CN112525823A - 光学感测模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学感测模块，用以检测样本的特性。光学感测模块包含光源、导光板、第一包覆层、光汇聚层、过滤层和多个传感器。光源用以提供激发光束。多个传感器的位置对应于多个孔洞的位置。在激发光束进入导光板之后，激发光束的至少一个部分经由导光板被孔洞暴露的一部分的表面透射到样本。样本被激发光束激发以发射信号光束，且信号光束以一次序穿过光汇聚层和过滤层并行进到传感器。本发明的光学感测模块具有高敏感度、高信噪比和较薄的厚度。

Description

光学感测模块
本发明是2017年02月04日所提出的申请号为2017100641678、发明名称为《光学感测模块》的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种感测模块，尤其涉及一种光学感测模块。
背景技术
在常规荧光检测系统中，样本被激发光束激发以发射荧光。来自样本的荧光透射到光传感器，且光传感器将荧光转换为电信号。荧光检测系统中的处理器分析电信号以得知样本的信息。
在一般的状况下，过滤层额外设置在荧光检测系统中以便过滤激发光束的一部分，过滤层用于防止激发光束影响感测结果。然而，过滤层也会过滤荧光的一部分而此会影响感测结果的敏感度。
发明内容
本发明提供一种具有高信噪比(signal-noise ratio，SNR)和高敏感度的光学感测模块。
本发明的一实施例提供一种光学感测模块。所述光学感测模块用以检测样本的特性。光学感测模块包含光源、导光板、第一包覆层、光汇聚层、过滤层和多个传感器。光源用以提供激发光束。导光板具有彼此相对的第一侧和第二侧。第一包覆层设置于导光板的第一侧。第一包覆层具有多个孔洞。这些孔洞暴露导光板的表面的一部分。样本放置于这些孔洞中的至少一者中。光汇聚层设置于导光板的第二侧。这些传感器的位置对应于这些孔洞的位置。在激发光束进入导光板之后，激发光束的至少一部分经由导光板被这些孔洞暴露的部分表面透射到样本，样本被激发光束激发以发射信号光束，且信号光束以一次序穿过光汇聚层和过滤层并行进到传感器。
在本发明的一实施例中，光汇聚层包含多个光汇聚透镜，且这些光汇聚透镜的位置对应于这些孔洞的位置。
在本发明的一实施例中，光汇聚层包含基板和覆盖层。所述覆盖层包含基底和多个光汇聚结构。光汇聚结构布置在基底上且面向过滤层，且覆盖层覆盖基板。
在本发明的一实施例中，光汇聚结构包含多个三角柱状结构。三角柱状结构在第一方向上延伸，且激发光束沿着第二方向传播。第一方向垂直于第二方向。
在本发明的一实施例中，这些光汇聚结构包含多个三角锥、多个圆锥、多个梯形柱结构或多个梯形圆锥。
在本发明的一实施例中，光汇聚层包含多个第一光功能元件和多个第二光功能元件。多个第一光功能元件的多个位置对应于这些孔洞的这些位置。多个第一光功能元件中的任一者位于这些第二光功能元件中的两个邻近第二光功能元件之间。
在本发明的一实施例中，多个第一光功能元件包含多个第一光汇聚元件，且多个第二光功能元件包含多个第二光汇聚元件。
在本发明的一实施例中，多个第一光功能元件包含多个光透射元件，且多个第二光功能元件包含多个遮光元件。
在本发明的一实施例中，多个第一光功能元件包含多个第一光汇聚元件，且多个第二光功能元件包含多个遮光元件。
在本发明的一实施例中，多个第一光功能元件包含多个第一光透射元件，且多个第二光功能元件包含多个光吸收元件和多个第二光透射元件。
在本发明的一实施例中，多个第一光功能元件包含多个光透射元件，且多个第二光功能元件包含多个第二光汇聚元件。
在本发明的一实施例中，光汇聚层设置于导光板与过滤层之间。
在本发明的一实施例中，光汇聚层设置于过滤层与传感器之间。
在本发明的一实施例中，光学感测模块进一步包含设置于过滤层与这些传感器之间的钝化层。
在本发明的一实施例中，光学感测模块进一步包含设置于导光板与光汇聚层之间的第二包覆层。
在本发明的一实施例中，过滤层包含吸收过滤层或干涉过滤层。
本发明的一实施例提供一种光学感测模块。光学感测模块用以检测样本的特性。光学感测模块包含光源、导光板、第一包覆层、噪声缩减层和多个传感器。光源用以提供激发光束。导光板具有彼此相对的第一侧和第二侧。第一包覆层安置在导光板的第一侧。第一包覆层具有多个孔洞。这些孔洞暴露导光板的表面的一部分。样本放置于这些孔洞中的至少一者中。噪声缩减层包含多个过滤元件和多个遮光元件。这些过滤元件的多个位置对应于这些孔洞的位置。这些遮光元件中的任一者位于这些过滤元件中的两个邻近过滤元件之间。这些传感器的位置对应于这些孔洞的位置。在激发光束进入导光板之后，激发光束的至少一部分经由导光板被这些孔洞暴露的部分表面透射到样本。样本被激发光束激发以发射信号光束，且信号光束的第一部分穿过过滤元件中的至少一者并行进到这些传感器。信号光束的第二部分由这些遮光元件中的至少一者遮蔽。
鉴于以上内容，在本发明的实施例中的光学感测模块中，信号光束以一次序穿过光汇聚层并行进到传感器。光汇聚层提供汇聚功能，且过滤层提供过滤功能。因此，本发明的实施例中的光学感测模块具有高敏感度和高信噪比。
另一方面，在提供于本发明的实施例的光学感测模块中，信号光束的第一部分由过滤元件过滤，且信号光束的第二部分由遮光元件遮蔽。光学感测模块可通过噪声缩减层实现过滤功能和光汇聚功能，且厚度薄。此外，归因噪声缩减，任何两个邻近传感器之间的串扰现象(Crosstalk Phenomenon)可被避免。因此，提供于本发明的实施例中的光学感测模块具有高敏感度、高信噪比和较薄的厚度。
附图说明
包含附图是为了便于对本发明的进一步理解，附图并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并且与描述内容一起用于阐释本发明的原理。
图1为根据本发明的一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图2为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图3A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图3B为图3A的实施例中的覆盖层的俯视图。图3C为图3A的实施例中的覆盖层的斜视图；
图4A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图4B为图4A的实施例中的覆盖层的斜视图。图4C、图4D和图4E为不同实施例中的覆盖层的斜视图；
图5A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图5B为图5A的实施例中的光汇聚层的俯视图；
图6A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图6B为图6A的实施例中的光汇聚层的俯视图；
图7为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图8为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图9为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图10为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图11为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图12为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图13为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图；
图14为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
附图标记说明：
50：样本；
100、100a～100m：光学感测模块；
110：光源；
120：导光板；
122、128：表面；
124：光入射表面；
126：光出射表面；
130：第一包覆层；
140、140a、140b、140d、140j、140l：光汇聚层；
142：光汇聚透镜；
144a：基板；
144b：覆盖层；
144b1：基底；
144b2、144b2’、144b2”、144b2”’、144b2””：光汇聚结构；
144b2p：三角锥；
144b2t：三角柱状结构；
146：第一光功能元件；
146a：第一光汇聚元件；
146t：光透射元件；
146t1：第一光透射元件；
148：第二光功能元件；
148A：光吸收元件；
148a：第二光汇聚元件；
148s：遮光元件；
148t2：第二光透射元件；
150：过滤层；
152：凸面区域；
154：平坦区域；
160：传感器；
170：钝化层；
180：第二包覆层；
190：噪声缩减层；
192：过滤元件
194：遮光元件；
B：光束；
C：圆锥；
D1：第一方向；
D2：第二方向；
EB：激发光束；
EB'、EB'1、EB'2：散射的激发光束；
EB”：汇聚的激发光束；
H：孔洞；
HT：高度；
LC：光耦合器；
SB：信号光束；
SB1：信号光束的第一部分；
SB2：信号光束的第二部分；
SB'：具有较小散射角的信号光束；
SB”：具有较大散射角的信号光束；
S1：第一侧；
S2：第二侧；
TC：梯形圆锥；
TP：梯形柱结构；
θ：底角。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，在附图中说明这些实施例的实例。只要可能，相同参考标记在附图和描述内容中用以指代相同或相似部分。
图1为根据本发明的实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图1，在本发明的实施例中，光学感测模块100用以检测样本50的特性。样本50例如是荧光材料，但是本发明不限于此。光学感测模块100包含光源110、导光板120、第一包覆层130、光汇聚层140、过滤层150和多个传感器160。导光板120具有彼此相对的第一侧S1和第二侧S2。光源110用以提供激发光束EB。第一包覆层130设置于导光板120的第一侧S1。第一包覆层130具有多个孔洞H。孔洞H例如是样本阱(Sample Well)，但是本发明不限于此。样本50放置于这些孔洞H中的至少一者中。更具体来说，在本实施例中，样本50放置于这些孔洞H中。孔洞H的底部邻近于导光板120。孔洞H暴露导光板120的表面122的一部分。光汇聚层140设置于导光板120的第二侧S2。这些传感器160的位置对应于这些孔洞H的位置。光汇聚层140设置于导光板120与过滤层150之间。过滤层150例如是由多个光学膜形成的干涉过滤层(Interference Filter Layer)。在其它实施例中，过滤层150可为吸收过滤层(Absorption Filter Layer)，但是本发明不限于此。在本实施例中，传感器160中的每一者例如是具有多个接面的光电二极管(Photo Diode)。光电二极管用以接收光束并对应地产生电信号。
再次参看图1，在本实施例中，光学感测模块100进一步包含钝化层170和第二包覆层180。钝化层170设置于过滤层150与传感器160之间。第二包覆层180设置于导光板120与光汇聚层140之间。第二包覆层180的材料例如是二氧化硅或空气，但是本发明不限于此。详细地说，导光板120夹在第一包覆层130与第二包覆层180之间。第一包覆层130和第二包覆层180的折射率小于导光板120的折射率。钝化层170还提供包覆功能和绝缘功能以确保传感器160的稳定性。
在本实施例中，光源110例如是设置于导光板120旁。在本实施例中，光学感测模块100进一步包含光耦合器LC。光源110提供光束B。至少部分的光束B通过光耦合器LC并将至少部分的光束B耦合到导光板120中。经由光入射表面124耦合到导光板120中的光束B作为激发光束EB。激发光束EB沿着第二方向D2再导光板120中进行一或多次全反射，且接着经由与相对于光入射表面124的光出射表面126离开导光板120。在其它实施例中，光学感测模块100进一步包含光栅结构(未图示)。光栅结构例如是分别安置在导光板120的表面122的两端处。光源110例如是安置在导光板120的第一侧S1。因此，激发光束EB在导光板120的一端处经由光栅结构进入导光板120，沿着第二方向D2在导光板120中进行一或多次全反射，且接着在导光板120的另一端处经由光栅离开导光板120，但是本发明不限于此。
再次参看图1，当激发光束EB进入导光板120时，激发光束EB的至少一部分经由导光板120被这些孔洞H暴露的部分表面122透射到样本50。也就是说，孔洞H的底部由激发光束EB照明。样本50被激发光束EB激发并发射信号光束SB。信号光束SB的波长范围不同于激发光束EB的波长范围。信号光束SB例如是荧光光束，但是本发明不限于此。过滤层150适于过滤激发光束EB且允许信号光束SB通过。信号光束SB以散射方式以一次序穿过光汇聚层140和过滤层150，并行进到这些传感器160。更具体来说，信号光束SB循序穿过导光板120、第二包覆层180、光汇聚层140、过滤层150，和钝化层170，且行进到这些传感器160。这些传感器160将信号光束SB转换为电信号。光学感测模块100中的处理器(未图示)基于电信号分析样本50的信息。样本50的特性例如是样本50的成份，但是本发明不限于此。
归因于以上提及的配置，在提供于本发明的实施例中的光学感测模块100中，信号光束SB以一次序穿过光汇聚层140和过滤层150到达这些传感器160。光汇聚层140提供导光板120与过滤层150之间的汇聚功能，且过滤层150在信号光束SB到达传感器160之前提供过滤功能。信号光束SB的光强度可进一步得以改进，且噪声可被过滤。更具体来说，传感器160归因于由光汇聚层140提供的汇聚功能而接收大部分汇聚的信号光束SB，因此光学感测模块100的敏感度可得以改进。光学感测模块100的信噪比可归因于过滤层150提供的过滤功能而进一步改进。因此，提供于本发明的当前实施例中的光学感测模块100具有高敏感度和高信噪比。
另一方面，当激发光束EB的一部分透射到导光板120的表面128的一部分时，光散射现象发生。过滤层150为干涉过滤层，其在光束以小光入射角入射到过滤层150时具有较好过滤功能。散射的激发光束EB'可由光汇聚层140汇聚，因此，汇聚的激发光束EB”到过滤层150的光入射角较小。汇聚的激发光束EB”可由过滤层150较容易地过滤，且传感器160的感测结果较不会受到影响。也就是说，可避免本发明的实施例中的光学感测模块100中的串扰现象，且信噪比可进一步得以改进。
此外，由于光汇聚层140和过滤层150位于导光板110与传感器160之间，所以由光汇聚层140提供的汇聚功能可使孔洞H与传感器160之间的光透射的准确性以及过滤层150提供的过滤功能的效率被提升。
应注意，以下实施例中使用先前实施例中的内容的部分，且省略相同技术内容的重复描述。相同元件的描述可在先前实施例中找到，且下文中不再重复。
图2为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图2，图2中的光学感测模块100a类似于图1中的光学感测模块100，而其间的差异在于，光汇聚层140a包含多个光汇聚透镜142。这些光汇聚透镜142的位置对应于这些孔洞H的位置。光汇聚透镜142中的每一者位于孔洞H中的一者与传感器160之间。在本实施例中，光汇聚透镜142为多个菲涅耳透镜。在其它实施例中，光汇聚透镜142可为凸透镜或具有光汇聚功能的其它类型的透镜，但是本发明不限于此。孔洞H的底部与光汇聚透镜142之间的距离P1大体上等于光汇聚透镜142的焦距。光学感测模块100a的光学效果类似于图1中的光学感测模块100的光学效果，因此下文中不再重复。应注意，具有较薄厚度的菲涅耳透镜可实现光汇聚效应，因此，光学感测模块100a的厚度与使用凸面透镜的光学感测模块的厚度相比可进一步减小。
图3A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图3B为图3A的实施例中的覆盖层的俯视图。图3C为图3A的实施例中的覆盖层的斜视图。
参看图3A到图3C，图3A中的光学感测模块100b类似于图1中的光学感测模块100，而其间的差异在于，光汇聚层140b包含基板144a，和覆盖层144b。覆盖层144b包含基底144b1和多个光汇聚结构144b2。基底144b1和光汇聚结构144b2一体式形成。覆盖层144b覆盖基板144a。更具体来说，基板144a和光汇聚结构144b2的形状为互补的。基板144a设置于光汇聚结构144b2与过滤层150之间。光汇聚结构144b2包含例如是多个三角柱状结构144b2t。应注意，每一三角柱状结构144b2t具有底角θ。优选地，当底角θ小于75度时，光汇聚层140b实现良好光汇聚效应。基板144a的厚度例如是小于或等于100微米(μm)，但是本发明不限于此。每一三角柱状结构144b2t的高度HT落在(例如)0.5μm到100μm的范围内，但是本发明不限于此。大体来说，覆盖层144b可被认为是逆棱镜片(Inverse Prism Sheet)。光汇聚结构144b2布置在基底144b1上且面向过滤层150。在本实施例中，光汇聚结构144b2包含多个三角柱状结构144b2t。三角柱状结构144b2t在第一方向D1上延伸，且激发光束EB沿着第二方向D2传递。第一方向D1垂直于第二方向D2。应注意，三角柱状结构144b2t能够在一个维度中汇聚光，以便在一个维度中汇聚信号光SB和激发光束EB。
详细地说，覆盖层144b的折射率不同于第二包覆层180和基板144a的折射率。更具体来说，覆盖层144b的折射率大于第二包覆层180和基板144a的折射率。在实施例中，覆盖层144b的材料为(例如)二氧化钛(TiO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、氮化硅(Si3N4)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。基板144a的材料为(例如)氮化硅(Si3N4)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)或空气。表1示出第二包覆层180、基板144a和覆盖层144b的材料的组合，但是本发明不限于此。
表1
群组编号 第二包覆层180 覆盖层144b 基板144a
1 SiO<sub>2</sub> TiO<sub>2</sub> Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
2 SiO<sub>2</sub> TiO<sub>2</sub> Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
3 SiO<sub>2</sub> TiO<sub>2</sub> SiO<sub>2</sub>
4 SiO<sub>2</sub> TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
5 SiO<sub>2</sub> Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> SiO<sub>2</sub>
6 SiO<sub>2</sub> Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
7 SiO<sub>2</sub> Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> SiO<sub>2</sub>
8 空气 PMMA 空气
9 空气 TiO<sub>2</sub> Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
10 空气 TiO<sub>2</sub> Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
11 空气 TiO<sub>2</sub> SiO<sub>2</sub>
12 空气 TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13 空气 Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
14 空气 Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> SiO<sub>2</sub>
15 空气 Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> SiO<sub>2</sub>
在其它实施例中，导光板110和光汇聚层140的材料可恰当地经调整，以便提供恰当光汇聚功能。
再次参看图3A，散射的激发光束EB'以不同角度入射到光汇聚层140b。散射的激发光束EB'1的具有较小散射角的一部分由光汇聚层140b汇聚，且接着散射的激发光束EB'1由过滤层150过滤。散射的激发光束EB'2的具有较大散射角的一部分被光汇聚层140b折射一或多次。散射的激发光束EB'2的光学路径改变且沿着从光汇聚层140a到导光板120的方向透射。因为散射的激发光束EB2被反射，所以传感器160的感测结果较不容易受影响。因此，光学感测模块100b的信噪比可进一步得以改进。
图4A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图4B为图4A的实施例中的覆盖层的斜视图。图4C、图4D和图4E为不同实施例中的覆盖层的斜视图。
参看图4A和图4B，图4A中的光学感测模块100c类似于图3A中的光学感测模块100b，而其间的差异在于，光汇聚结构144b2'包含多个三角锥144b2p。应注意，当光汇聚结构144b2'包含三角锥144b2p时，光汇聚结构144b2'汇聚光的能力得以改进。光学感测模块100c的光学效果类似于图1中的光学感测模块100的光学效果，因此下文中不再重复。参看图4C、图4D和图4E，在其它实施例中，光汇聚结构144b2”可包含如图4C中所示出的多个圆锥C和基底144b1。光汇聚结构144b2”'可包含如图4D中所示出的多个梯形柱结构TP和基底144b1。光汇聚结构144b2””可包含如图4E中所示出的多个梯形圆锥TC和基底144b1。应注意，当光汇聚结构为圆锥C、梯形柱结构TP或梯形圆锥TC时，敏感度和信噪比的表现较好。
图5A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图5B为图5A的实施例中的光汇聚层的俯视图。
参看图5A和图5B，图5A中的光学感测模块100d类似于图1中的光学感测模块100，而其间的差异在于，光汇聚层140d包含多个第一光功能元件146和多个第二光功能元件148。这些第一光功能元件146的位置对应于这些孔洞H的位置。更具体来说，第一光功能元件146位于孔洞H与传感器160之间。第一光功能元件146中的任一者位于两个邻近第二光功能元件148之间。更具体来说，第一光功能元件146包含多个第一光汇聚元件146a，且第二光功能元件148包含多个第二光汇聚元件148a。第一光汇聚元件146a不同于第二光汇聚元件148a。更具体来说，第一光汇聚元件146a包含多个菲涅耳透镜。第二光汇聚元件148a包含多个逆棱镜片。应注意，本发明不受菲涅耳透镜和逆棱镜片的组合限制，且第一光汇聚元件146a和第二光汇聚元件148a可被具有光汇聚功能的其它类型的光学透镜元件替换。光学感测模块100d的光学效果类似于图1中的光学感测模块100的光学效果，因此下文中不再重复。
图6A为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。图6B为图6A的实施例中的光汇聚层的俯视图。
参看图6A和图6B，图6A中的光学感测模块100e类似于图1中的光学感测模块100，而其间的差异在于，第一光功能元件146包含多个光透射元件146t，且第二光功能元件148包含多个第二光汇聚元件148a。在本实施例中，具有较小散射角的信号光束SB'循序穿过导光板120、第二包覆层180、光透射元件146t、过滤层150并行进到这些传感器160。具有较大散射角的信号光束SB”由第二光汇聚元件148a汇聚。因此，可避免两个邻近传感器160之间的串扰现象。在本实施例中，由于光透射元件146t和第二光汇聚元件148a的配置，光学感测模块100e可达成类似于光汇聚效应的效应。此外，光学感测模块100e可更容易过滤感测区域外的激发光束EB'。
图7为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。参看图7，图7中的光学感测模块100f类似于图5A中的光学感测模块100d，而其间的差异在于，第一光汇聚元件146a和第二光汇聚元件148a相同。第一光汇聚元件146a和第二光汇聚元件148a例如是包含多个菲涅耳透镜。在其它实施例中，第一光汇聚元件146a和第二光汇聚元件148a可包含具有光汇聚功能的其它类型的光学透镜元件，且本发明不限于此。光学感测模块100e的光学效果类似于图1中的光学感测模块100的光学效果，因此下文中不再重复。图8为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图8，图8中的光学感测模块100g类似于图5A中的光学感测模块100d，而其间的差异在于，第一光功能元件146包含多个光透射元件146t，且第二光功能元件148包含多个遮光元件148s。详细地说，光透射元件146t覆盖过滤层150的表面的一部分，且遮光元件148s覆盖过滤层150的表面的其它部分。在实施例中，具有较小散射角的信号光束SB'循序穿过导光板120、第二包覆层180、光透射元件146t、过滤层150并行进到传感器160。具有较大散射角的信号光束SB”由遮光元件148s遮蔽。在实施例中，由于光透射元件146t和遮光元件148s的配置，光学感测模块100g可达成类似于光汇聚效应的效应。遮光元件148s可遮蔽散射的激发光束EB'的一部分，因此传感器160的感测结果较不容易受影响。在实施例中，遮光元件148s的厚度落在(例如)10nm到50μm的范围内，但是本发明不限于此。遮光元件148s为(例如)反射元件。遮光元件148s的材料为(例如)Ag、Cu、Au、Ti、Ni、Al、Cr或其它金属，但是本发明不限于此。
图9为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图9，图9中的光学感测模块100h类似于图5A中的光学感测模块100d，而其间的差异在于，第一光功能元件146包含多个第一光汇聚元件146a，且第二光功能元件148包含多个遮光元件148s。在实施例中，具有较小散射角的信号光束SB'循序穿过导光板120、第二包覆层180、第一光汇聚元件146a、过滤层150并行进到传感器160。信号光束SB'被第一光汇聚元件146a进一步汇聚。具有较大散射角的信号光束SB”被遮光元件148s遮蔽。同时，遮光元件148s可遮蔽散射的激发光束EB'的一部分，因此传感器160的感测结果较不容易受影响。
图10为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图10，图10中的光学感测模块100i类似于图9中的光学感测模块100h，而其间的差异为，第一光汇聚元件146a例如是三角形棱镜。在其它实施例中，第一光汇聚元件146包含多个角锥、圆锥、多个梯形锥，或多个梯形圆锥。
图11为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图11，图11中的光学感测模块100j类似于图5A中的光学感测模块100d，而其间的差异在于，第一光功能元件146包含多个第一光透射元件146t1，且第二光功能元件148包含多个光吸收元件148A和多个第二光透射元件148t2。第一光透射元件146t1、光吸收元件148A和第二光透射元件148t2沿着第二方向D2设置。在实施例中，具有较小散射角的信号光束SB'循序穿过导光板120、第二包覆层180、第一光透射元件146t1、过滤层150并行进到传感器160。具有较大散射角的信号光束SB”由光吸收元件148A吸收。因此，可避免两个邻近传感器160之间的串扰现象。由于第一光透射元件146t1、光吸收元件148A和第二光透射元件148t2的配置，光学感测模块100j可达成类似于光汇聚效应的效应。另一方面，散射的激发光束EB'的一个部分(具有较大入射角)由光吸收元件148A吸收，且激发光束EB'的其它部分(具有较小入射角)穿过第二光透射元件148t2并由过滤层150过滤。因此，传感器160的感测结果较不容易受影响。
图12为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图12，图12中的光学感测模块100k类似于图11中的光学感测模块100j，其间的差异在于，第一光功能元件146包含多个第一光汇聚元件146a，且第二光功能元件148包含多个光吸收元件148A和多个第二光透射元件148t2。在实施例中，信号光束SB由光汇聚元件146a汇聚并行进到传感器160。另一方面，散射的激发光束EB'的一个部分由光吸收元件148A吸收，且激发光束EB'的其它部分穿过第二光透射元件148t2且由过滤层150过滤。因此，传感器160的感测结果较不容易受影响。
图13为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图13，图13中的光学感测模块100l类似于图1中的光学感测模块100，而其间的差异在于，光汇聚层140l设置于过滤层150与传感器160之间。详细地说，光汇聚层140j包含多个光汇聚透镜142。光汇聚透镜142为微透镜(Micro Lens)。光汇聚透镜142的位置对应于孔洞H的位置和传感器160的位置。过滤层150经设置以具有与光汇聚透镜142相同的形状，以便形成过滤层150中的多个凸面区域152。过滤层150中的除凸面区域152外的区域为平坦区域154。在实施例中，信号光束SB以一次序穿过光汇聚层140j和过滤层150并行进到传感器160。更具体来说，信号光束SB循序穿过过滤层150和光汇聚层140j并行进到传感器160。
在实施例中，过滤层150为(例如)干涉过滤层。干涉过滤层在入射光束以较小光入射角入射到干涉过滤层时可以具有较好的过滤功能。换句话说，对于具有不同入射角的光束，干涉过滤层具有不同的过滤能力。举例来说，在实施例中，过滤层150可以过滤以相对于过滤层150的法线方向的正角θ和负角-θ组成的角度范围入射的光束。由于法线方向在凸面区域152的不同位置处不同，所以过滤层150可过滤具有较大散射角的散射的激发光束EB'。因此，传感器160的感测结果较不容易受影响。
图14为根据本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
参看图14，在实施例中，光学感测模块100m包含光源110、导光板120、第一包覆层130、噪声缩减层190、多个传感器160和第二包覆层180。光源110用以提供激发光束EB。导光板120具有彼此相对的第一侧S1和第二侧S2。第一包覆层130安置在导光板120的第一侧S1。第二包覆层180安置在导光板120的第二侧S2。第一包覆层130具有多个孔洞H。这些孔洞H暴露导光板120的表面122的一部分。样本50放置于孔洞H中的至少一者中。噪声缩减层190包含多个过滤元件192和多个遮光元件194。这些过滤元件192的位置对应于这些孔洞H的位置。遮光元件194中的任一者位于两个邻近过滤器元件192之间。过滤元件192例如是干涉过滤层，但是本发明不限于此。传感器160的位置对应于孔洞H的位置。噪声缩减层190安置于传感器160与导光板120之间。在激发光束EB进入导光板120之后，激发光束EB的至少一部分经由导光板120的表面122的由孔洞H暴露的部分透射到样本50。样本50由激发光束EB激发以发射信号光束SB。信号光束SB的第一部分SB1穿过过滤元件192中的至少一者并行进到传感器160。信号光束SB的第二部分SB2由遮光元件194中的至少一者遮蔽。
更具体来说，信号光束SB的第一部分SB1例如是具有较小光散射角。信号光束SB的第二部分SB2例如是具有较大光散射角。在实施例中，信号光束SB的第一部分SB1由过滤元件192过滤。另一方面，信号光束SB的第二部分SB2由遮光元件194遮蔽。光学感测模块100k通过噪声缩减层190执行过滤功能和光汇聚功能，并且还具有较薄的厚度。因此，光学感测模块100k具有高敏感度、高信噪比和较薄的厚度。
鉴于上文，在本发明的实施例的光学感测模块中，信号光束以一次序穿过光汇聚层并行进到传感器。光汇聚层执行汇聚功能，且过滤层执行过滤功能。因此，提供于本发明的实施例中的光学感测模块具有高敏感度和高信噪比。接下来，激发光束的一部分可由光汇聚层汇聚，且传感器的感测结果较不容易受影响。也就是说，可避免提供于本发明的实施例中的光学感测模块中的串扰现象。此外，因为光汇聚层和过滤层位于导光板与传感器之间，所以由光汇聚层提供的汇聚功能可改进孔洞与传感器之间的光透射的准确性以及由过滤层提供的过滤功能的效率。
另一方面，在本发明的实施例的光学感测模块中，信号光束的第一部分由过滤元件过滤，且信号光束的第二部分由遮光元件遮蔽。光学感测模块通过噪声缩减层执行过滤功能和光汇聚功能并且还具有较薄的厚度。因此，提供于本发明的实施例的光学感测模块具有高敏感度、高信噪比和较薄的厚度。
对于所属领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以做出本发明的结构的各种修改以及变化。鉴于前述内容，希望本发明涵盖属于所附权利要求及其等效物的范围内的本发明的修改以及变化。

Claims (14)

1.一种光学感测模块，用以检测样本的特性，其特征在于，所述光学感测模块包括：
光源，用以提供激发光束；
导光层，具有上表面；
第一包覆层，设置于所述导光层的所述上表面，所述第一包覆层具有多个孔洞，其中所述样本放置于所述多个孔洞中的至少一者中；
光汇聚层；
过滤层；以及
多个传感器，分别位于所述多个孔洞的下方，其中所述过滤层与所述光汇聚层配置于所述导光层与所述多个传感器之间；
其中在所述激发光束进入所述导光层之后，所述激发光束的至少一部分经由所述导光层透射到所述样本，所述样本被所述激发光束激发以发射信号光束，且所述信号光束以一次序穿过所述光汇聚层和所述过滤层并行进到所述多个传感器，
其中所述光汇聚层包括多个第一光功能元件和多个第二光功能元件，其中所述多个第一光功能元件的位置对应于所述多个孔洞的位置，且所述多个第一光功能元件中的任一者位于所述多个第二光功能元件中的两个邻近第二光功能元件之间。
2.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述光汇聚层配置于所述过滤层与所述导光层之间。
3.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述过滤层配置于所述光汇聚层与所述导光层之间。
4.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述光汇聚层包括多个光汇聚透镜，且所述多个光汇聚透镜的位置对应于所述多个孔洞的位置。
5.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述多个第一光功能元件包括多个第一光汇聚元件。
6.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述多个第一光功能元件包括多个光透射元件。
7.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述第二光功能元件包括多个第二光汇聚元件。
8.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述光汇聚层设置于所述过滤层与所述多个传感器之间。
9.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述多个孔洞暴露所述导光层的所述上表面的一部分，且所述激发光束的所述至少一部分经由所述导光层被所述多个孔洞暴露的部分所述表面透射到所述样本。
10.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，所述过滤层包括吸收过滤层或干涉过滤层。
11.一种光学感测模块，用以检测样本的特性，其特征在于，所述光学感测模块包括：
光源，用以提供激发光束；
导光层，具有上表面；
第一包覆层，设置于所述导光层的所述上表面，所述第一包覆层具有多个孔洞，其中所述样本放置于所述多个孔洞中的至少一者中；
多个遮光元件，分别位于每两相邻的孔洞之间的位置的下方；
过滤层；以及
多个传感器，分别位于所述多个孔洞的下方，其中所述过滤层与所述多个遮光元件配置于所述导光层与所述多个传感器之间；
其中在所述激发光束进入所述导光层之后，所述激发光束的至少一部分经由所述导光层透射到所述样本，所述样本被所述激发光束激发以发射信号光束，所述信号光束的第一部分穿过所述过所述多个遮光元件之间的位置及所述过滤层而行进到所述多个传感器，且所述信号光束的第二部分被所述多个遮光元件中的至少一者遮蔽。
12.根据权利要求11所述的光学感测模块，其特征在于，所述过滤层还包括多个过滤元件，每一过滤元件位于相邻两遮光元件之间。
13.根据权利要求11所述的光学感测模块，其特征在于，还包括光汇聚层，配置于所述过滤层与所述导光层之间。
14.根据权利要求11所述的光学感测模块，其特征在于，所述多个孔洞暴露所述导光层的所述上表面的一部分，且所述激发光束的所述至少一部分经由所述导光层被所述多个孔洞暴露的部分所述表面透射到所述样本。
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