TWI420092B

TWI420092B - 光學檢測裝置及光學檢測方法

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Publication number: TWI420092B
Application number: TW100106498A
Authority: TW
Inventors: Yung Sung Lan; chu yu Huang; Hann Wen Guan
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-12-21
Also published as: TW201226880A; WO2012088714A1

Description

光學檢測裝置及光學檢測方法

本發明是有關於一種光學系統與檢測方法，且特別是有關於一種光學檢測裝置與光學檢測方法。

光學檢測是一種利用光與物質的交互作用來對物質作檢測的方法。由於利用光的檢測通常不會對物質本身造成過多的破壞性，因此有利於用來作為各種物質的檢測。

表面電漿共振顯微術為近年來極具潛力的一種光學檢測方法，其可應用於生物科技領域中。生物科技是臺灣在這個世紀裏首要發展的國家科技的重點專案之一，而藥物開發更是生物科技的主流。開發快速檢測方式與有效的藥物篩選是所有生物制藥技術的共同目標，而表面電漿共振影像技術平臺將可有效率地篩選萃取物中的有效成分。此篩選技述也可被應用於各種接受器上，並針對不同接受器所篩選出來的標的物中的特異性配基來開發各種治療性的藥物，例如免疫調解藥物、抗發炎藥物、抗骨質疏鬆藥物、抗癌藥物及抗過敏藥物等。

此外，表面電漿共振技術近來來被大量應用在發展生物分子感測器上，這是一種利用光學的方式便可達到非標記、高敏感度、少量樣本、即時的檢測方法。表面電漿共振技術利用生物免疫分析的特殊選擇性，可以在複雜的混合物中偵測到相當低濃度的特定分子。

橢圓偏光術也為一種光學檢測方法，其利用不同偏振光來量測樣品厚度及其折射率，而可達到非破壞性的量測。

本發明的一實施例提出一種光學檢測裝置，適於量測待測物質。此光學檢測裝置包括第一旋轉臂、第二旋轉臂、光源、光偵測器、承載器及控制單元。第二旋轉臂經由旋轉中心與第一旋轉臂樞接。光源配置於第一旋轉臂上。光偵測器配置於第二旋轉臂上，其中待測物質適於配置於旋轉中心附近。承載器配置於旋轉中心上，其中承載器具有承載面，且承載面用以承載待測物質。光偵測器具有感光面，且控制單元用以根據第二旋轉臂與承載面的法向量的反向量的夾角，來調整感光面的法向量相對於第二旋轉臂的延伸方向的夾角。當第二旋轉臂與承載面的法向量的反向量的夾角遞增或遞減時，控制單元使感光面的法向量相對於第二旋轉臂的延伸方向的夾角遞增或遞減。

本發明的另一實施例提出一種光學檢測方法，其包括下列步驟。提供上述光學檢測裝置。將待測物質置於旋轉中心附近。開啟光源，以使光源所發出的照明光束照射在待測物質上，其中待測物質將照明光束反射成感測光。以光偵測器偵測感測光。改變照明光束入射待測物質的角度，且同時改變光偵測器所偵測到的感測光的反射角度，並根據第二旋轉臂與承載面的法向量的反向量的夾角，來調整感光面的法向量相對於第二旋轉臂的延伸方向的夾角。當第二旋轉臂與承載面的法向量的反向量的夾角遞增或遞減時，使感光面的法向量相對於第二旋轉臂的延伸方向的夾角遞增或遞減。

為讓本發明之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明的一實施例的光學檢測裝置的分解圖。圖2A為圖1中的第一旋轉臂、第二旋轉臂、推桿、致動器及基板的立體示意圖，而圖2B繪示圖2A的結構的背面。圖3為圖1的光學檢測裝置的光路示意圖。請參照圖1、圖2A、圖2B及圖3，本實施例的光學檢測裝置100適於量測待測物質52。在本實施例中，光學檢測裝置100例如為表面電漿共振影像儀(surface plasmon resonance image apparatus)，而待測物質52例如為水、液體、藥物、有機體、微生物體或其他生化物質。光學檢測裝置100包括第一旋轉臂110、第二旋轉臂120、推桿130、光源210及光偵測器230。第一旋轉臂110具有第一溝槽112。第二旋轉臂120經由旋轉中心140與第一旋轉臂110樞接，且具有第二溝槽122。推桿130具有相對的第一端132與第二端134，且包括配置於第一端132的第一栓136及配置於第二端134的第二栓138。第一栓136滑設於第一溝槽112，且第二栓138滑設於第二溝槽122。光源210配置於第一旋轉臂110上，光偵測器230配置於第二旋轉臂120上，且待測物質52適於配置於旋轉中心140附近。

在本實施例中，光學檢測裝置100還包括表面電漿共振檢測部50，其配置於旋轉中心140上，且接觸待測物質52，以產生表面電漿共振現象。在本實施例中，表面電漿共振檢測部50例如為稜鏡式表面電漿共振感測部。此外，表面電漿共振檢測部50例如為承載器，其具有承載面59，而承載面59用以承載待測物質52。具體而言，表面電漿共振檢測部50包括稜鏡51、透明板58、金屬膜56及多個生物探針54。在本實施例中，承載面59位於旋轉中心140上，例如是金屬膜56位於旋轉中心140上。此外，在本實施例中，金屬膜26上的中心線的延伸線通過旋轉中心140，此中心線例如是通過金屬膜26的中心且將金屬膜26等分成兩部分的參考線。換言之，旋轉中心140對準金屬膜26的中心線設置。然而，在其他實施例中，亦可以是金屬膜26上的一參考線的延伸線通過旋轉中心，且此參考線實質上平行於金屬膜26的中心線，但不與此中心線重合。換言之，旋轉中心140偏離金屬膜56的中心線設置。在本實施例中，透明板58例如為玻璃板，金屬膜56例如為金薄膜，而生物探針54配置於承載面59上，其中生物探針54則可抓取待測物質52中的特定成分以供量測用。在本實施例中，透明板58配置於稜鏡51與金屬膜56之間。此外，透明板58與稜鏡51之間可設有折射率匹配油層，以達到更佳的光耦合效果，且可避免光在介面上的反射損失。

在本實施例中，光源210例如為發光二極體(light emitting diode,LED)，其適於發出照明光束212(如圖3所繪示)。然而，在其他實施例中，光源210亦可以是雷射發射器。表面電漿共振檢測部50配置於照明光束212的傳遞路徑上，照明光束212在照射於表面電漿共振檢測部50後，產生攜帶有表面電漿共振資訊的感測光214，且光偵測器230配置於感測光214的傳遞路徑上。具體而言，在本實施例中，照明光束212於光源210與表面電漿共振檢測部50之間的傳遞路徑上設有遮片250、透鏡組260、帶通濾光器270及偏振器220，且這些元件均配置於第一旋轉臂110上，其中這些元件可構成照明光學模組205。

遮片250具有孔252，而照明光束212經由孔252通過遮片250。透鏡組260則用以提升照明光束212的准直性。帶通濾光器270則是用以純化照明光束212的顏色，以使照明光束212接近於單波長光束。偏振器220則用以使照明光束212產生線性偏振，而其偏振方向對於承載面59而言為P偏振。當具P偏振的照明光束212經由稜鏡51及透明板58而照射於金屬膜56時，生物探針54所抓取到的待測物質52會改變金屬膜56的表面電漿共振狀態。此外，金屬膜56會將照明光束212反射成感測光214，以使感測光攜帶表面電漿共振資訊。感測光214於表面電漿共振檢測部50與光偵測器230之間的傳遞路徑上設有成像光學模組240，以使感測光214傳遞至光偵測器230，並將金屬膜56面成像於光偵測器230上，其中成像光學模組240配置於第二旋轉臂120上。在本實施例中，成像光學模組240例如為成像鏡頭。光偵測器230例如為電荷耦合元件攝影機(charge coupled device camera,CCD camera)或互補式金氧半導體攝影機(complementary metal oxide semiconductor camera,CMOS camera)，以拍攝金屬膜56上的表面電漿共振影像。此外，通過第一旋轉臂110與第二旋轉臂120的轉動，可變化照明光束212入射金屬膜56的入射角，進而通過拍攝到的表面電漿共振影像找到待測物質52所產生的共振角，如此便可分析出待測物的種類與特性。

由於金屬膜56的反射符合反射定律，因此無論第一旋轉臂110如何轉動而使光源210轉動，可設計使照明光束212在光軸上的光線的入射角θ1保持實質上等於進入光偵測器230的感測光214在光軸上的光線的反射角θ2，這樣能夠達到較佳的量測效果。換言之，無論光源210如何轉動，照明光束212的光軸與感測光214的光軸的角平分線E實質上與金屬膜56的法線重合。為了達到這樣的效果，可將光學檢測裝置100設計成當第一栓136與第二栓138分別在第一溝槽112與第二溝槽122中滑動時，第一栓136至旋轉中心140的距離維持實質上等於第二栓138至旋轉中心140的距離。也就是說，無論第一旋轉臂110與第二旋轉臂120如何轉動，第一栓136、第二柱138及旋轉中心140所構成的三角形始終都是等腰三角形，如此一來，第一旋轉臂110與第二旋轉臂120的角平分線E保持與承載面59垂直，進而使入射角θ1保持在實質上等於反射角θ2的狀態，以達到較佳的量測效果。

在本實施例中，光學檢測裝置100還包括基板150，其具有多個第三溝槽(在圖1中是以第三溝槽152與第三溝槽154為例，且推桿130還包括多個第三栓(在圖2B中是以第三栓135與第三栓137為例)，分別滑設於這些第三溝槽152、154中，其中這些第三溝槽152、154實質上平行於第一旋轉臂110與第二旋轉臂120的角平分線E。在本實施例中，第三栓135位於推桿130的第一端132，且第三栓135與第一栓136分別位於推桿130的相對兩側。此外，第三栓137位於推桿130的第二端134，且第三栓137與第二栓138分別位於推桿130的相對兩側。再者，在本實施例中，推桿130配置於基板150與第一旋轉臂110之間，且配置於基板150與第二旋轉臂120之間。

在本實施例中，第一溝槽112實質上平行於照明光束212的光軸，且第二溝槽122實質上平行於感測光214的光軸。當第一栓136與第二栓138分別逐漸往第一溝槽112的靠近旋轉中心140的一端與第二溝槽122的靠近旋轉中心140的一端滑動時(此時第三栓135、137及推桿130往圖式的上方移動)，第一旋轉臂110與第二旋轉臂120之間的夾角逐漸變大。當第一旋轉臂110與第二旋轉臂120之間的夾角產生變化時，第一旋轉臂110與第二旋轉臂120的角平分線E與承載面59的夾角維持不變(在本實施例中是以夾角維持在90度為例)。

通過使推桿130上下移動，便能夠使入射角θ1產生變化，進而找到待測物質52的共振角。在本實施例中，光學檢測裝置100還包括致動器180，連接至推桿130，以驅使推桿130移動而使第一栓136與第二栓138分別在第一溝槽112與第二溝槽122中滑動。如此一來，入射角01會維持在實質上等於反射角θ2的狀態，便能達到較佳的光學量測效果。致動器180例如為線性馬達，但本發明不以此為限。本實施例的光學檢測裝置100通過較簡易的機構作動，就能夠使照明光束252的光軸的入射角θ1維持與感測光214的光軸的反射角θ2實質上相等，因此本實施例的光學檢測裝置100能夠兼具較低的製造成本與較佳的量測準確性。此外，本實施例的光學檢測裝置100由於通過致動器180驅動推桿130，因此光學檢測裝置100可不斷地作即時(real time)量測。舉例而言，待測物質52例如為流動的液體，而隨著液體不斷地流動，光學檢測裝置100可即時監控液體的特性在不同時間的變化。然而，在其他實施例中，光學檢測裝置亦可不包括致動器180，而是使用者用手移動推桿130。

圖4為本發明的另一實施例的光學檢測裝置中的第一旋轉臂、第二旋轉臂、推桿、致動器及基板的立體示意圖。請參照圖4，本實施例的光學檢測裝置與圖1的光學檢測裝置100類似，而兩者的差異如下所述，在本實施例的光學檢測裝置中，基板150位於推桿130a與第一旋轉臂110之間，且基板150位於推桿130a與第二旋轉臂120之間。此外，推桿130a不具有圖2B中的第三栓135、137，而推桿130a的第一栓136與第二栓138除了分別滑設於第一溝槽112與第二溝槽122之外，還分別滑設於這些第三溝槽152、154。換言之，第一栓136經由第三溝槽152穿過基板150而滑設於第一溝槽112，且第二栓138經由第三溝槽154穿過基板150而滑設於第二溝槽122。

圖5與圖6為本發明的又一實施例的光學檢測裝置中的第一旋轉臂、第二旋轉臂、推桿、致動器及基板的兩個不同視角的立體示意圖。請參照圖5與圖6，本實施例的光學檢測裝置與圖1的光學檢測裝置100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的光學檢測裝置中，光學檢測裝置還包括滑軌160，配置於基板150上，其中推桿130b不可轉動地滑設於滑軌160上，且滑軌160實質上平行於第一旋轉臂110與第二旋轉臂120的角平分線E。具體而言，在本實施例中，滑軌160與第一旋轉臂110分別設於基板150的相對兩側，且滑軌160與第二旋轉臂120分別設於基板150的相對兩側。光學檢測裝置還包括滑動部170，且推桿130b通過滑動部170滑設於滑軌160上。

在本實施例中，基板150具有至少一第三溝槽(在圖5中是以兩個第三溝槽152b與154b為例)，滑動部170與推桿130b分別設於基板150的相對兩側。此外，光學檢測裝置還包括至少一連接部135b(在本實施例中是以兩個連接部為例)，一個連接部135b穿過第三溝槽154b，而另一個圖5中被致動器180遮擋到而沒繪出的連接部通過第三溝槽152b，且兩個連接部皆連接滑動部170與推桿130b。此外，兩個連接部適於分別在第三溝槽152b與第三溝槽154b中移動。致動器180連接至滑動部170，以驅使滑動部170在滑軌上滑動，進而帶動推桿130b上下移動。如此一來，便能夠使第一旋轉臂110與第二旋轉臂120轉動，並同時維持入射角θ1實質上等於反射角θ2(請參照圖3)。

圖7為本發明的再一實施例的光學檢測裝置的光路示意圖。本實施例的光學檢測裝置與圖1及圖3的光學檢測裝置類似，而兩者的差異在於本實施例的光學檢測裝置的表面電漿共振檢測部50c為光柵式表面電漿共振感測部。具體而言，表面電漿共振檢測部50c的表面具有光柵結構54c，其可抓取待測物質52。此外，表面電漿共振檢測部50c的承載面59c亦維持在實質上垂直於照明光束212的光軸與感測光214的光軸的角平分線E的狀態，亦即第一旋轉臂110與第二旋轉臂120(請參照圖1)的角平分線E維持在承載面59c的法線上。

圖8與圖9為本發明的另二實施例的光學檢測裝置的光路示意圖。在這兩個實施例中，僅繪示出光路來說明，而其餘的機構(例如第一旋轉臂110、第二旋轉臂120、推桿130、基板150、致動器180)均與圖1相同，因此相關機構請參照圖1，在此不再重複繪製。請參照圖8，本實施例的光學檢測裝置為橢圓儀，其可用以量測待測物52d的厚度，其中待測物52d例如為薄膜。在本實施例中，光源210d例如為雷射光束，其所發出的照明光束212d例如為單波長雷射光束。在另一實施例中，光源亦可以採用多波長光源(例如白色光源)搭配在照明光束的傳遞路徑上設置帶通濾光器來獲得單波長光束。

在本實施例中，光學檢測裝置還包括第一偏振器222d及第二偏振器242d。光源210d所發出的照明光束212d照射在待測物質52d上，第一偏振器222d配置於照明光束212d的傳遞路徑上，且位於光源210d與待測物質52d之間。待測物質52d將照明光束212d反射成感測光214d，且感測光214d射向光偵測器230d。第二偏振器242d配置於感測光214d的傳遞路徑上，且位於待測物質52d與光偵測器230d之間。在本實施例中，光源210d與第一偏振器222d配置於第一旋轉臂110(請參照圖1)上，待測物質52d配置於旋轉中心140(請參照圖1)附近，且第二偏振器242d與光偵測器230d配置於第二旋轉臂120(請參照圖1)上。在本實施例中，通過第一旋轉臂110與第二旋轉臂120的旋轉，可使照明光束212d入射待測物52d的入射角改變，進而使照明光束212d的光軸與感測光214d的光軸的角平分線E實質上垂直於待測物52d的表面，如此便能夠達到較佳的量測效果。在本實施例中，光學檢測裝置可還包括相位延遲器224d，例如為四分之一波片，此時光學檢測裝置可採用歸零式消光法(null elliposmeter)來作量測。請參照圖9，本實施例的光學檢測裝置與圖8的光學檢測裝置類似，而兩者的差異在於圖9的光學檢測裝置不採用圖8的相位延遲器224d，因此圖9的光學檢測裝置可採用相位調製光度量測法(photometric ellipsometer)來作量測。

本發明的光學檢測裝置不限定為表面電漿共振影像儀、橢圓儀或橢圓影像儀，在其他實施例中，光學檢測裝置可以是其他任何需使照明光束的光軸與感測光的光軸的角平分線不隨著照明光束的入射角的改變而改變的光學儀器。

圖10為本發明的又一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖。請參照圖10，本實施例的光學檢測裝置100e與圖1的光學檢測裝置100有部分類似。兩者類似或相同的部分的元件以相同的標號表示出，而其詳細的功用與作動在此不再重述。此外，兩者不同之處如下所述。在本實施例的光學檢測裝置100e中，驅使第一旋轉臂110e與第二旋轉臂120e轉動的機構不限制為前述實施例的機構，其可以是任何形式的可驅使第一旋轉臂110e與第二旋轉臂120e旋轉的機構。在本實施例中，第一旋轉臂110e與第二旋轉臂120e適於等角度反向旋轉，亦即無論第一旋轉臂110e與第二旋轉臂120e如何旋轉，第一旋轉臂110e與垂直於承載面59的角平分線E的夾角始終維持在實質上等於第二旋轉臂120e與角平分線E的夾角的狀態。

光學檢測裝置100e包括控制單元310，且光偵測器230具有感光面234e。具體而言，光偵測器230具有影像偵測元件232e，而感光面234e例如為影像偵測元件232e的感光面，其中影像偵測元件232e例如為電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或互補式金氧半導體感測器(complementary metal oxide semiconductor sensor,CMOS sensor)。控制單元310用以根據第二旋轉臂120e與承載面的法向量V1的反向量(inverse vector)的夾角φ1，來調整感光面234e的法向量V2相對於第二旋轉臂的延伸方向(在本實施例中即平行於成像光學模組240的光軸124的方向)的夾角φ2。舉例而言，當夾角φ1由一第一角度遞增時，控制單元310在夾角φ1為第一角度時給夾角φ2一初始的第三角度，當夾角φ1由第一角度遞增至一第二角度時，夾角φ2由一第三角度遞減至一第四角度，其中第一角度小於第二角度，且第四角度小於第三角度。或者，當夾角φ1從第二角度遞減至第一角度時，夾角φ2從第四角度遞增至第三角度。

在另一實施例中，亦可以是當夾角φ1由一第一角度遞增時，控制單元310在夾角φ1為第一角度時給夾角φ2一初始的第三角度，當夾角φ1由第一角度遞增至一第二角度時，夾角φ2由一第三角度遞增至一第四角度，其中第一角度小於第二角度，且第三角度小於第四角度。或者，當夾角φ1從第二角度遞減至第一角度時，夾角φ2從第四角度遞減至第三角度。

在本說明書中，物體的表面的法向量定義為由所述物體內指向所述物體外，且垂直於所述表面的向量。此外，在本說明書中，向量與直線(或臂)的夾角定義為所述向量與所述直線(或所述臂)的兩個相加起來等於180度的夾角中較小的那一個，而當所述向量與所述直線(或所述臂)互相垂直時，則兩者的夾角為90度。

靜態時，物平面例如承載面59與光軸不為垂直，會造成光偵測器230所偵測到的承載面59的影像有透視變形(perspective distortion)，其亦可稱為梯形失真(keystone distortion)。動態掃瞄時，假設夾角φ1增加但φ2維持為0度，光偵測器230所偵測到承載面59的影像會隨著夾角φ1增加而造成光偵測器230所偵測到影像壓縮變形。此時，需透過軟體修正影像以修正透視變形與影像壓縮的因素後，才能將不同夾角φ1所測得的不同量測點的資料作比較。然而，透過軟體修正影像後，影像的解析度會大為降低，這會影響到量測的準確性，這種問題在φ1越大時越為嚴重。然而，在本實施例的光學檢測裝置100e中，當夾角φ1由一第一角度遞增時，控制單元310在夾角φ1為第一角度時給夾角φ2一初始的第三角度，當夾角φ1由第一角度遞增至一第二角度時，夾角φ2由一第三角度遞減至一第四角度，其中第一角度小於第二角度，且第四角度小於第三角度。或者，當夾角φ1從第二角度遞減至第一角度時，夾角φ2從第四角度遞增至第三角度。在另一實施例中，亦可以是當夾角φ1由一第一角度遞增時，控制單元310在夾角φ1為第一角度時給夾角φ2一初始的第三角度，當夾角φ1由第一角度遞增至一第二角度時，夾角φ2由一第三角度遞增至一第四角度，其中第一角度小於第二角度，且第三角度小於第四角度。或者，當夾角φ1從第二角度遞減至第一角度時，夾角φ2從第四角度遞減至第三角度。如此一來，則可有效降低透視變形與影像壓縮的程度，進而有效改善上述影像解析度降低的問題。如此一來，本實施例的光學檢測裝置100e的量測準確度與可靠度便可大為提升。

以下以表格來幫助說明上述四種φ1及φ2的遞增、遞減的情況：

在情況1中，夾角φ1從較小的第一角度遞增至較大的第二角度，而此時夾角φ2從較大的初始的第三角度遞減至較小的第四角度。在情況2中，夾角φ1從較大的第一角度遞減至較小的第二角度，而此時夾角φ2從較小的第三角度遞增至較大的第四角度。在情況3中，夾角φ1從較小的第一角度遞增至較大的第二角度，而此時夾角φ2從較小的初始的第三角度遞增至較大的第四角度。在情況4中，夾角φ1從較大的第一角度遞減至較小的第二角度，而此時夾角φ2從較大的第三角度遞減至較小的第四角度。上述不同情況中的第一角度可以彼此不完全相同或完全不同。同理，這四種情況中的第二角度亦可以彼此不完全相同或完全不同。以此類推，不同情況中的第三角度與第四角度亦是如此。其中，情況1與情況2是發生在夾角φ2對夾角φ1的補償效果過大時，而情況3與情況4是發生在夾角φ2對夾角φ1的補償效果不足時，而此補償效果是指經由夾角φ2的變化來降低透視變形與影像壓縮的程度的效果。

在本實施例中，光學檢測裝置100e還包括致動器320，其連接至光偵測器230，且用以驅使感光面234e旋轉，其中致動器320電性連接至控制單元310，且控制單元310適於命令致動器320驅使感光面234e旋轉。具體而言，控制單元310例如為控制電路，其通過電訊號命令致動器320驅使感光面234e旋轉。在本實施例中，光偵測器230樞接於第二旋轉臂120e上，致動器320例如為馬達，其驅使光偵測器230轉動，而光偵測器230帶動感光面234e旋轉。在本實施例中，致動器320位於光偵測器230與第二旋轉臂120e之間，亦即第二旋轉臂120e上先配置致動器320後，再將光偵測器230配置於致動器320上。然而，在其他實施例中，亦可以是光偵測器230位於致動器320與第二旋轉臂120e之間，亦即第二旋轉臂123e上先配置光偵測器230後，再配置致動器320。

感光面234e具有通過感光面234e的中心的中心線235e，此中心線235e落在感光面234e上，且感光面234e繞此中心線235e旋轉。為了使影像的成像效果更為良好，在本實施例中，可使致動器320的旋轉軸位於感光面234e的中心線235e的延伸線上，且使感光面234e的中心線235e垂直於第一旋轉臂110e與第二旋轉臂120e的旋轉平面。此外，可再進一步使感光面234e的中心線235e與成像光學模組240的光軸124相交，如此亦有助於提升影像的成像效果。在本實施例中，中心線235e與光軸124實質上互相垂直。此外，在本實施例中，夾角φ1的變動範圍是落在大於0度且小於90度的範圍內，且夾角φ2的變動範圍是落在0度至70度的範圍內。此外，夾角φ1與夾角φ2的範圍可相關於光學檢測裝置100e的放大倍率。然而，在其他實施例中，感光面234e亦可以是繞著感光面234e上偏離感光面234e的中心的參考線旋轉，此參考線例如與中心線235e平行但不重合。此外，致動器320的旋轉軸亦可以是位於此參考線的延伸線上。

為了避免外界的雜散光對光學檢測結果的干擾，在本實施例中，光學模測裝置100e還包括中空遮光彈性套筒330，連接成像光學模組240與光偵測器230，其中中空遮光彈性套筒330將成像光學模組240與光偵測器230之間的感測光214密閉於中空遮光彈性套筒330中。換言之，中空遮光彈性套筒330環繞成像光學模組240的光軸124，且不漏光地緊密連接成像光學模組240與光偵測器230。如此一來，外界的雜散光便不會射入光偵測器230中以造成對量測結果的干擾。當光偵測器230轉動以帶動感光面234e轉動時，中空遮光彈性套筒330隨之變形，而有保持此過程雜散光不跑到光偵測器上。

控制單元310以查表的方式根據第二旋轉臂120e與承載面59的法向量V1的反向量的夾角φ1，來找到感光面234e的法向量V2相對於第二旋轉臂120e的延伸方向的對應的夾角φ2。具體而言，可先經由實驗得知，當夾角φ1的大小為某個值時，採用何種大小的夾角φ2可得到最佳的檢測效果，並將此時的φ1值與φ2值記錄於表格中。然後，再經過一連串的實驗建立了各種φ1值與最佳的φ2值的對應關係，並將此對應關係記錄與表格中。而當光學檢測裝置100e出廠後使用時，控制單元310可透過致動器將第二旋轉臂124驅動至特定的夾角φ1，且以查表的方式找到對應的φ2值，並使感光面234e旋轉至此角度。

圖11A為本發明的再一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖，而圖11B為圖11A的局部放大圖。請參照圖11A與圖11B，本實施例的光學檢測裝置100f類似於圖10的光學檢測裝置100e，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，光學檢測裝置100f還包括基板150f，其中第一旋轉臂110e與第二旋轉臂120e通過旋轉中心140樞設於基板150f上。在本實施例中，控制單元310f為機構式控制單元。具體而言，控制單元310f包括曲線形溝槽312f及限制栓314f。曲線形溝槽312f設於基板150f上，限制栓314f連接至光偵測器230，例如是透過控制單元310f的旋轉盤316f連接至光偵測器230。此外，限制栓314f滑設於曲線形溝槽312f中。當第二旋轉臂120e旋轉時，曲線形溝槽312f的軌跡迫使限制栓314f在曲線形溝槽312f中滑動，進而帶動感光面234e旋轉，亦即通過帶動旋轉盤316f旋轉而進而使光偵測器230隨之旋轉。當曲線形溝槽312f的軌跡經過適當的設計後，夾角φ1與夾角φ2便能夠有適當的對應關係，進而提升光學檢測結果的正確性。

圖12為本發明的另一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖。請參照圖12，本實施例的光學檢測裝置100h類似於圖10的光學檢測裝置100e，而兩者的差異在於在本實施例的光學檢測裝置100h中是以遮光殼體330h來取代圖10中的中空遮光彈性套筒330。遮光殼體330h包覆成像光學模組240與光偵測器230之間的感測光214的傳遞路徑，且包覆部分成像光學模組240與至少部分光偵測器230(圖12中是以包覆整個光偵測器230為例)。如此一來，外界的雜散光便較不會射入光偵測器230中以造成對量測結果的干擾。

圖10、圖11A與圖12的實施例的概念也可應用於上述圖1、圖2A、圖2B、圖4、圖5及圖6的光學檢測裝置中，以下舉出一實施例作為代表來說明。

圖13為本發明的又一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖。請參照圖13，本實施例的光學檢測裝置100g為圖1的光學檢測裝置100及圖10的光學檢測裝置100e的綜合體，其中與圖1及圖10相同標號的元件代表相同或類似的元件，其功用在此不再重述。在光學檢測裝置100g中，致動器320連接至光偵測器230以驅使光偵測器230隨著第二旋轉臂120的旋轉而旋轉，其中旋轉的方式與旋轉的量請參照圖10的實施例，在此不再重述。在本實施例中，光偵測器230配置於致動器320與第二旋轉臂120之間。此外，控制單元310電性連接至致動器180與致動器320。當控制單元310命令致動器180將第二旋轉臂120推動至某特定角度時，亦通過查表而得知光偵測器230應轉動至何種角度，並命令致動器320將光偵測器230旋轉至此角度。

圖14為本發明的一實施例的光學檢測方法的流程圖。請參照圖14，本實施例的光學檢測方法適用於圖1至圖9的光學檢測裝置，而以下是採用圖1的光學檢測裝置100為例來說明。首先，執行步驟S110，其為提供上述光學檢測裝置100。接著，執行步驟S120，將待測物質52置於旋轉中心140附近。然後，執行步驟S130，開啟光源210，以使光源210所發出的照明光束212(如圖3所繪示)照射在待測物質52上，其中待測物質52將照明光束212反射成感測光214。之後，執行步驟S140，以光偵測器230偵測感測光214。再來，執行步驟S150，移動推桿130，以使第一栓136與第二栓138分別在第一溝槽112與第二溝槽122中滑動，進而改變照明光束212入射待測物質52的角度，且同時改變光偵測器230所偵測到的感測光214的反射角度。通過使推桿130上下移動，便能夠使入射角θ1產生變化，進而找到待測物質52的共振角。以上步驟中所產生的機構連動及步驟的細節請參照圖1至圖9的實施例，再此不再重述。

圖15為本發明的另一實施例的光學檢測方法的流程圖。請參照圖15，本實施例的光學檢測方法與圖14的光學檢測方法類似，而兩者的差異在於圖14的步驟S150與圖15的步驟S150’略有不同，且本實施例的光學檢測方法可應用於圖10至圖13的光學檢測裝置100e、100f、100g、100h。在本實施例的步驟S150’中，當改變照明光束212入射待測物質52的角度，且改變光偵測器230所偵測到的感測光214的反射角度的同時，根據第二旋轉臂120e與承載面59的法向量V1的反向量的夾角，來調整感光面234e的法向量V2相對於第二旋轉臂120e的延伸方向的夾角。當夾角φ1從一第一角度遞增至一第二角度時，使夾角φ2對應地從一第三角度遞減至一第四角度，其中第一角度、第二角度、第三角度與第四角度皆大於0度且小於90度。或者，當夾角φ1從第二角度遞減至第一角度時，使夾角φ2對應地從第四角度遞增至第三角度。在另一實施例中，亦可以是當夾角φ1從一第一角度遞增至一第二角度時，使夾角φ2對應地從一第三角度遞增至一第四角度，其中第一角度、第二角度、第三角度與第四角度皆大於0度且小於90度。或者，當夾角φ1從第二角度遞減至第一角度時，使夾角φ2對應地從第四角度遞減至第三角度。上述步驟的詳細細節與功用請參照圖10至圖12的實施例，在此不再重述。此外，當採用圖13的光學檢測裝置100g時，步驟S150’中的改變照明光束212入射待測物質52的角度且改變光偵測器230所偵測到的感測光214的反射角度可由移動推桿130來達成，詳細的細節與功用請參照圖13的實施例，在此不再重述。

綜上所述，在本發明的實施例的光學檢測裝置及光學檢測方法中，由於當第一栓與第二栓分別在第一溝槽與第二溝槽中滑動時，第一栓至旋轉中心的距離維持實質上等於第二栓至旋轉中心的距離，因此無論第一旋轉臂與第二旋轉臂旋轉至何種角度，第一旋轉臂與第二旋轉臂的角平分線的位置維持不變。如此一來，便可達到較佳的光學量測效果。

此外，本發明的實施例的光學檢測裝置通過較簡易的機構作動，就能夠使照明光束的光軸的入射角維持與感測光的光軸的反射角實質上相等，因此本發明的實施例的光學檢測裝置能夠兼具較低的製造成本與較佳的量測準確性。再者，本發明的實施例的光學檢測裝置由於通過致動器驅動推桿，因此光學檢測裝置可不斷地作即時量測。

再者，在本發明的實施例的光學檢測裝置及光學檢測方法中，當第二旋轉臂與承載面的法向量的反向量的夾角遞增或遞減時，可使感光面的法向量相對於第二旋轉臂的延伸方向的夾角遞增或遞減，如此一來，便可有效降低在光偵測器中所成的像的透視變形與影像壓縮，進而提升光學檢測裝置與光學檢測方法的檢測準確度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50、50c．．．表面電漿共振檢測部

51．．．稜鏡

52、52d．．．待測物質

54．．．生物探針

54c．．．光柵結構

56．．．金屬膜

58．．．透明板

59、59c．．．承載面

100、100e、100f、100g、100h．．．光學檢測裝置

110、110e．．．第一旋轉臂

112．．．第一溝槽

120、120e．．．第二旋轉臂

122．．．第二溝槽

124．．．光軸

130、130a、130b．．．推桿

132．．．第一端

134．．．第二端

135、137．．．第三栓

135b．．．連接部

136．．．第一栓

138．．．第二栓

140．．．旋轉中心

150、150f．．．基板

152、152b、154、154b．．．第三溝槽

160．．．滑軌

170．．．滑動部

180、320．．．致動器

210、210d．．．光源

212、212d．．．照明光束

214、214d．．．感測光

220．．．偏振器

222d．．．第一偏振器

224d．．．相位延遲器

230、230d．．．光偵測器

232e．．．影像偵測元件

234e．．．感光面

235e．．．中心線

240．．．成像光學模組

242d．．．第二偏振器

250．．．遮片

252．．．孔

260．．．透鏡組

270．．．帶通濾光器

310、310f．．．控制單元

312f．．．曲線形溝槽

314f．．．限制栓

316f．．．旋轉盤

330．．．中空遮光彈性套筒

330h．．．遮光殼體

E．．．角平分線

S110～S150、S150’．．．步驟

V1、V2．．．法向量

θ1．．．入射角

θ2．．．反射角

φ1、φ2．．．夾角

圖1為本發明的一實施例的光學檢測裝置的分解圖。

圖2A為圖1中的第一旋轉臂、第二旋轉臂、推桿、致動器及基板的立體示意圖。

圖2B為圖2A的結構的背面。

圖3為圖1的光學檢測裝置的光路示意圖。

圖4為本發明的另一實施例的光學檢測裝置中的第一旋轉臂、第二旋轉臂、推桿、致動器及基板的立體示意圖。

圖5與圖6為本發明的又一實施例的光學檢測裝置中的第一旋轉臂、第二旋轉臂、推桿、致動器及基板的兩個不同視角的立體示意圖。

圖7為本發明的再一實施例的光學檢測裝置的光路示意圖。

圖8與圖9為本發明的另二實施例的光學檢測裝置的光路示意圖。

圖10為本發明的又一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖。

圖11A為本發明的再一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖。

圖11B為圖11A的局部放大圖。

圖12為本發明的另一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖。

圖13為本發明的又一實施例的光學檢測裝置的結構示意圖。

圖14為本發明的一實施例的光學檢測方法的流程圖。

圖15為本發明的另一實施例的光學檢測方法的流程圖。

50．．．表面電漿共振檢測部

52．．．待測物質

59．．．承載面

100e．．．光學檢測裝置

110e．．．第一旋轉臂

120e．．．第二旋轉臂

124．．．光軸

140．．．旋轉中心

210．．．光源

212．．．照明光束

214．．．感測光