CN113624726A - 检测装置、检测方法及荧光实时定量聚合酶连锁反应系统 - Google Patents

检测装置、检测方法及荧光实时定量聚合酶连锁反应系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及检测技术领域，且特别是有关于一种检测装置、检测方法及荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，其中检测装置包括发光元件、光检测元件、至少一反射式光学薄膜元件以及控制单元。发光元件用以提供激发光束，其中主发光波长落于激发波段范围内的部分激发光束在照射待测物后产生荧光光束。光检测元件用以接收主发光波长落于检测波段范围内的部分荧光光束。控制单元与至少一反射式光学薄膜元件耦接。控制单元控制至少一反射式光学薄膜元件用以滤除入射光束的部分波段范围，且入射光束为激发光束与荧光光束的至少其中之一。通过本发明的技术方案可以易于进行设备的更新与扩充并简化光路与降低装置复杂性。

Description

检测装置、检测方法及荧光实时定量聚合酶连锁反应系统
技术领域
本发明涉及检测技术领域，且特别是有关于一种检测装置、检测方法及荧光实时定量聚合酶连锁反应系统。
背景技术
现有的荧光实时定量聚合酶连锁反应(real-time polymerase chain reaction/quantitative polymerase chain reaction，real-time PCR/qPCR)应用的检测技术主要包含温控部分、检测部分及分析部分。在温控部分，是利用温度控制装置产生所需要的热循环，而使得待测物中检测对象的量于每次热循环后倍增，并可于经过N次热循环后待测物的量变成2的N次方倍。在检测部分，是利用主发光波长落于特定波段范围内的激发光束在照射待测物后产生主发光波长落于另一特定波段范围内的荧光光束，再用光检测元件接收此荧光光束，并对此荧光光束的特性进行检测。在分析部分，是利用分析软件实时地监测整个聚合酶连锁反应的温度变化与荧光变化，对待测物作量化分析。
一般而言，由于市面上用于添加在待测物中的荧光试剂有许多种，而每种荧光试剂都有其相对较适合的激发光谱，因此需根据荧光试剂的种类而在激发光束通过待测物前的光路上设置适合的带通滤镜(带通滤光片，optical bandpass filter)，以于照射到待测物中的荧光试剂时有效形成所需的荧光光束，其中，带通滤镜(带通滤光片)是一种可让某一段波长的光线透过并且不让其他波长的光线透过的滤光片。并且，由于荧光光束的讯号一般而言相当微弱，容易被其他噪声光的讯号掩盖，因此在光检测元件接收另一特定波段范围内的荧光光束前的光路上，通常也会设有包含一片或数片带通滤镜的滤光模块以滤除此另一特定波段范围外的噪声光的讯号并纯化荧光光束的特性。为了确保检测精度，许多带通滤镜(Band pass filter)的OD值皆被要求须达到OD6等级，即通过各带通滤镜的截止波段的光线通过率须小于等于10的负6次方。
另一方面，市面上现有的检测装置，当需检测搭配多种不同荧光试剂的待测物时，就会设置多种荧光通道(即自光源、激发光束产生、至待测物形成荧光光束、一直到光检测元件前后的整体光路径)来对应多种不同荧光试剂的需求，并需在各荧光通道上设置包含多个具有不同带通滤镜的不同滤光模块，以符合形成具有适合的激发光谱的激发光束以及纯化荧光光束特性的需求。
如此一来，依据现有技术，当一检测装置被设计成可以同时检测多种不同荧光试剂的待测物而使得荧光通道的数量增加时，所需的带通滤镜的数量也必须增加，进而大幅增加产品成本。并且，当检测装置设置多种荧光通道时，随着设置的光路系统复杂化，装置空间也会因此难以缩小而相对较为庞大，且组装复杂性高亦增加组装与维修的成本。此外，一旦待测物中的荧光试剂更换或需增加一种新的荧光试剂时，位于荧光通道上的激发光束的光源以及所有的带通滤镜都须对应替换或增加，故而不易进行设备更新，更无法进行功能扩充。
发明内容
本发明提供一种检测装置、检测方法及荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，其具有良好的检测精度以及低廉的成本。
本发明的一种检测装置，包括一发光元件、一光检测元件、至少一反射式光学薄膜元件以及一控制单元。至少一反射式光学薄膜元件设置于发光元件与所光检测元件之间的荧光通道上。控制单元与至少一反射式光学薄膜元件耦接，用以控制一至少一反射式光学薄膜元件的反射光线的波段范围。
在本发明的一实施例中，所述至少一反射式光学薄膜元件的每一个都包括一或多个反射式滤光单元。
在本发明的一实施例中，所述一或多个反射式滤光单元为一微机电系统反射式滤光单元。
在本发明的一实施例中，所述一或多个反射式滤光单元各具有一共振腔，且共振腔具有一深度距离，深度距离用以决定被反射式滤光单元所反射的光线的主发光波长的波段范围。
在本发明的一实施例中，所述至少一反射式光学薄膜元件包括一第一反射式光学薄膜元件，且共振腔的深度距离为第一深度距离的一或多个反射式滤光单元设置于第一反射式光学薄膜元件上，用以产生并反射主发光波长落于激发波段范围内且与第一深度距离相对应的出射光束。
在本发明的一实施例中，所述至少一反射式光学薄膜元件包括一第二反射式光学薄膜元件，且共振腔的深度距离为第二深度距离的一或多个反射式滤光单元设置于第二反射式光学薄膜元件上，用以产生并反射主发光波长落于检测波段范围内且与第二深度距离相对应的出射光束。
在本发明的一实施例中，所述至少一光学薄膜元件包括一或多个滤光区域，各一或多个滤光区域包含一或多个反射式滤光单元，且位于相同滤光区域的一或多个反射式滤光单元的共振腔的动作深度距离彼此相同，位于不同滤光区域的一或多个反射式滤光单元的共振腔的动作深度距离彼此不同。
在本发明的一实施例中，所述一或多个滤光区域包括一第一滤光区域，且位于第一滤光区域的反射式滤光单元用于反射主发光波长落于一激发波段范围的光线。
在本发明的一实施例中，所述一或多个滤光区域包括一第二滤光区域，且位于第一滤光区域的反射式滤光单元的反射光线受到控制单元的控制而落于一检测波段范围。
在本发明的一实施例中，所述检测装置还包括一容置框架，用以容置一待测物，且容置框架具有一开口，用以接收主发光波长落于激发波段范围内的部分激发光束。
本发明的一种检测方法，适用于一检测装置，检测装置包括一发光元件、一光检测元件、一控制单元以及至少一反射式光学薄膜元件，其中反射式光学薄膜元件设置于发光元件与所光检测元件之间的荧光通道上，且检测方法包括下列步骤。利用发光元件提供激发光束，其中激发光束用以在照射一待测物后产生一荧光光束。利用光检测元件接收荧光光束。利用至少一反射式光学薄膜元件用以滤除入射光束的部分波段范围，且入射光束为激发光束与荧光光束的其中之一。利用控制单元控制反射式光学薄膜元件，以反射所设定波段范围的光线。
在本发明的一实施例中，所述至少一反射式光学薄膜元件包括一或多个反射式滤光单元，且其中利用至少一反射式光学薄膜元件用以滤除入射光束的部分波段范围，为利用控制单元来控制一或多个反射式滤光单元以滤除入射光束的部分波段范围。
在本发明的一实施例中，所述一或多个反射式滤光单元为一微机电系统反射式滤光单元，且其中利用控制单元控制一或多个反射式滤光单元以滤除入射光束的部分波段范围，为利用控制单元来控制微机电系统反射式滤光单元以滤除入射光束的部分波段范围。
在本发明的一实施例中，所述反射式滤光单元具有一共振腔，且控制单元控制共振腔的深度距离，以反射主发光波长与深度距离对应的光线。
在本发明的一实施例中，所述检测方法，其中当发光元件提供的一激发光束入射至少一反射式光学薄膜元件时，控制单元控制激发光束照射的一或多个反射式滤光单元的至少一共振腔的深度距离为第一深度距离，以使经由至少一反射式光学薄膜元件反射的激发光束的主发光波长落于激发波段范围内且与第一深度距离相对应。
在本发明的一实施例中，所述当一荧光光束入射至少一反射式光学薄膜元件时，控制单元控制荧光光束照射的一或多个反射式滤光单元的至少一共振腔的深度距离为第二深度距离，以使经由至少一反射式光学薄膜元件反射的荧光光束的主发光波长落于检测波段范围内且与第二深度距离相对应。
在本发明的一实施例中，所述检测方法，更包括在至少一光学薄膜元件上提供一或多个滤光区域，各一或多个滤光区域包含一或多个反射式滤光单元，且位于相同滤光区域的一或多个反射式滤光单元的共振腔的动作深度距离彼此相同，位于不同滤光区域的一或多个反射式滤光单元的共振腔的动作深度距离彼此不同。
在本发明的一实施例中，所述一或多个滤光区域包括第一滤光区域，且更包括以下步骤：利用控制单元控制位于第一滤光区域的反射式滤光单元而使得反射光线而落于一激发波段范围。
在本发明的一实施例中，所述多个滤光区域包括一第二滤光区域，且更包括以下步骤：利用控制单元控制位于第二滤光区域的反射式滤光单元而使得反射光线而落于一检测波段范围。
在本发明的一实施例中，所述检测装置还包括容置框架，用以容置待测物，且容置框架具有一开口，且更包括以下步骤：利用开口形成光路而构成一荧光通道。
本发明的一种荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，包括：
一所述检测装置，一温控模块及一分析模块，温控模块用以控制系统的一温度，且具有一加热模块。分析模块用以分析来自光检测元件的一讯号。
在本发明的一实施例中，所述检测装置的至少一反射式光学薄膜元件，包括一第一反射式光学薄膜元件用以反射主发光波长落于激发波段范围的出射光束及包括一第二反射式光学薄膜元件用以反射主发光波长落于检测波段范围的出射光束。
在本发明的一实施例中，所述检测装置的至少一反射式光学薄膜元件的每一个包括一或多个反射式滤光单元，其中一或多个反射式滤光单元各具有一共振腔，且共振腔具有一深度距离，深度距离用以决定被反射式滤光单元所反射的光线的主发光波长的波段范围。
在本发明的一实施例中，所述检测装置还包括一容置框架，用以容置一待测物，且容置框架具有一开口，用以接收主发光波长落于激发波段范围内的部分激发光束。
在本发明的一实施例中，所述温控模块更具有一温度传感器与一散热模块。
基于上述，本发明的检测装置与检测方法以及系统，由至少一反射式光学薄膜元件的配置来进行荧光检测。依据本发明的一实施例，只需设置至少一反射式光学薄膜元件，不需设置由带通滤镜组成的滤光模块，即可进行荧光检测，也易于进行设备的更新与扩充。依据本发明的另一实施例，利用同一光路或荧光通道，即可支持多种不同的荧光试剂种类的待测物的检测，因此能简化光路与降低装置复杂性。
附图说明
图1是依照本发明的实施例的一种检测装置的系统方块图。
图2是图1的一种检测装置的架构示意图。
图3A是图2的反射式光学薄膜元件的一种实施例的正视示意图。
图3B是入射光束垂直入射图3A的反射式光学薄膜元件的反射式滤光单元的一种实施例时的光路示意图。
图3C是入射光束斜向入射图3B的反射式滤光单元时的光路示意图。
图3D至图3F是反射式光学薄膜元件的工作原理说明示意图。
图3G是采用图3A的反射式光学薄膜元件时的一种检测方法的流程示意图。
图4A是图2的检测装置在入射光束为激发光束时的光路示意图。
图4B是图2的检测装置在入射光束为荧光光束时的光路示意图。
图4C是图4A的套筒结构的局部放大示意图。
图4D是图4A的另一种套筒结构的局部放大示意图。
图5A是图2的反射式光学薄膜元件的另一种实施例的正视示意图。
图5B是图5A的反射式光学薄膜元件的不同的反射式滤光单元的一种实施例示意图。
图5C是采用图5A的反射式光学薄膜元件时的一种检测方法的流程示意图。
图6是依照本发明的检测装置的一种荧光实时定量聚合酶连锁反应系统的应用例的方块图。
图7是图6中的温控模块的一种实施例的系统方块图。
符号说明
10：荧光实时定量聚合酶连锁反应系统；
100：检测装置；
110：发光元件；
120：容置框架；
121：套筒结构；
130：光检测元件；
140、540：反射式光学薄膜元件；
141、541：第一反射式光学薄膜元件；
142、542：第二反射式光学薄膜元件；
150：控制单元；
700：温控模块；
710：加热模块；
720：散热模块；
730：温度传感器；
800：分析模块；
A、B、C、D、E：点；
CL1、CL2：准直透镜；
d1、d2、d3：动作深度距离；
du、dv：厚度；
dx：深度距离；
ELi、ELo：激发光束；
EX：出口；
FLi、FLo：荧光光束；
FR1、FR2、FR3：滤光区域；
FU、FU1、FU2、FU3：反射式滤光单元；
IL：入射光束；
IN：入口；
HS1、HS2：外壳；
O：待测物；
OL、OL1、OL2、OL3：出射光束；
OP：开口；
L0：外界层；
L1：第一介质层；
L2：第二介质层；
L3：第三介质层；
N1：第一法线方向；
N2：第一法线方向；
S1：第一界面；
S2：第二界面；
S3：第三界面；
S110、S120、S130、S140、S520、S530：步骤；
θ0：入射角；
θ1：第一夹角；
θ2：第二夹角；
θx：折射角；
α1：第一入射角；
α2：第二入射角；
具体实施方式
图1是依照本发明的一种实施例的一种检测装置的系统方块图。图2是图1的一种检测装置的架构示意图。图3A是图2的反射式光学薄膜元件的一种实施例的正视示意图。图3B是入射光束垂直入射图3A的反射式光学薄膜元件的反射式滤光单元的一种实施例时的光路示意图。图3C是入射光束斜向入射图3B的反射式滤光单元FU时的光路示意图。图3D至图3F是反射式光学薄膜元件的工作原理说明示意图。图3G是采用图3A的反射式光学薄膜元件时的一种检测方法的流程示意图。图4A是图2的检测装置在入射光束为激发光束时的光路示意图。图4B是图2的检测装置在入射光束为荧光光束时的光路示意图。图4C是图4A的套筒结构的局部放大示意图。图4D是图4A的另一种套筒结构的局部放大示意图。请参照图1与图2中本发明的实施例，本实施例的检测装置100包括发光元件110、容置框架120、光检测元件130、控制单元150以及至少一反射式光学薄膜元件140，其中所述至少一光学薄膜元件140包括一第一反射式光学薄膜元件141与一第二反射式光学薄膜元件142。此外，在本实施例中检测装置100的荧光通道，由发光元件110至第一反射式光学薄膜元件141的激发光束Eli的光路、第一反射式光学薄膜元件141至容置框架120(的待测物O)的激发光束ELo的光路、容置框架120(的待测物O)至第二反射式光学薄膜元件142的荧光光束FLi的光路、第二反射式光学薄膜元件142至光检测元件130的荧光光束FLo的光路整体所构成。
依照本发明的一种实施例，发光元件110用以提供激发光束ELi。举例而言，发光元件110可为白光发光二极管，而可用以提供发光波长落在400纳米左右至700纳米左右之间的激发光束ELi。再举例而言，发光元件110可为紫外光发光二极管，其所提供的发光波长范围包含至少一部分的紫外光波长范围。又举例而言，发光元件110可为包含可见光与紫外光的光源，其所提供的发光波长范围包含至少可见光与紫外光的波长范围。
本实施例的容置框架120用以容置待测物O。依照本发明如图2所示的一种实施例，容置框架120具有至少一套筒结构121，其中至少一套筒结构121用以容置待测物O。举例而言，如图2所示，具有荧光试剂的待测物O放置在其中一套筒结构121中，而当此荧光试剂所适合的激发光谱落在激发波段范围时，则当主发光波长落于激发波段范围内的部分激发光束ELo在照射待测物O时，待测物O中的荧光试剂可产生荧光光束FLi。
根据本发明的一实施例，如图2及图3A至图3C所示，至少一反射式光学薄膜元件140可以当光线射入时利用光线的干涉作用来滤除入射光束IL的部分波段范围，以形成并反射出主发光波长落于特定波段范围的出射光束OL。根据本发明的一实施例，至少一反射式光学薄膜元件140包括第一反射式光学薄膜元件141及/或第二反射式光学薄膜元件142，且第一反射式光学薄膜元件141及/或第二反射式光学薄膜元件142可为一微机电系统(MEMS,microelectromechanical systems)的反射式光学薄膜元件，能在控制单元150的控制下反射具有特定波长的入射光束IL。根据本发明的一实施例，该反射式光学薄膜元件140是一微机电系统反射式光学薄膜元件140，可在控制单元150的控制下而将入射光束IL中具有特定波长的光线反射出而成为出射光束OL。依据本发明的一实施例，该微机电系统反射式光学薄膜元件140具有一或多个滤光单元FU，可在控制单元150的控制下而将入射光束IL中具有特定波长的光线反射出而成为出射光束OL。依据本发明的一实施例，每一滤光单元FU具有一光学共振腔，该光学共振腔具有一共振腔的深度距离dx，控制单元150控制所述深度距离dx而将入射光束IL中具有特定波长的光线反射出而成为出射光束OL。依据本发明的另一实施例，该微机电系统反射式光学薄膜元件140的滤光单元FU可为一干涉式调变显示单元(Interferometric modulator display,IMOD)，其为高通(Qualcomm)所开发的米拉索尔显示单元(Mirasol Display)，其在一反射镜层之上设置有一薄吸收层而可控制其间的光学共振腔距离，以将入射光束IL中具有特定波长的光线反射出而成为出射光束OL(图3B与图3C)。依据本发明的又一实施例，该微机电系统反射式光学薄膜元件140的滤光单元FU可为复数组不同的滤光单元FU1、FU2、FU3，各自可在控制单元150控制下，分别反射不同特定波长的入射光束IL而成为出射光束OL(图5B)。
依据本发明的一实施例，如图3A至图3C所示，第一反射式光学薄膜元件141与第二反射式光学薄膜元件142分别包括多个滤光单元FU，各滤光单元FU分别具有第一界面S1与第二界面S2，各滤光单元FU的第一界面S1与第二界面S2之间形成各滤光单元FU的共振腔，第一界面S1与第二界面S2之间的距离定义为各滤光单元FU的共振腔的深度距离dx。依据本发明的一实施例，如图3A至图3C所示，第一反射式光学薄膜元件141与第二反射式光学薄膜元件142分别包括多个滤光单元FU，滤光单元FU的构造可以用微机电系统技术来实现，其中于最上方设有一抗反射层310，并于抗反射层310之下设有一吸收层320，且于吸收层320相隔一段距离处再设一镜面层340，而吸收层320与镜面层340之间的空间则形成一共振腔330，共振腔330中可以填入空气或是其他气体或是其他材料，且吸收层320与镜面层340之间的距离dx定义为此共振腔的深度距离，则藉由控制单元150来控制深度距离dx即可调变而将入射光束IL中具有特定波长的光线反射出而成为出射光束OL。
此处简单介绍反射式光学薄膜元件的工作原理如下。请参阅图3D，依据薄膜光学干涉原理，当光线由疏介质进入密介质且被反射时光的相位会改变180度，而当光线由密介质进入疏介质且被反射时则否。因此，当入射光束IL从界面S1垂直射入薄膜(共振腔)时，其经由第一界面S1垂直反射后离开薄膜的出射光束OL1与其射入薄膜后经由第二界面S2垂直反射后再从界面S1透射离开薄膜的出射光束OL2之间的光程差(optical pathdifference，OPD)若符合其波长λ的整数倍再多波长λ的一半时，亦即：光程差OPD＝(λm-λ/2)，m为正整数1，2，3…，则分别经由第一界面S1与第二界面S2所反射的出射光束OL1与出射光束OL2就会同相位而产生相长性干涉(constructive interference)，而其总和的射光束OL的强度就会显著增加，其中光程差为薄膜厚度dx的两倍与薄膜折射率nx的积：光程差OPD＝2(dx)*(nx)＝2(nx)(dx)。然而，当入射光束IL的波长不符合上述情形时，则无法被薄膜大幅反射。换言之，光学薄膜的厚度将可决定能被大幅反射的出射光束OL的波长。举例而言，当选择m＝1时，光程差OPD＝λ/2，光学薄膜的厚度与出射光束OL的相长性干涉可通过下列关系式决定：λ＝4(nx)(dx)。
请参阅图3E，当外界入射光束IL并非垂直射入薄膜而具有一入射角θ0时，分别经由第一界面S1与第二界面S2所反射的出射光束OL1与出射光束OL2的光程差则需考虑外界介质的折射率n0、共振腔中的介质的折射率nx、入射光束IL进入共振腔中的入射角θ0与折射角θx等参数关系，且考虑当外界为真空或空气时的折射率n0约等于1时，则会符合下式：光程差OPD＝2(nx)(dx)cos(θx)，其中可利用sin(θx)＝(n0)sin(θ0)/(nx)＝sin(θ0)/(nx)(依据司乃耳定律，Snell’s Law)算出cos(θx)，再考虑相长性干涉时，光程差OPD＝(λm-λ/2)，m为正整数1，2，3…，即可藉由控制dx而达成波长λ的光线的相长性干涉。举例而言，当选择m＝1时，光程差OPD＝λ/2，薄膜厚度dx与出射光束OL的波长λ的关系可通过下式决定：λ＝4(nx)(dx)cos(θx)，其中sin(θx)＝sin(θ0)/(nx)，且nx可由介质材料得知，故当入射角θ0决定后即可得出折射角θx，进而算出cos(θx)。并且，为了取得具有所需波长λ的值的出射光束OL，则可经由上式基于出射光束OL的所需波长λ的值来控制厚度dx。
请参阅图3F，再进一步考虑有更多层薄膜时的情形，其中由上而下的外界层L0，第一介质层L1，第二介质层L2，第三介质层L3的折射率分别例如为n0，n1，n2，n3，且n0<n1，n2<n1，n2<n3，其中外界层L0例如为外界(例如是空气或真空)，第一介质层L1例如为光学薄膜，及第二介质层L2例如为光学薄膜或空腔(例如其中为空气或真空)，第三介质层L3例如为光学薄膜或镜面(例如为全反射镜面)，此时由上而下，各介质层分别为光疏介质、光密介质、光疏介质、光密介质。当外界的入射光束IL并非垂直射入薄膜而具有一角度时，假设入射角为入射角θ0，于点A通过第一界面S1(外界层L0与第一介质层L1之间)时的折射角为第一夹角θ1，且再于点B通过第二界面S2(第一介质层L1与第二介质层L2之间)时的折射角为第二夹角θ2，且光束于点C遇到第三界面S3(第二介质层L2与第三介质层L3之间)时仅考虑反射而向上直接通过第二界面S2的点D与第一界面S1的点E出来的部分，其中第一介质层L1具有一厚度du且第二介质层L2具有一厚度dv，则可得到出射光束OL3相对于出射光束OL1的光程差OPD＝2(n1)(du)cos(θ1)+2(n2)(dv)cos(θ2)，其中(n0)sin(θ0)＝(n1)sin(θ1)＝(n2)sin(θ2)(依据司乃耳定律)，且另外再考虑n0<n1与n2<n3，故第一界面S1与第三界面S3反射光线时皆有相位转换180度，因而在相长性干涉时，光程差OPD＝λm，m为正整数1，2，3…，即可藉由控制深度距离而达成波长为λ的光线的相长性干涉，出射光束OL2的效应公式则是已于图3E中得到，而出射光束OL则是加总考虑出射光束OL1，出射光束OL2，出射光束OL3及其他反射光线的干涉效应总合。当光学薄膜的层数再增加时，可以由前述轻易推知相对应的光程差公式，故于此不再赘述。当有多层薄膜堆栈时可以进一步的设定其光学性质，增强波长λ的光线的相长性干涉效果，进而达到波长选择的目的。藉由前述薄膜光学干涉原理，若将此光学薄膜视为一光学共振腔，且将此光学薄膜元件的厚度视为共振腔的深度距离，则可以利用调整共振腔的深度距离而选择反射出的所希望的光线的主波段范围。
如图2及图3A至图3B所示，在本实施例中，入射光束IL可为激发光束ELi及/或荧光光束FLi，而其对应的出射光束OL则分别为激发光束ELo及/或荧光光束FLo。进一步而言，如图2与图4A所示，当入射光束IL为激发光束ELi时，至少一反射式光学薄膜元件140包括第一反射式光学薄膜元件141，第一反射式光学薄膜元件141位于激发光束ELi的传递路径上，且位于发光元件110与容置框架120之间。换言之，当入射光束IL为激发光束ELi时，即为激发光束ELi入射第一反射式光学薄膜元件141的情况。当激发光束ELi通过第一反射式光学薄膜元件141时，则可透过控制第一反射式光学薄膜元件141的各滤光单元FU的共振腔的深度距离dx，来形成主发光波长落于激发波段范围内的激发光束ELo。并且，如图2所示，在本实施例中，检测装置100还包括第一外壳HS1以形成一第一暗房，用以容置发光元件110以及第一反射式光学薄膜元件141，以隔绝外部的噪声光而利于荧光检测的进行。并且，第一外壳HS1具有一出口EX，用以供主发光波长落于激发波段范围内的激发光束ELo通过。依照本发明的一种实施例，检测装置100设有至少一暗房容置待测物O，以隔绝外部噪声光而利于荧光检测。依照本发明的另一种实施例，待测物O设于一暗房中而由容置框架120所支持，以隔绝外部噪声光，但暗房具有一开口让待测物O可接收激发光束ELo及一开口让待测物O可发送荧光光束FLi。
更详细而言，如图2与图4A所示，由于发光元件110的位置、激发光束ELi的入射方向与待测物O的位置皆为固定，因此，第一反射式光学薄膜元件141的法线方向N1以及激发光束ELi与法线方向N1之间的第一入射角α1也会保持为固定不变的定值，因此只要将第一外壳HS1的出口EX设置为位于激发光束ELo的传递路径上的小孔，激发光束ELo即可通过出口EX并入射至待测物O处。依照本发明的一种实施例，第一外壳HS1的内侧会采用黑色材质或喷涂黑色材质的漆的吸光物质，以降低激发光束ELi经由第一外壳HS1内部结构反射而通过第一外壳HS1的出口EX的可能性，而可进一步滤除噪声光的影响。
接着，如图2与图4C所示，依据本发明的一实施例，至少一套筒结构121位于激发光束ELo的传递路径上。在本实施例中，至少一套筒结构121的每一个都具有一开口OP，主发光波长落于激发波段范围内的激发光束ELo在通过第一外壳HS1的出口EX后，会对准开口OP，而使开口OP可用以接收激发光束ELo。举例而言，开口OP的宽度尺寸可介于大约0.5毫米至1毫米之间，以使减少环境噪声光通过开口OP的可能性，并维持开口OP所能接收到的激发光束ELo的最大值即可。此外，在本实施例中，开口OP的形状可为狭缝，但本发明不以此为限。在其他的实施例中，开口OP的形状也可为圆形开口OP(如图4D的实施例的套筒结构121A的开口OP)、矩形开口OP等等。
另一方面，如图2与图4B所示，当入射光束IL为荧光光束FLi时，至少一反射式光学薄膜元件140包括第二反射式光学薄膜元件142，第二反射式光学薄膜元件142位于荧光光束FLi的传递路径上，且位于容置框架120与光检测元件130之间。并且，至少一套筒结构121的每一个的下方还具有一开孔，可用以供主发光波长落于激发波段范围内的部分激发光束ELo在照射待测物O后产生的荧光光束FLi出射。换言之，当入射光束IL为荧光光束FLi，即为荧光光束FLi入射第二反射式光学薄膜元件142时的情况。依照本发明的一种实施例，如图2所示，检测装置100还包括第二外壳HS2以形成一第二暗房，用以容置第二反射式光学薄膜元件142以及光检测元件130，以隔绝外部噪声光而利于荧光检测的进行。第二外壳HS2具有一入口IN，以供荧光光束FLi通过。
并且，类似地，如图2与图4B所示，由于待测物O的位置、荧光光束FLi的入射方向、第二反射式光学薄膜元件142与光检测元件130的位置皆为固定，因此，第二反射式光学薄膜元件142的法线方向N2以及荧光光束FLi与法线方向N2之间的第二入射角α2也会保持为固定不变的定值，因此只要将第二外壳HS2的入口IN设置为位于荧光光束FLi的传递路径上的小孔，荧光光束FLi即可通过入口IN并传递至第二反射式光学薄膜元件142，并可藉此遮挡环境光线，而可进一步滤除噪声光的影响。进一步而言，当荧光光束FLi通过第二反射式光学薄膜元件142时，也可透过控制第二反射式光学薄膜元件142的各滤光单元FU的共振腔的深度距离dx，来形成主发光波长落于检测波段范围内的荧光光束FLo，其中检测波段范围为荧光光束FL的特性较为显著的波段范围。虽然在图2、图4A及图4B包含第一暗房与第二暗房，但是依照本发明的另一种实施例，检测装置100设有至少一暗房于发光元件110与光检测元件130二者之一上而使其相互阻隔而仅有荧光通道的光路相通，以降低光检测元件130所收到的噪声光而利于荧光检测。依照本发明的又一种实施例，检测装置100的由发光元件110以至于光检测元件130间的荧光通道，被设置于至少一暗房中，以隔绝外部的噪声光。依照本发明的再一种实施例，检测装置100的由发光元件110以至于光检测元件130间的荧光通道，通过至少二暗房中，以减少外部的噪声光。
并且，如图2所示，光检测元件130位于荧光光束FLo的传递路径上，而可用以接收荧光光束FLo。举例而言，光检测元件130为能够检测光强度的光电传感器，而可为光电二极管(光二极管，Photodiode)。具体而言，光检测元件130用以接收主发光波长落于检测波段范围内的部分荧光光束FLo。
另一方面，如图1所示，在本实施例中，检测装置100还包括控制单元150。举例而言，控制单元150可为微控制器或中央处理单元，其包含内存，输入控制器、输出控制器。根据本发明的一种实施例中，控制单元150可以执行程序以控制发光元件110的发光波长范围的设定以及控制发光元件110的开关。根据本发明的另一种实施例中，控制单元150可控制光检测元件130对检测到的光强度进行调校，举例而言，当光检测元件130对于不同波长光的感测强度不相同时，可以透过控制单元150对感测强度进行校正(offset)调整。
根据本发明的另一种实施例中，控制单元150可控制激发光束ELi或荧光光束FLi通过至少一光学薄膜元件140的第一反射式光学薄膜元件141及/或第二反射式光学薄膜元件142的滤光单元FU的共振腔的深度距离dx。更具体而言，控制单元150能够调整至少一光学薄膜元件140的滤光单元FU的共振腔的深度距离dx的大小，来进一步调整激发光束ELo及/或荧光光束FLo的主发光波长的范围，以使激发光束ELo的主发光波长能落于激发波段范围内及/或荧光光束FLo的主发光波长能落于检测波段范围内。
以下将针对控制单元150如何执行图3G的检测方法进行进一步的解说。请参照图3G，在本实施例中，图3G的检测方法例如可利用图1与图2中的检测装置100来执行。
首先，执行步骤S110，控制单元150开启发光元件110。具体而言，如图2所示，在步骤S110中，发光元件110提供的激发光束ELi可经过准直透镜CL1而被准直化为平行光束。
接着，执行步骤S120，控制单元150依据激发波段范围，控制第一反射式光学薄膜元件141的滤光单元FU的共振腔的深度距离dx为第一深度距离，以使待测物接收到主发光波长落于激发波段范围的激发光束ELo而产生荧光光束FLi。更具体而言，如图2与图3B所示，当激发光束ELi入射第一反射式光学薄膜元件141时，控制单元150控制第一反射式光学薄膜元件141的滤光单元FU的共振腔的深度距离dx为第一深度距离，且第一深度距离的值与激发波段范围的值相对应，因此共振腔反射出主发光波长落于激发波段范围的激发光束ELo，并为待测物O接收到而产生荧光光束FLi。
依照本发明的一种实施例，激发波段范围的设定值约可为介于400纳米至700纳米之间以符合各种荧光试剂的规格需求。以下列举数种市售的荧光试剂的额定的吸收激发波长(激发波长波峰值)及其所产生的对应额定荧光波长(荧光波长波峰值)如下：绿光(FAM)的激发波长494nm对应至荧光波长520nm、黄光(Cy3)的激发波长550nm对应至荧光波长570nm、橘光(ROX)的激发波长575nm对应至荧光波长602nm、红光(Cy5)的激发波长646nm对应至荧光波长662nm。所谓一荧光试剂的额定激发波长(激发波长波峰值)是指，该荧光试剂反应物对某一激发波段范围的激发光线皆有荧光产生效果，但是在该激发波段范围中的该额定激发波长有最佳的荧光产生效果。换句话说，该荧光试剂反应物对于在其额定激发波长附近的激发光线(即该激发波段范围)有产生荧光的效果，但是以该额定激发波长产生荧光的效果为最佳。并且，当此一激发波段范围为激发波段范围所涵盖的波段范围时，此荧光试剂即可适用于本检测装置100中，而藉由检测装置100通过控制单元150来控制第一反射式光学薄膜元件141的深度距离dx，进而使激发光束ELo能激发待测物O而产生较佳的荧光产生效果。
类似的，所谓一荧光试剂的额定荧光波长(荧光波长波峰值)是指，该荧光试剂反应物对于激发光线所产生的荧光会落在某一荧光波段范围内，但是在反应物受到额定激发波长的光线照射时，其所产生的荧光波长会落在额定荧光波长附近(即该荧光波段范围)，但以该额定荧光波长有最佳的荧光产生效果。并且，当此一荧光波段范围为检测波段范围所涵盖的波段范围时，此荧光试剂即可适用于本检测装置100中，而藉由检测装置100通过控制单元150来控制第二反射式光学薄膜元件142的深度距离dx，进而纯化荧光光束FLo的色纯度，以纯化荧光光束FLo的特性。
依据本发明的一实施例，该激发波段范围可以是包含额定激发波长的40nm的范围内；依据本发明的另一实施例，该激发波段范围可以是包含额定激发波长的20nm的范围内；依据本发明的又一实施例，该激发波段范围可以是包含额定激发波长的10nm的范围内；依据本发明的再一实施例，该激发波段范围可以是包含额定激发波长的6nm的范围内。另外，依据本发明的一实施例，该激发波段范围是以该额定激发波长为中心而增减某一特定波长为其范围，例如增减20nm，另例如增减10nm，又例如增减5nm，再例如增减3nm。以下列举上述市售的绿光(FAM)的额定激发波长494nm对应至额定荧光波长520nm为例说明，其激发波段范围可以是包含额定激发波长494nm的40nm的范围内(例如在460nm至500nm的范围内，又例如在470nm至510nm的范围内)，又或可以是包含494nm的20nm的范围内(例如在480nm至500nm的范围内，又例如在490nm至510nm的范围内)，又或可以是包含494nm的10nm的范围内(例如在490nm至500nm的范围内)，又或可以是包含494nm的6nm的范围内(例如在490nm至496nm的范围内)；或者，该激发波段范围是以该额定激发波长494nm为中心而增减某一特定波长为其范围，例如增减20nm的范围内(亦即在474nm至514nm的范围内)，又或增减10nm的范围内(亦即在484nm至504nm的范围内)，又或增减5nm的范围内(亦即在489nm至499nm的范围内)，又或增减3nm的范围内(亦即在491nm至497nm的范围内)。
并且，当需要激发光束ELo具有特定的主发光波长时，则可对第一深度距离进行进一步地限定。例如，当需要激发光束ELo的主发光波长(即激发波长)为494纳米左右时，可控制第一深度距离为与494纳米相对应的一值而达成此目的；又如，当需要激发光束ELo的主发光波长(即激发波长)为550纳米左右时，可控制第一深度距离为与550纳米相对应的另一值而达成此目的，以此类推。如此，只要调整第一深度距离的大小，就可得到所需的激发光束ELo。再者，依据本发明的一实施例，可以调整第一反射式光学薄膜元件141的滤光单元FU的共振腔的第一深度距离的不同大小，即可在其中两种不同色光的激发波长之间切换，例如绿色切换至黄色，或黄色切换至橘色，或是橘色切换至红色；依据本发明的另一实施例，可以调整滤光单元FU的共振腔的第一深度距离的不同大小，即可在其中三种不同色光的激发波长之间切换，例如绿色、黄色及橘色，或是黄色、橘色及红色；依据本发明的又一实施例，可以调整滤光单元FU的共振腔的第一深度距离的不同大小，即可在其中四种或以上的不同色光的激发波长之间切换，例如绿色、黄色、橘色及红色。
如此一来，控制单元150可依据待测物O中带有的荧光试剂种类所需的激发光束ELo的适合波段范围，来设定第一深度距离的值，即可有效地形成所需的荧光光束FLi，而不需如现有技术一般地设置各种不同的由带通滤镜组成的滤光模块及/或各种不同的荧光通道，并且控制单元150仅需调整第一反射式光学薄膜元件141的第一深度距离，就可支持多种不同的荧光试剂种类的检测，因此易于进行设备的更新与扩充。此外，由于在进行多种不同的荧光试剂种类的检测时，不同的待测物O所需的激发光束ELo可共享同一光路或荧光通道，因此也能简化光路与减少生产、组装、维修、调整的复杂性，而减少产品成本以及提升生产质量。
类似地，由于随着荧光试剂种类的不同，待测物O所生成的荧光光束FLi的主要发光光谱的范围也会有所差异，因此，检测装置100亦可通过位于容置框架120与光检测元件130之间的第二反射式光学薄膜元件142的配置，来执行步骤S130，依据检测波段范围，控制第二反射式光学薄膜元件142的滤光单元FU的共振腔的深度距离dx为第二深度距离，而藉此来滤除特定波段范围外的噪声光的讯号，并纯化荧光光束的色纯度，以纯化荧光光束的特性，以提升检测精度。
依照本发明的一种实施例，类似上方与控制第一反射式光学薄膜元件141的原理所述，如图2与图3B所示，当荧光光束FLi入射第二反射式光学薄膜元件142时，控制单元150控制第二反射式光学薄膜元件142的滤光单元FU的共振腔的深度距离dx为第二深度距离，且第二深度距离的值与检测波段范围的值相对应。
依照本发明的一种实施例，检测波段范围的值约可介于450纳米至730纳米之间以符合各种荧光试剂的规格需求，请参阅前文市售的荧光试剂的额定的吸收激发波长及其所产生的对应额定荧光波长的例子。并且，当不同的荧光试剂的规格所对应的额定荧光波长附近的波段范围(即某一荧光波段范围)为检测波段范围所涵盖的波段范围时，此荧光试剂即可适用于本检测装置100中，而藉由检测装置100通过控制单元150来控制第二反射式光学薄膜元件142的深度距离dx，进而纯化荧光光束FLo的色纯度，以纯化荧光光束FLo的特性。
再者，依据本发明的一实施例，该荧光波段范围可以是包含额定荧光波长的40nm的范围内；依据本发明的另一实施例，该荧光波段范围可以是包含额定荧光波长的20nm的范围内；依据本发明的又一实施例，该荧光波段范围可以是包含额定荧光波长的10nm的范围内；依据本发明的又一实施例，该荧光波段范围可以是包含额定荧光波长的6nm的范围内。此外，依据本发明的一实施例，该荧光波段范围是以该额定荧光波长为中心而增减某一特定波长为其范围，例如增减20nm，另例如增减10nm，又例如增减5nm，再例如增减3nm。以下列举上述市售的绿光(FAM)的额定激发波长494nm对应至额定荧光波长520nm为例说明，其荧光波段范围可以是包含额定荧光波长520nm的40nm的范围内(例如在485nm至525nm的范围内，又例如在495nm至535nm的范围内)，又或可以是包含520nm的20nm的范围内(例如在505nm至525nm的范围内，又例如在515nm至535nm的范围内)，又或可以是包含520nm的10nm的范围内(例如在515nm至525nm的范围内)，又或可以是包含520nm的6nm的范围内(例如在518nm至524nm的范围内)；或者，该荧光波段范围是以该额定荧光波长520nm为中心而增减某一特定波长为其范围，例如增减20nm的范围内(亦即在500nm至540nm的范围内)，又或增减10nm的范围内(亦即在510nm至530nm的范围内)，又或增减5nm的范围内(亦即在515nm至525nm的范围内)，又或增减3nm的范围内(亦即在517nm至523nm的范围内)。
并且当需要荧光光束FLo具有特定的主发光波长时，则可对第二深度距离进行进一步地限定。例如，当需要荧光光束FLo的主发光波长(即检测波长)为520纳米左右时，可控制第二深度距离为与520纳米相对应的一值而达成此目的；又如，当需要荧光光束FLo的主发光波长(即检测波长)为573纳米左右时，可控制第二深度距离为与573纳米相对应的另一值而达成此目的，以此类推。如此，只要调整第二深度距离的大小，就可得到所需的荧光光束FLo。再者，市售的荧光试剂的吸收激发波长及其所产生的对应荧光波长如先前所述，则依据本发明的一实施例，可以调整第二反射式光学薄膜元件142的滤光单元FU的共振腔的第二深度距离的不同大小，即可在其中两种、三种、四种或以上不同色光的荧光波长之间切换，类似于调整第一反射式光学薄膜元件141的滤光单元FU的共振腔的第二深度距离的情形。
接着，请参照图2与图3G，控制单元150可执行步骤S140，检测主发光波长落于检测波段范围的荧光光束FLo的光强度，并将其转换成电讯号进行后续分析。
依照本发明的一种实施例，控制单元150可依据待测物O中带有的荧光试剂种类的主要发光光谱的波段范围，来设定第二深度距离的值，即可滤除特定波段范围外的噪声光的讯号，并纯化荧光光束FLo的特性，而不需设置由带通滤镜组成的滤光模块，并且控制单元150仅需调整第二反射式光学薄膜元件142的第二深度距离，就可支持多种不同的荧光试剂种类的检测，因此易于进行设备的更新与扩充。此外，由于在进行多种不同的荧光试剂种类的检测时，不同的待测物O所形成的荧光光束FLo可共享同一光路，因此也能简化光路与减少生产组装的复杂性，进而减少产品成本以及提升生产质量。
值得注意的是，在上述的实施例中，控制单元150控制至少一反射式光学薄膜元件140的第一反射式光学薄膜元件141与第二反射式光学薄膜元件142的控制方式虽以调整至少一反射式光学薄膜元件140的滤光单元FU的共振腔的深度距离dx的大小为例示，但本发明不以此为限。以下将另举部分实施例作为说明。
图5A是图2的反射式光学薄膜元件的另一种实施例的正视示意图。图5B是图5A的反射式光学薄膜元件的不同的反射式滤光单元FU1、FU2、FU3的一种实施例示意图。图5C是采用图5A的反射式光学薄膜元件时的一种检测方法的流程示意图。请参照图5A至图5C，反射式光学薄膜元件540与图1的反射式光学薄膜元件140类似，其主要差异如下所述。如图5A所示，在本实施例中，至少一反射式光学薄膜元件540的第一反射式光学薄膜元件541以及第二反射式光学薄膜元件542分别包括多个滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3，多个滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3的反射式滤光单元FU1、反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3各自的共振腔的动作深度距离d1、动作深度距离d2、动作深度距离d3分别为固定值，为该反射式滤光单元开启状态时(非关闭状态时)而可以进行滤光反射时的深度距离，而位于相同滤光区域FR1(或是滤光区域FR2、滤光区域FR3)的反射式滤光单元FU1(或是反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3)的共振腔的动作深度距离d1(或是深度距离d2、深度距离d3)彼此相同，且位于不同的滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3的反射式滤光单元FU1、反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3的共振腔的动作深度距离d1、动作深度距离d2、动作深度距离d3彼此不同。请注意，由于图5A是反射式光学薄膜元件540的示意图，因而分别例示了第一反射式光学薄膜元件541以及第二反射式光学薄膜元件542，但，第一反射式光学薄膜元件541的动作深度距离d1(或深度距离d2、深度距离d3)与第二反射式光学薄膜元件542的动作深度距离d1(或深度距离d2、深度距离d3)并不需要相同而可以不同，且两者经常是不同的，因为通常一屏幕试剂的吸收光线波长较短而其放射荧光波长较长，故若用同一规格的两个反射式滤光单元的部件时，需要不同的动作深度距离设定来得到不同波长的滤光效果。举例而言，如前述绿光(FAM)是激发波长494nm而荧光波长520nm，且其分别对应的是第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR1与第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域FR1，则对于同一规格部件的第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR1的动作深度距离d1(第一深度距离)与第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域FR1的动作深度距离d1(第二深度距离)并不相同。
并且，控制单元150还可控制至少一反射式光学薄膜元件540中位于不同的滤光区域的反射式滤光单元FU1、反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3的开启或关闭，来进一步调整激发光束ELo与荧光光束FLo的主发光波长的范围，以使激发光束ELo的主发光波长能落于激发波段范围内及/或荧光光束FLo的主发光波长能落于检测波段范围内。以下将针对控制单元150如何执行图5C的检测方法进行进一步的解说。请参照图5C，在本实施例中，图5C的检测方法例如可利用图1与图2中的检测装置100来执行。
首先，执行步骤S110，执行步骤S110的方式与图3G的控制方法相同，在此就不再赘述。
接着，执行步骤S520，控制单元150依据激发波段范围，控制位于第一滤光区域的反射式滤光单元处于开启状态，并控制位于第一滤光区域外的其他滤光区域的反射式滤光单元处于关闭状态，以使待测物接收到主发光波长落于激发波段范围的激发光束ELo而产生荧光光束FLi，其中位于第一滤光区域的反射式滤光单元的共振腔的深度距离为第一深度距离而为动作深度距离。
依照本发明的一种实施例，控制单元150控制第一反射式光学薄膜元件541的反射式滤光单元FU1(或是反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3)处于关闭状态的方式例如是以静电施加于反射式滤光单元FU1(或是反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3)的共振腔，此时形成第一反射式光学薄膜元件541的反射式滤光单元FU1(或是反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3)的第一界面S1与第二界面S2的反射薄膜会塌陷，造成这些处于关闭状态的反射式滤光单元FU1(或是反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3)的共振腔的深度距离变得非常窄，如此，能通过这些处于关闭状态的反射式滤光单元FU1(或是反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3)的出射光束OL的波长就变得非常短，而会落在激发波段范围外或是落在检测波段范围外，且其强度也会衰减。换言之，当入射光束IL入射处于关闭状态的第一反射式光学薄膜元件541的这些反射式滤光单元FU1(或是反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3)时，可以被滤除。如此，当第一反射式光学薄膜元件541中位于某一滤光区域(例如：第一滤光区域)的反射式滤光单元被设定于处于开启状态的话，也就会只有通过该一滤光区域(即：第一滤光区域)的反射式滤光单元的激发光束能够成为第一反射式光学薄膜元件541的出射光束OL，并且，由于本实施例的第一反射式光学薄膜元件541中位于第一滤光区域的滤光单元的共振腔的动作深度距离为第一深度距离，而第一深度距离的值与激发波段范围的值相对应，因此激发光束ELo的主发光波长能落于激发波段范围。
更具体而言，在本实施例中，控制单元150能够基于激发波段范围，来选择第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3的其中一个为第一反射式滤光区域，亦即选择动作深度距离d1、动作深度距离d2、动作深度距离d3的其中一个来做为第一深度距离。如此，控制单元150即可透过第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3的选取来对第一深度距离进行设定，并藉此使激发光束ELo的主发光波长能落于激发波段范围。
根据本发明的一实施例，第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR1的动作深度d1距离大于滤光区域FR2的动作深度距离d2以及滤光区域FR3的动作深度距离d3，因此当所需的激发波段范围的值较大时，可选择具有较大的动作深度距离d1的滤光区域FR1来作为第一滤光区域；反之，当所需的激发波段范围的值较小时，可选择具有较小的动作深度距离d2的滤光区域FR2或具有动作深度距离d3的滤光区域FR3来作为第一滤光区域。根据本发明的另一实施例，滤光区域FR3的动作深度距离小于滤光区域FR1的动作深度距离d1以及滤光区域FR2的动作深度距离d2，因此当所需的激发波段范围的值较小时，可选择具有较小的深度距离d3的滤光区域FR3来作为第一滤光区域；反之，当所需的激发波段范围的值较大时，可选择具有较大的深度距离d1的滤光区域FR1或具有深度距离d2的滤光区域FR2来作为第一滤光区域。如此，只要选择适当的滤光区域，就可得到所需的激发光束ELo。
接着，执行步骤S530，根据本发明的一实施例，控制单元150依据检测波段范围，控制位于第二反射式光学薄膜元件542的第二滤光区域的反射式滤光单元处于开启状态，并控制位于第二滤光区域外的其他滤光区域的反射式滤光单元处于关闭状态，其中位于第二滤光区域的反射式滤光单元的共振腔的深度距离为第二深度距离。
类似地，由于位于第二滤光区域外的其他滤光区域的反射式滤光单元处于关闭状态，因此，就只有通过第二滤光区域的反射式滤光单元的荧光光束FLo能够成为第二反射式光学薄膜元件542的出射光束OL，并且，由于位于第二滤光区域的反射式滤光单元的共振腔的深度距离为第二深度距离，而第二深度距离的值与检测波段范围的值相对应，因此荧光光束FLo的主发光波长能落于检测波段范围。
根据本发明的一实施例，在本实施例中，控制单元150也可基于检测波段范围，来选择滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3的其中一个作为第二滤光区域，亦即选动作择深度距离d1、动作深度距离d2、动作深度距离d3的其中一个来做为第二深度距离。如此，控制单元150也可透过滤光区域的选取来对第二深度距离进行设定，并藉此使荧光光束FLo的主发光波长能落于检测波段范围。如此，只要选择具有适当动作深度距离的滤光区域，就可得到所需的荧光光束FLo。根据本发明的另一实施例，当一第一待测物的第一荧光试剂所适合的激发光谱落于第一激发波段范围(第一荧光试剂适合的激发波段范围)及其所发出的荧光其主发光波长落于第一检测波段范围(第一荧光试剂适合的检测波段范围)时，可以将第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR1的反射式滤光单元FU1设置成其主发光波长至少部分落于第一激发波段范围，且可以将第二光反射式学薄膜元件542的滤光区域FR1的反射式滤光单元FU1设置成其主发光波长至少部分落于第一检测波段范围；当一第二待测物的第二荧光试剂所适合的激发光谱落于第二激发波段范围(第二荧光试剂适合的激发波段范围)及其所发出的荧光其主发光波长落于第二检测波段范围(第二荧光试剂适合的检测波段范围)时，可以将第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR2的反射式滤光单元FU2设置成其主发光波长至少部分落于第二激发波段范围，且可以将第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域FR2的反射式滤光单元FU2设置成其主发光波长至少部分落于第二检测波段范围；当一第三待测物的第三荧光试剂所适合的激发光谱落于第三激发波段范围(第三荧光试剂适合的激发波段范围)及其所发出的荧光其主发光波长落于第三检测波段范围(第三荧光试剂适合的检测波段范围)时，可以将第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR3的反射式滤光单元FU3设置成其主发光波长至少部分落于第三激发波段范围，且可以将第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域FR3的反射式滤光单元FU3设置成其主发光波长至少部分落于第三检测波段范围；其中该第一荧光试剂、该第二荧光试剂与该第三荧光试剂为不同的荧光试剂。根据本发明的又一实施例，该等第一激发波段范围(第一荧光试剂适合的激发波段范围)、第二激发波段范围(第二荧光试剂适合的激发波段范围)以及第三激发波段范围(第三荧光试剂适合的激发波段范围)、及其所分别对应的该等第一检测波段范围(第一荧光试剂适合的检测波段范围)、第二检测波段范围(第二荧光试剂适合的检测波段范围)以及第三检测波段范围(第三荧光试剂适合的检测波段范围)，可以分别设置或设定其反射式滤光单元的共振腔深度距离而达成。
接着，请参照图2与图5C，控制单元150可执行步骤S140，检测主发光波长落于检测波段范围的荧光光束FL的光强度，并将其转换成电讯号进行后续分析。
此外，值得注意的是，虽然第一反射式光学薄膜元件541与第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域及其所包含的反射式滤光单元分别皆利用同一个图(图5A)来说明，但是第一反射式光学薄膜元件541与第二反射式光学薄膜元件542是两个不同的元件，因而第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3与第二反射式光学薄膜元件542滤光区域FR1、滤光区域FR2、滤光区域FR3的形状、大小、共振腔深度距离与排列并不需要相同，且其各自的反射式滤光单元FU1、反射式滤光单元FU2、反射式滤光单元FU3的形状、大小、排列、共振腔深度距离、数量与光学特性也不需要相同。再者，如图5B所示，至少一反射式光学薄膜元件540的第一反射式光学薄膜元件541以及第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域的数量虽以三个为例示，但本发明不以此为限；根据本发明的另一实施例，该至少一反射式光学薄膜元件540的第一反射式光学薄膜元件541以及第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域及其所包含的反射式滤光单元的数量可以为二个、四个、五个或六个或更多个。在其他的实施例中，亦可视荧光试剂种类的数量来决定至少一反射式光学薄膜元件540的滤光区域及其所包含的反射式滤光单元的数量，并再视荧光试剂种类的特性来同时调整各滤光区域的深度距离的设定值以符合实际产品的需求。
当反射式光学薄膜元件540的第一反射式光学薄膜元件541及/或第二反射式光学薄膜元件542被采用至检测装置100时，检测装置100的控制单元150也可依据待测物O中带有的荧光试剂种类所需的激发光束ELo的适合波段范围(即激发波段范围)或待测物O所生成的荧光光束FLo的主要发光光谱的范围(即检测波段范围)，来选取适当的第一反射式光学薄膜元件541的滤光区域及/或第二反射式光学薄膜元件542的滤光区域处于开启状态，并藉此使激发光束ELi或荧光光束FLi能通过具有适当深度距离的滤光区域，以藉此形成所需的激发光束ELo及/或荧光光束FLo。如此，检测装置100即可支持多种不同的荧光试剂种类的检测，因此也不需设置由带通滤镜组成的滤光模块，而易于进行设备的更新与扩充，进而达到前述的检测装置100的效果与优点，在此就不再赘述。
虽然依照图1与图2的实施例的检测装置100包括发光元件110、容置框架120、光检测元件130以及至少一反射式光学薄膜元件140，且所述至少一反射式光学薄膜元件140包括第一反射式光学薄膜元件141与一第二反射式光学薄膜元件142，但是依照本发明的另一实施例，所述至少一反射式光学薄膜元件140仅包括所述第一反射式光学薄膜元件141或仅包括所述第二反射式光学薄膜元件142中之一。依照本发明的一实施例，在所述至少一反射式光学薄膜元件140仅包括所述第一反射式光学薄膜元件141而不包括所述第二反射式光学薄膜元件142的实施中(图未示)，只要待测物O的荧光光束的质量够好或荧光通道的光路设计够好或是有其他原因而能使光检测元件130所检测到的光线符合规格的话，就可以正确地进行检测，则亦有改善现有技术的缺点的效果；此时荧光通道由发光元件110、第一反射式光学薄膜元件141、容置框架120(或其待测物O)、光检测元件130之间的各段光路所构成。依照本发明的又一实施例，在所述至少一反射式光学薄膜元件140仅包括所述第一反射式光学薄膜元件141而不包括所述第二反射式光学薄膜元件142的实施中(图未示)，亦可以包括一现有的带通滤光片(图未示)来取代图1与图2的实施例中所述第二反射式光学薄膜元件142以滤除检测波段范围以外的光线，则亦有改善现有技术的缺点的效果；此时荧光通道由发光元件110、第一反射式光学薄膜元件141、容置框架120(或其待测物O)、带通滤光片(图未示)、光检测元件130之间的各段光路所构成。依照本发明的一实施例，在所述至少一反射式光学薄膜元件140仅包括所述第二反射式光学薄膜元件142而不包括所述第一反射式光学薄膜元件141的实施中，只要发光元件110的激发光束的质量够好或待测物O的荧光光束的质量够好或荧光通道的光路设计够好或是有其他原因而能使光检测元件130所检测到的光线符合规格的话，就可以正确地进行检测，则亦有改善现有技术的缺点的效果；此时荧光通道由发光元件110、容置框架120(或其待测物O)、第二反射式光学薄膜元件142、光检测元件130之间的各段光路所构成。依照本发明的的一实施例，在所述至少一反射式光学薄膜元件140仅包括所述第二反射式光学薄膜元件142而不包括所述第一反射式光学薄膜元件141的实施中(图未示)，亦可以包括一现有的带通滤光片(图未示)来取代图1与图2的实施例中所述第一反射式光学薄膜元件141以滤除激发波段范围以外的光线，则亦有改善现有技术的缺点的效果；此时荧光通道由发光元件110、带通滤光片(图未示)、容置框架120(或其待测物O)、第二反射式光学薄膜元件142、光检测元件130之间的各段光路所构成。虽然上述提及的检测装置100的实施例包括至少一反射式光学薄膜元件140，且所述至少一反射式光学薄膜元件140包括第一反射式光学薄膜元件141与一第二反射式光学薄膜元件142，但是依照本发明的另一实施例，将前述实施例中的至少一反射式光学薄膜元件140、第一反射式光学薄膜元件141与一第二反射式光学薄膜元件142分别替换为至少一反射式光学薄膜元件540、第一反射式光学薄膜元件541与一第二反射式光学薄膜元件542亦能成立。
综上所述，本发明的检测装置藉由光学薄膜元件的配置，即可支持多种不同的荧光试剂种类的检测，而不需设置由带通滤镜组成的滤光模块，也易于进行设备的更新与扩充。此外，由于在进行多种不同的荧光试剂种类的检测时，不同的待测物所需的激发光束(或所形成的荧光光束)可共享同一光路及/或或荧光通道，因此也能简化光路与减少生产组装的复杂性，而减少产品成本以及提升生产质量。
请参阅图6，其中例示有依照本发明的检测装置的一种荧光实时定量聚合酶连锁反应系统的应用例的方块图。本发明的检测装置100可应用于一荧光实时定量聚合酶连锁反应系统10中，其中该荧光实时定量聚合酶连锁反应系统10包含所述检测装置100、一温控模块700及一分析模块800。依据本发明的一应用例，如图7所例示，所述温控模块700，具有加热模块710与散热模块720，而在控制单元的控制下产生所需要的热循环并对待测物进行温控，进而使得待测物中检测对象的量于每一次热循环后倍增，并使得中检测对象的量经过N次热循环后变成2的N次方倍；其中，依据本发明的一实施例，所述温控模块700具有一温度传感器730用以感测系统上的一温度，例如容置框架120或待测物等的温度，而可透过容置框架120对待测物进行温控；且依据本发明的一实施例，温度传感器730与检测装置100的容置框架120连接用以感测容置框架120的温度；且依据本发明的另一实施例，温度传感器730与容置框架120的套筒结构121连接用以感测套筒结构121的温度。所述检测装置100，包含一发光元件110、一光检测元件130、至少一反射式光学薄膜元件140(540)，设置于所述发光元件110与所光检测元件130间的荧光通道上，及一控制单元150，与所述至少一反射式光学薄膜元件140(540)耦接，用以控制一所述至少一反射式光学薄膜元件140(540)的反射光线的波段范围，其细节与操作方法及其各种实施态样已于前文说明，于此不再赘述。所述分析模块800，在控制单元150的控制下，对待测物在整个聚合酶连锁反应过程中的温度变化与荧光变化，实时地监测、记录与定量及/或定性分析；依据本发明的一实施例，所述分析模块800利用一分析软件进行分析；依据本发明的一实施例，所述分析模块800对光检测元件130所测得的讯号进行分析。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，都在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种检测装置，其特征在于包括：
一发光元件；
一光检测元件；
至少一反射式光学薄膜元件，设置于所述发光元件与所光检测元件间的荧光通道上；以及
一控制单元，与所述至少一反射式光学薄膜元件耦接，用以控制一所述至少一反射式光学薄膜元件的反射光线的波段范围。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述至少一反射式光学薄膜元件的每一个都包括一或多个反射式滤光单元。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述一或多个反射式滤光单元为一微机电系统反射式滤光单元。
4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述一或多个反射式滤光单元各具有一共振腔，且所述共振腔具有一深度距离，所述深度距离用以决定被所述反射式滤光单元所反射的光线的主发光波长的波段范围。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述至少一反射式光学薄膜元件包括一第一反射式光学薄膜元件，且具有所述共振腔的深度距离为一第一深度距离的所述一或多个反射式滤光单元设置于第一反射式光学薄膜元件上，用以反射主发光波长落于激发波段范围内且与所述第一深度距离相对应的出射光束。
6.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述至少一反射式光学薄膜元件包括一第二反射式光学薄膜元件，且具有所述共振腔的深度距离为一第二深度距离的所述一或多个反射式滤光单元设置于所述第二反射式光学薄膜元件上，用以反射主发光波长落于检测波段范围内且与所述第二深度距离相对应的出射光束。
7.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述至少一光学薄膜元件包括一或多个滤光区域，各所述一或多个滤光区域包含一或多个所述反射式滤光单元，且位于相同所述滤光区域的一或多个所述反射式滤光单元的所述共振腔的动作深度距离彼此相同，位于不同所述滤光区域的一或多个所述反射式滤光单元的所述共振腔的动作深度距离彼此不同。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述一或多个滤光区域包括一第一滤光区域，且位于所述第一滤光区域的所述反射式滤光单元用于反射主发光波长落于一激发波段范围的光线。
9.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述一或多个滤光区域包括一第二滤光区域，且位于所述第二滤光区域的所述反射式滤光单元的反射光线受到所述控制单元的控制而落于一检测波段范围。
10.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：
一容置框架，用以容置一待测物，且所述容置框架具有一开口，用以接收主发光波长落于激发波段范围内的部分所述激发光束。
11.一种检测方法，适用于一检测装置，其特征在于，所述检测装置包括一发光元件、一光检测元件、一控制单元以及至少一反射式光学薄膜元件，其中所述反射式光学薄膜元件设置于所述发光元件与所光检测元件间的荧光通道上，且所述检测方法包括：
利用所述发光元件提供激发光束，其中所述激发光束用以在照射一待测物后产生一荧光光束；
利用所述光检测元件接收所述荧光光束；
利用所述至少一反射式光学薄膜元件用以滤除入射光束的部分波段范围，且所述入射光束为所述激发光束与所述荧光光束的其中一个；以及
利用所述控制单元控制所述反射式光学薄膜元件，以反射所设定波段范围的光线。
12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述至少一反射式光学薄膜元件包括一或多个反射式滤光单元，且其中利用所述至少一反射式光学薄膜元件用以滤除入射光束的部分波段范围，为利用所述控制单元来控制所述一或多个反射式滤光单元以滤除入射光束的部分波段范围。
13.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述一或多个反射式滤光单元为一微机电系统反射式滤光单元，且其中利用所述控制单元来控制所述一或多个反射式滤光单元以滤除入射光束的部分波段范围，为利用所述控制单元来控制所述微机电系统反射式滤光单元以滤除入射光束的部分波段范围。
14.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述反射式滤光单元具有一共振腔，且所述控制单元控制所述共振腔的深度距离，以反射主发光波长与所述深度距离对应的光线。
15.根据权利要求14所述的检测方法，其特征在于，当所述发光元件提供的一激发光束入射所述至少一反射式光学薄膜元件时，所述控制单元控制所述激发光束照射的所述一或多个反射式滤光单元的至少一所述共振腔的深度距离为第一深度距离，以使经由所述至少一反射式光学薄膜元件反射的所述激发光束的主发光波长落于激发波段范围内且与所述第一深度距离相对应。
16.根据权利要求14所述的检测方法，其特征在于，当一荧光光束入射所述至少一反射式光学薄膜元件时，所述控制单元控制所述荧光光束照射的所述一或多个反射式滤光单元的至少一所述共振腔的深度距离为第二深度距离，以使经由所述至少一反射式光学薄膜元件反射的所述荧光光束的主发光波长落于检测波段范围内且与所述第二深度距离相对应。
17.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，更包括在所述至少一光学薄膜元件上提供一或多个滤光区域，各所述一或多个滤光区域包含一或多个所述反射式滤光单元，且位于相同所述滤光区域的一或多个所述反射式滤光单元的共振腔的动作深度距离彼此相同，位于不同所述滤光区域的一或多个所述反射式滤光单元的所述共振腔的动作深度距离彼此不同。
18.根据权利要求17所述的检测方法，其特征在于，所述一或多个滤光区域包括一第一滤光区域，且更包括以下步骤：利用所述控制单元控制位于所述第一滤光区域的所述反射式滤光单元而使得反射光线而落于一激发波段范围。
19.根据权利要求17所述的检测方法，其特征在于，所述多个滤光区域包括一第二滤光区域，且更包括以下步骤：利用所述控制单元控制位于所述第二滤光区域的所述反射式滤光单元而使得反射光线而落于一检测波段范围。
20.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述检测装置还包括：
容置框架，用以容置待测物，且所述容置框架具有一开口，且更包括以下步骤：利用所述开口形成光路而构成一荧光通道。
21.一种荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，其特征在于，包括：
一检测装置，一温控模块及一分析模块，其中
所述检测装置包括：
一发光元件；
一光检测元件；
至少一反射式光学薄膜元件，设置于所述发光元件与所光检测元件间的荧光通道上；以及
一控制单元，与所述至少一反射式光学薄膜元件耦接，用以控制一所述至少一反射式光学薄膜元件的反射光线的波段范围；
所述温控模块用以控制系统的一温度，且具有一加热模块，以及
所述分析模块用以分析来自所述光检测元件的一讯号。
22.根据权利要求21所述的荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，其特征在于，所述至少一反射式光学薄膜元件，包括一第一反射式光学薄膜元件用以反射主发光波长落于激发波段范围的出射光束及包括一第二反射式光学薄膜元件用以反射主发光波长落于检测波段范围的出射光束。
23.根据权利要求21所述的荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，其特征在于，所述至少一反射式光学薄膜元件的每一个都包括一或多个反射式滤光单元，其中所述一或多个反射式滤光单元各具有一共振腔，且所述共振腔具有一深度距离，所述深度距离用以决定被所述反射式滤光单元所反射的光线的主发光波长的波段范围。
24.根据权利要求21所述的荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，其特征在于，所述检测装置还包括一容置框架，用以容置一待测物，且所述容置框架具有一开口，用以接收主发光波长落于激发波段范围内的部分所述激发光束。
25.根据权利要求21所述的荧光实时定量聚合酶连锁反应系统，其特征在于，所述温控模块更具有一温度传感器与一散热模块。
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