设置在导光层360的一侧表面上，以将光源390发出的光馈入导光层360。导光层360可为上述的分光单元提供光源。
例如，在一些示例中，如图4所示，各分光单元310还包括：导光结构380，导光结构380被配置为将导光层360内进行全反射传输的光导向分色光栅320。
例如，在一些示例中，如图4所示，导光结构380包括第二取光结构383和第二透镜384；第二取光结构383位于导光层360靠近第一透镜330的一侧；第二透镜384与第二取光结构383对应设置，第二透镜384位于第二取光结构383和分色光栅320之间，第二取光结构383被配置为破坏导光层360的全反射条件以将导光层360中传输的光导出，第二取光结构383位于第二透镜384的焦平面，第二透镜384被配置为将第二取光结构383导出的光转换为平行光并透射至分色光栅320。由此，该导光结构380可将导光层360中传输的光在特定的位置取出并且转换为平行光，因此该光取出装置对光源的尺寸、对位精度、和出光的准直性没有要求，从而可进一步降低该光取出装置的成本。
在本实施例提供的光取出装置中，光源390可设置在导光层360的一侧表面上，光源390发出的光可在导光层360中进行全反射传输，第二取光结构383可将导光层360中进行全反射传输的光取出，并射向第二透镜384，第二透镜384可将从第二取光结构383取出的光转换为平行光并透射至分色光栅320，分色光栅320将入射光分色为颜色不同的多个光束，并通过第一透镜330和第一小孔340的配合将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔340射出，从而在第一小孔340将具有预设颜色的光束在空间位置上与其他光束分离，从而可实现一种光取出装置，以进行精准分色。由于分色光栅、第一透镜和第一小孔的尺寸较小，因此该光取出装置具有较小的尺寸，便于携带。另外，由于分色光栅、第一透镜和第一小孔在工艺制作上的难度较低，易于产业化。另外，由于该导光结构的结构较为简单，制作难度较低。
例如，在一些示例中，第二取光结构383可为第三小孔383，第三小孔383的直径小于500μm。当第二取光结构383为第三小孔383时，由于导光板360上的第三小孔383尺寸较小，因此从第三小孔383衍射出来的光线可看作为点光源发出的球面波；此时，由于第三小孔383位于第二透镜384的焦平面，第三小孔383发出的球面波可被第二透镜384转换为平行光。
例如，在一些示例中，如图4所示，第二取光结构383的中心在导光层360上的正投影与第二透镜384的中心在导光层360上的正投影不重叠，且位于第二透镜384的中心在导光层360上的正投影远离分色光栅320的中心在导光层360上的正投影的一侧。也就是说，第二透镜384的中心轴线相对于第二取光结构383有一定偏移，从而可便于将第二取光结构383取出的光透射至分色光栅320。
例如，在一些示例中，上述预设颜色不限于单一波长，还可包括一定的波长范围。例如，当预设颜色为一个波长范围时，该波长范围的上限值与下限值之差小于10nm。又例如，当预设颜色为一个波长范围时，该波长范围的上限值与下限值之差小于5nm。
例如，在一些示例中，如图4所示，该光取出装置包括多个分光单元310，多个分光单元310被配置为使多个光束中不同波长的光束分别从对应的第一小孔340射出。例如，图4中从左到右排列的多个分光单元310可分别使多个光束中具有第一预设颜色的光束、具有第二预设颜色的光束、具有第三预设颜色的光束、具有第四预设颜色的光束和具有第五预设颜色的光束从对应的第一小孔340射出。需要说明的是，第一预设颜色、第二预设颜色、第三预设颜色、第四预设颜色和第五预设颜色的波长范围互不交叠，另外，不同的分光单元中，分色光栅的具体参数不同。
例如，在一些示例中，如图4所示，在各分光单元310中，第一小孔340位于第一透镜330的焦平面，从而可使得第一透镜330汇聚的具有预设颜色的光可从尺寸较小的第一小孔340出射。另外，由于第一小孔340可具有较小的尺寸，从而可防止具有其他波长的光的串扰。例如，第一小孔340的直径小于500μm。
例如，在一些示例中，如图4所示，在各分光单元310中，第一小孔340位于第一透镜330的焦点所在的位置。由此，从分色光栅320出射的多个光束中垂直于第一透镜330的光可从第一小孔340出射。此时，分色光栅320可将入射到分色光栅320的入射光进行衍射调制，将具有预设颜色的光衍射调制实现相位匹配，从而使得具有预设颜色的光沿垂直于该分色光栅320的方向进行准直传播，具有其他波长的光沿其他方向进行准直传播。因此，该光取出装置可使从分色光栅320出射的沿垂直于该分色光栅320的方向进行准直传播的光从第一小孔340出射。需要说明的是，第一小孔340也可位于第一透镜330的焦平面上的其他点，然后通过设计分色光栅的结构，以使得具有预设颜色的光束从第一小孔340出射。当然，当第一小孔位于第一透镜的焦点所在的位置时，分色光栅的设计难度较低。
例如，在一些示例中，如图4所示，在各分光单元310中，分色光栅320的中心、第一透镜330的中心和第一小孔340的中心位于一条直线上，例如，分色光栅320的中心和第一小孔340的中心均位于第一透镜330的主光轴上。
例如，在一些示例中，如图4所示，各分光单元310还包括第一吸光层351，位于第一透镜330远离分色光栅320的一侧，第一小孔340位于第一吸光层351中。一方面，可通过在第一吸光层351开孔以形成上述的第一小孔340；另一方面，第一吸光层351可吸收所述多个光束中除了具有预设颜色的光束之外的其他光束，从而降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。
例如，在一些示例中，如图4所示，各分光单元310还包括第二吸光层352，与第一透镜330同层设置并且围绕第一透镜330。与第一透镜330同层设置的第二吸光层352可阻挡或吸收射向第一透镜330之外的其他区域的光束进入第一透镜330和第一小孔340之间，从而进一步降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。
例如，在一些示例中，如图4所示，第二取光装置383设置在第一填充层371靠近导光层360的一侧，第二透镜384设置在第一填充层371远离导光层360的一侧。
例如，在一些示例中，如图4所示，第一小孔340和第一透镜330之间可设置第一透明基板391，以作为光束传播的介质，另外还可起到固定第一小孔340和第一透镜330的作用。
例如，在一些示例中，如图4所示，第二透镜383与分色光栅320之间还可设置第二透明基板392，以作为光束的传播介质，另外还可起到固定第二透镜384和分色光栅320的作用。
例如，在一些示例中，如图4所示，分色光栅320与第一透镜330之间还可设置第三透明基板393，以作为光束的传播介质。例如，第三透明基板393可采用低折射率材料制作。
图5为根据本公开一实施例提供另一中光取出装置的示意图。如图5所示，该光取出装置该光取出装置400包括至少一个分光单元410，各分光单元410包括分色光栅420、第一透镜430和第一小孔440。分色光栅420将射入分色光栅420的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；第一透镜430与分色光栅420对应设置并被配置为将多个光束进行汇聚；第一小孔440位于第一透镜430远离分色光栅420的一侧。第一小孔440与第一透镜430对应设置，第一透镜430被配置为将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔440并射出。各分光单元410还包括导光层460、位于导光层460靠近第一透镜430的表面的第一填充层471和位于导光层460远离第一透镜430的表面的第二填充层472。第一填充层471和第二填充层472的折射率均小于导光层460的折射率，以使光源发出的光可在导光层460内进行全反射传输。例如，如图5所示，该光取出装置还包括：自由曲面反射层485，位于导光层260的一侧表面，自由曲面反射层485被配置为反射位于自由曲面反射层485的焦点处的光源490发出的光并转换为平行光，并将平行光耦合至导光层460，在各分光单元410中，分色光栅420位于导光板460靠近第一透镜430的一侧，分色光栅420被配置为破坏导光层460的全反射条件以将导光层460中传输的光导出。由于自由曲面反射层485可将光源490发出的光线转化为平行光，因此该光取出装置对光源的尺寸、对位精度、和出光的准直性没有要求，从而可进一步降低该光取出装置的成本。需要说明的是，当该光取出装置包括光源时，光源490可设置在自由曲面反射层485的焦点处，当该光取出装置不包括光源时，该光取出装置包括用于将光源490固定在自由曲面反射层485的焦点处的固定装置，以便于将光源490安装，固定在自由曲面反射485的焦点处。
在本实施例提供的光取出装置中，光源490发出的光可被自由曲面反射层485转换为平行光，并在导光层460中进行全反射传输，因此，导光层460中进行全反射传输的光为平行光(准直光)。此时，位于导光板460靠近第一透镜430的一侧的分色光栅420可直接破坏导光层460的全反射条件以将导光层460中传输的平行光导出并分色为颜色不同的多个光束，并通过第一透镜430和第一小孔440的配合将多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到第一小孔440射出，从而在第一小孔440将具有预设颜色的光束在空间位置上与其他光束分离，从而可实现一种光取出装置，以进行精准分色。由于分色光栅、第一透镜和第一小孔的尺寸较小，因此该光取出装置具有较小的尺寸，便于携带。另外，由于分色光栅、第一透镜和第一小孔在工艺制作上的难度较低，易于产业化。
例如，在一些示例中，如图5所示，该光取出装置包括多个分光单元410，多个分光单元410被配置为使多个光束中不同波长的光束分别从对应的第一小孔440射出。例如，图5中从左到右排列的多个分光单元410可分别使多个光束中具有第一波长范围的光束、具有第二波长范围的光束、具有第三波长范围的光束、具有第四波长范围的光束和具有第五波长范围的光束从对应的第一小孔440射出。需要说明的是，第一波长范围、第二波长范围、第三波长范围、第四波长范围和第五波长范围的波长范围互不交叠，另外，不同的分光单元中，分色光栅的具体参数不同。
例如，在一些示例中，如图5所示，在各分光单元410中，第一小孔440位于第一透镜430的焦平面，从而可使得第一透镜430汇聚的具有预设颜色的光可从尺寸较小的第一小孔440出射。另外，由于第一小孔440可具有较小的尺寸，从而可防止具有其他波长的光的串扰。例如，第一小孔440的直径小于500μm。
例如，在一些示例中，如图5所示，在各分光单元410中，第一小孔440位于第一透镜430的焦点所在的位置。由此，从分色光栅420出射的多个光束中垂直于第一透镜430的光可从第一小孔440出射。此时，分色光栅420可将入射到分色光栅420的入射光进行衍射调制，将具有预设颜色的光衍射调制实现相位匹配，从而使得具有预设颜色的光沿垂直于该分色光栅420的方向进行准直传播，具有其他波长的光沿其他方向进行准直传播。因此，该光取出装置可使从分色光栅420出射的沿垂直于该分色光栅420的方向进行准直传播的光从第一小孔440出射。需要说明的是，第一小孔440也可位于第一透镜430的焦平面上的其他点，然后通过设计分色光栅的结构，以使得具有预设颜色的光束从第一小孔440出射。当然，当第一小孔位于第一透镜的焦点所在的位置时，分色光栅的设计难度较低。
例如，在一些示例中，如图5所示，在各分光单元410中，分色光栅420的中心、第一透镜430的中心和第一小孔440的中心位于一条直线上，例如，分色光栅420的中心和第一小孔440的中心均位于第一透镜430的主光轴上。
例如，在一些示例中，如图5所示，各分光单元410还包括第一吸光层451，位于第一透镜430远离分色光栅420的一侧，第一小孔440位于第一吸光层451中。一方面，可通过在第一吸光层451开孔以形成上述的第一小孔440；另一方面，第一吸光层451可吸收所述多个光束中除了具有预设颜色的光束之外的其他光束，从而降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。
例如，在一些示例中，如图5所示，各分光单元410还包括第二吸光层452，与第一透镜430同层设置并且围绕第一透镜430。与第一透镜430同层设置的第二吸光层452可阻挡或吸收射向第一透镜430之外的其他区域的光束进入第一透镜430和第一小孔440之间，从而进一步降低具有其他波长的光的串扰，增加信噪比。
在本公开实施例提供的光取出装置中，不同分色单元中的分色光栅的结构参数不同，一个分色光栅可与一种预设颜色的光束相匹配，以实现将该预设颜色的光束从相应的第一小孔射出。那么，根据以下光栅方程：n1*sinθ1-n2*sinθ2＝mλ/P可确定不同分色单元中的每个分色光栅的结构参数，其中，n1为入射光所在介质折射率；n2为衍射光所在介质折射率；θ1为入射角度；θ2为衍射角度；m为衍射级次(一般取值为+1或-1)；λ为预设颜色(例如，可为沿垂直于分色光栅的方向进行准直传播的光束的波长)；P为光栅周期。需要说明的是，光栅周期是决定波长不同的光束的衍射角度，因此光栅周期是关键参数。另外，对于该分色光栅的其他结构参数，例如，高度、占空比等可根据所需要的衍射效率得到。
本公开一实施例还提供一种检测装置。图6-8为本公开一实施例提供的一种检测装置的示意图。如图6-8所示，该检测装置包括上述实施例中任意一种光取出装置。由此，由于该分光装置可将复色光精准地分色为多个单色光，并且具有较高的信噪比，从而可使得该检测装置的检测精度较高。由于该分光装置的尺寸较小，便于携带，从而可拓宽该检测装置的应用场景。另外，由于该分光装置的结构的制作难度较低，便于产业化，因此该检测装置也具有便于产业化，利于推广使用的效果。
例如，该检测装置可为微流检测系统，可应用于食品分类、基因检测等领域。
例如，在一些示例中，如图6-8所示，该检测装置还包括至少一个微流通道500，与至少一个分光单元一一对应设置，各微流通道设置在对应设置的分光单元中第一小孔远离分色光栅的一侧。例如，如图6所示，微流通道500与分光单元210一一对应设置，且位于分光单元210中的第一小孔240远离分色光栅220的一侧；如图7所示，微流通道500与分光单元310一一对应设置，且位于分光单元310中的第一小孔340远离分色光栅320的一侧；如图8所示，微流通道500与分光单元410一一对应设置，且位于分光单元410中的第一小孔440远离分色光栅420的一侧。需要说明的是，微流通道500的延伸方向为垂直于图6-8中纸面的方向。
例如，在一些示例中，如图6-8所示，该检测装置还包括设置在微流通道500远离光取出装置100的一侧的光敏探测层600，光敏探测层600包括与分光单元110一一对应设置的光电传感器610。光电传感器610可与对应的第一小孔精确对位，并对穿过微流通道500的光进行检测。需要说明的是，光电传感器可检测光的光强、光照度的变化并将这些光变化信息转换为电信号。例如，在一些示例中，如图6-8所示，该检测装置还包括第一疏水层800和第二疏水层900；第一疏水层800位于微流通道500靠近光敏探测层600的一侧；第二疏水层900位于微流通道500靠近光取出装置的一侧，从而便于液体在微流通道500中顺畅流动。
图9为根据本公开一实施例提供的一种检测装置中微流通道的平面示意图。如图9所示，该检测装置可包括多个微流通道500，多个微流通道500间隔设置，每个微流通道500可对应与一个分光单元设置。如图9所示，该检测装置还包括废液池950，与微流通道500相连，收纳反应后废弃的液体。
本公开一实施例还提供一种检测装置的使用方法，其中，检测装置包括上述的检测装置，该使用方法包括：向至少一个微流通道通入样品液滴；以及驱动样品液滴流经分光单元。例如，可通过电润湿或者电场驱动样品液体进行移动。例如，当样品液滴流经分光单元时，具有预设颜色的光束从该分光单元射出并照射到样品液滴上，样本液滴中的某些成分会对该预设颜色的有反应，例如吸收光，通过检测通过该样品液滴之后的光的变化可获取样本液滴中是否具有该成分以及该成分的含量。
例如，在本公开一实施例提供的检测装置的使用方法中，检测装置还包括：光电传感器，设置在微流通道远离光取出装置的一侧，光敏探测层包括与至少一个分光单元一一对应设置的光电传感器，使用方法包括：获取光电传感器检测到的光变化信息；以及根据光变化信息以及光电传感器所对应设置的分光单元的出光颜色确定样品液滴的成分信息。例如，光变化信息包括光强变化、光照度变化等。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种光取出装置，包括至少一个分光单元，各所述分光单元包括：
分色光栅，被配置为将射入所述分色光栅的光分色为向不同方向准直传播的，且颜色不同的多个光束；
第一透镜，与所述分色光栅对应设置并被配置为将所述多个光束进行汇聚；以及
第一小孔，位于所述第一透镜远离所述分色光栅的一侧；
其中，所述第一透镜被配置为将所述多个光束中具有预设颜色的光束汇聚到所述第一小孔并射出。
2.根据权利要求1所述的光取出装置，其中，在各所述分光单元中，所述第一小孔位于所述第一透镜的焦平面。
3.根据权利要求2所述的光取出装置，其中，在各所述分光单元中，所述第一小孔位于所述第一透镜的焦点所在的位置。
4.根据权利要求1所述的光取出装置，其中，在各所述分光单元中，所述分色光栅的中心和所述第一小孔的中心均位于所述第一透镜的主光轴上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的光取出装置，其中，各所述分光单元还包括：
第一吸光层，位于所述第一透镜远离所述分色光栅的一侧并被配置为吸收所述多个光束中除了具有预设颜色的光束之外的其他光束，
其中，所述第一小孔位于所述第一吸光层中。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的光取出装置，还包括：
导光层，被配置为使光在所述导光层内进行全反射传输以为所述至少一个分光单元提供光源。
7.根据权利要求6所述的光取出装置，其中，各所述分光单元还包括：
导光结构，被配置为将所述导光层内进行全反射传输的光导向所述分色光栅。
8.根据权利要求7所述的光取出装置，其中，所述导光结构包括：
第一取光结构，位于所述导光层远离所述第一透镜的一侧；以及
反射镜，
其中，所述分色光栅位于所述反射镜与所述第一透镜之间，所述第一取光结构被配置为将破坏所述导光层的全反射条件以将所述导光层中传输的光导出，所述第一取光结构位于所述反射镜的焦平面，所述反射镜被配置为将从所述第一取光结构取出的光转换为平行光并反射至所述分色光栅。
9.根据权利要求8所述的光取出装置，其中，所述第一取光结构包括第二小孔，所述第二小孔的直径小于500μm。
10.根据权利要求7所述的光取出装置，其中，各所述导光结构还包括：
第二取光结构，位于所述导光层靠近所述第一透镜的一侧；以及
第二透镜，
其中，所述第二透镜位于所述第二取光结构和所述分色光栅之间，所述第二取光结构被配置为将破坏所述导光层的全反射条件以将所述导光层中传输的光导出，所述第二取光结构位于所述第二透镜的焦平面，所述第二透镜被配置为将从所述第二取光结构导出的光转换为平行光并透射至所述分色光栅。
11.根据权利要求10所述的光取出装置，其中，所述第二取光结构包括第三小孔，所述第三小孔的直径小于500μm。
12.根据权利要求6所述的光取出装置，还包括：
自由曲面反射层，位于所述导光层的一侧表面，
其中，所述自由曲面反射层被配置为反射位于所述自由曲面反射层的焦点处的光源发出的光并转换为平行光，并将平行光耦合至所述导光层，在各所述分光单元中，所述分色光栅位于所述导光板靠近所述第一透镜的一侧，所述分色光栅被配置为破坏所述导光层的全反射条件以将所述导光层中传输的光导出。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的光取出装置，其中，所述至少一个分光单元包括多个分光单元，所述多个分光单元被配置为分别使所述多个光束中不同颜色的光束从对应的所述第一小孔射出，各所述分光单元还包括：
第二吸光层，与所述第一透镜同层设置并围绕所述第一透镜。
14.一种检测装置，包括：
根据权利要求1-13中任一项所述的光取出装置；以及
至少一个微流通道，与所述至少一个分光单元一一对应设置，
其中，各所述微流通道设置在对应设置的所述分光单元中所述第一小孔远离所述分色光栅的一侧。
15.根据权利要求14所述的检测装置，还包括：
光敏探测层，设置在所述微流通道远离所述光取出装置的一侧，其中，所述光敏探测层包括与所述至少一个分光单元一一对应设置的光电传感器。
16.根据权利要求14或15所述的检测装置，还包括：
废液池，与所述至少一个微流通道相连。
17.一种检测装置的使用方法，其中，所述检测装置包括根据权利要求14所述的检测装置，所述使用方法包括：
向所述至少一个微流通道通入样品液滴；以及
驱动所述样品液滴流经所述分光单元。
18.根据权利要求17所述的检测装置的使用方法，其中，所述检测装置还包括：光电传感器，设置在所述微流通道远离所述光取出装置的一侧，所述光敏探测层包括与所述至少一个分光单元一一对应设置的光电传感器，所述使用方法包括：
获取所述光电传感器检测到的光变化信息；以及
根据所述光变化信息以及所述光电传感器所对应设置的所述分光单元的出光颜色确定所述样品液滴的成分信息。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020088345A1 (zh) * 2018-11-02 2020-05-07 京东方科技集团股份有限公司 光取出装置、检测装置及其使用方法
CN113832020A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 傅宗民 适用于pcr装置的光学模块、热循环模块、以及pcr装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115537976B (zh) * 2022-11-29 2023-03-31 中国科学技术大学 一种无损害自动拆棉设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011203701A (ja) * 2010-03-04 2011-10-13 Asahi Kasei E-Materials Corp 回折格子基板
CN103091850A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 财团法人工业技术研究院 裸视多维显示组件及其显示器
EP2770310A2 (en) * 2013-02-22 2014-08-27 Seiko Epson Corporation Wavelength variable interference filter, optical filter device, optical module, and electronic apparatus
CN105492955A (zh) * 2013-09-01 2016-04-13 瓦伦·阿库尔·文卡特山 用于收集光的光学系统
CN108089253A (zh) * 2017-12-15 2018-05-29 京东方科技集团股份有限公司 光线准直装置、背光模组及显示装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7335963B2 (en) * 2004-08-25 2008-02-26 Micron Technology, Inc. Light block for pixel arrays
JP4655771B2 (ja) 2005-06-17 2011-03-23 ソニー株式会社 光学装置及び虚像表示装置
EP2233823B1 (en) * 2008-01-23 2018-11-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wavelength separator, planar illumination device and liquid crystal display device using the wavelength separator
US8059273B2 (en) * 2008-08-15 2011-11-15 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Micro spectrometer for parallel light and method of use
US8395768B2 (en) 2010-04-30 2013-03-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Scattering spectroscopy apparatus and method employing a guided mode resonance (GMR) grating
DE102010040768B4 (de) * 2010-09-14 2022-02-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Spektralzerlegungsvorrichtung und Herstellung derselben
CN103134587A (zh) 2013-01-29 2013-06-05 北京理工大学 一种基于体全息光栅组件分光的光谱分光成像系统光路
WO2015048555A1 (en) * 2013-09-26 2015-04-02 The Regents Of The University Of California Microstructured waveguide illuminator
US9557466B2 (en) * 2014-07-30 2017-01-31 Leia, Inc Multibeam diffraction grating-based color backlighting
CN104515597B (zh) 2014-12-17 2016-08-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统
CN105510243A (zh) 2015-12-31 2016-04-20 聚光科技(杭州)股份有限公司 一种光谱分析装置
DE102016225344A1 (de) * 2016-12-16 2018-06-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. System zur Analyse von elektromagnetischer Strahlung und Bauelement zur Herstellung desselben
CN107607475B (zh) * 2017-09-06 2020-05-26 京东方科技集团股份有限公司 微全分析系统及方法
CN107966749B (zh) 2017-12-12 2019-06-21 武汉邮电科学研究院 基于超表面材料的光梳状滤波器
CN108562965B (zh) 2018-01-10 2020-08-25 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及显示装置
US10506922B2 (en) * 2018-04-06 2019-12-17 Canon U.S.A., Inc. Spectrometer for color spectrally-encoded endoscopy
WO2020019809A1 (en) 2018-07-26 2020-01-30 Boe Technology Group Co., Ltd. Microfluidic apparatus, method of detecting substance in microfluidic apparatus, and spectrometer
CN109238979B (zh) 2018-11-02 2021-05-07 京东方科技集团股份有限公司 光取出装置、检测装置及其使用方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011203701A (ja) * 2010-03-04 2011-10-13 Asahi Kasei E-Materials Corp 回折格子基板
CN103091850A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 财团法人工业技术研究院 裸视多维显示组件及其显示器
EP2770310A2 (en) * 2013-02-22 2014-08-27 Seiko Epson Corporation Wavelength variable interference filter, optical filter device, optical module, and electronic apparatus
CN105492955A (zh) * 2013-09-01 2016-04-13 瓦伦·阿库尔·文卡特山 用于收集光的光学系统
CN108089253A (zh) * 2017-12-15 2018-05-29 京东方科技集团股份有限公司 光线准直装置、背光模组及显示装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020088345A1 (zh) * 2018-11-02 2020-05-07 京东方科技集团股份有限公司 光取出装置、检测装置及其使用方法
US11640069B2 (en) 2018-11-02 2023-05-02 Boe Technology Group Co., Ltd. Light extraction device, detection device, and method for using same
CN113832020A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 傅宗民 适用于pcr装置的光学模块、热循环模块、以及pcr装置

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US11640069B2 (en) 2023-05-02
US20210364812A1 (en) 2021-11-25

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