TWI454684B - 生化檢測系統及其光源模組 - Google Patents

Description

生化檢測系統及其光源模組

本發明是有關於一種生化檢測系統，且特別是有關於一種光學生化檢測系統。

目前光學生化檢測系統所使用的光源大多為氙氣燈，其主要原因為氙氣燈能夠於可見光的範圍內提供強度差距較小的光源，有利於後續分析的執行。然而，氙氣燈的價格較高，卻不利於光學生化檢測系統的普及化。

雖然，目前光學生化檢測系統亦有使用價格較低的鹵素光源，但執行分析時可能需要針對可見光部份波長的光源作分析，需要執行多次才能完成可見光全光譜的分析，而無法一次執行可見光全光譜的分析。這對某些可見光全光譜的分析而言是不允許的。鹵素光源於可見光的範圍內的強弱之間的差距可能會超過20倍，在一次感測可見光全光譜後，後續分析的執行會難度很高或無法分析。

有鑑於上述的問題，光學生化檢測系統需要一種平價的光源模組解決方案。

因此，本發明之一目的是在提供一種改良的光學生化檢測系統，藉以取代以氙氣光源的光學生化檢測系統。

依據之一上述目的，提出一種生化檢測系統之光源模組，其包含一鹵素光源、一第一分光鏡、一波長介於380奈米與420奈米之間的藍紫光源、一波長介於320奈米與360奈米之間的紫外光源以及一第二分光鏡。第一分光鏡用以反射鹵素光源。藍紫光源穿透第一分光鏡，且與被第一分光鏡反射之鹵素光源大致沿第一方向傳遞。第二分光鏡用以反射藍紫光源與鹵素光源沿第二方向傳遞。紫外光源於穿透第二分光鏡後與紫外光源一起用以檢測一待檢測樣本。

依據本發明一實施例，光源模組更包含一濾光鏡用以衰減鹵素光源中波長介於600奈米與800奈米之間的光源，該濾光鏡位於該鹵素光源與該第一分光鏡之間。

依據本發明另一實施例，藍紫光源光源為一發光二極體。

依據本發明另一實施例，紫外光源為一發光二極體。

依據本發明另一實施例，紫外光源包含另一鹵素光源以及一波長介於320奈米與360奈米之間的干涉濾光鏡，干涉濾光鏡位於另一鹵素光源與第二分光鏡之間。

依據本發明另一實施例，第一分光鏡為一全波段分光鏡。

依據本發明另一實施例，第二分光鏡為一針對紫外光源85%穿透及15%反射的分光鏡。

依據之一上述目的，提出一種生化檢測系統之光源模組，其包含一鹵素光源、一濾光鏡、一波長介於320奈米與360奈米之間的紫外光源以及一第二分光鏡。鹵素光源沿第一方向傳遞。濾光鏡用以衰減鹵素光源中波長低於300米且高於600奈米的光源。第二分光鏡用以反射鹵素光源沿第二方向傳遞。紫外光源於穿透分光鏡後與鹵素光源一起用以檢測一待檢測樣本。

依據本發明一實施例，紫外光源為一發光二極體。

依據本發明另一實施例，紫外光源包含另一鹵素光源以及一波長介於320奈米與360奈米之間的干涉濾光鏡，干涉濾光鏡位於另一鹵素光源與第二分光鏡之間。

依據本發明另一實施例，第二分光鏡為一針對紫外光源85%穿透及15%反射的分光鏡。

依據之一上述目的，提出一種生化檢測系統，其包含一種如上述的光源模組以及一光譜分析儀。光譜分析儀用以分析穿越待檢測樣本後的光線。

依據本發明一實施例，光譜分析儀包含一入射狹縫、一聚焦色散元件以及一感光二極體陣列。入射狹縫用以接收穿越待檢測樣本後的光線。聚焦色散元件用以空間色散展開穿過入射狹縫的光線。感光二極體陣列用以感測經聚焦色散元件展開後的光線。

依據本發明另一實施例，光譜分析儀包含一入射狹縫、一平行光鏡、一色散元件、一聚光鏡以及一感光二極體陣列。入射狹縫用以接收穿越待檢測樣本後的光線。平行光鏡用以反射穿越入射狹縫之光線。色散元件用以展開經平行光鏡反射後的光線。感光二極體陣列用以感測經色散元件展開後的光線。聚光鏡用以將經該色散元件展開後的光線聚焦於感光二極體陣列。

由上述可知，應用本發明之生化檢測系統，利用其光學模組改善鹵素光源的特性，使鹵素光源更能符合在可見光的範圍作全光譜檢測的需求，藉以替代高價的氙氣光源，而使生化檢測系統的元件成本能進一步降低。

請參照第1A圖，其繪示依照本發明一實施方式的一種生化檢測系統。生化檢測系統100包含一鹵素光源102、一光學模組104以及一光譜分析儀108，藉以針對一裝載於樣本承載盤106內的待檢測樣本106a執行光學分析。光學模組104的功能在於調整鹵素光源102的光學特性，使鹵素光源102能更符合的光學分析的需求。在本實施例中，光譜分析儀108包含一入射狹縫108b、一平行光鏡108c、一色散元件108d、一聚光鏡108e以及一感光二極體陣列108a。入射狹縫108b用以接收並取樣穿越待檢測樣本106a後的光線。平行光鏡108c用以反射穿越入射狹縫108b之光線，使光線平行的傳遞至色散元件108d。色散元件108d用以展開經平行光鏡108c反射後的光線，便於感光二極體陣列108a感測。聚光鏡108e用以將經色散元件108d展開後的光線聚焦於感光二極體陣列108a上以利於感測。

請參照第1B圖，其繪示依照本發明另一實施方式的一種生化檢測系統。生化檢測系統100’與生化檢測系統100的主要差異在於平行光鏡108c與色散元件108d整合成單一聚焦色散元件108f，且省略了非必要的聚光鏡108e。聚焦色散元件108f用以空間色散展開穿過入射狹縫108b的光線，並將展開後的光線導向感光二極體陣列108a。上述光譜分析儀的結構只是舉例，本案所適用的光譜分析儀並不侷限於上述例子而已。

請參照第2、3圖，其分別繪示依照本發明的生化檢測系統之鹵素光源經光學模組處理前、後所測得的數據圖(縱軸為相對強度數值，故沒有絕對單位)。第2圖是鹵素光源經光學模組處理前所測得的數據圖，而第3圖是鹵素光源經光學模組處理後所測得的數據圖。參照第2圖，鹵素光源所發出的光在未經處理前在可見光的範圍內(波長約介於400奈米到750奈米之間)的強弱差距會超過20倍以上(例如60000/2946>20)，若使用感光二極體陣列一次感測可見光範圍內的所有光譜，將使後續的數據因訊雜比過高等因素而難以分析。因此，本案之生化檢測系統加入一光學模組(例如光學模組104”)，藉以處理鹵素光源，處理後所測得的數據圖如第3圖所示。由第3圖可知，在可見光的範圍內(波長約介於400奈米到750奈米之間)的光強度差距會小於5倍(例如60000/12000<5)，將使後續的數據分析容易許多。以下將配合圖式解說各種光學模組的可能結構。此外，光學模組104因增加生化檢測所需的藍紫光源，因此波長400奈米附近的光強度會劇增。

請參照第4圖，其繪示依照本發明一實施例的一種光學模組的示意圖。光學模組104包含一藍紫光源104a、一第一分光鏡104b、一紫外光源104d以及一第二分光鏡104c。第一分光鏡104b將鹵素光源102所發出的光反射朝向第二分光鏡104c(沿第一方向101)。藍紫光源104a所發出的光穿透第一分光鏡104b，且與被第一分光鏡104b反射之鹵素光源大致沿同方向(第一方向101)傳遞，並於第二分光鏡104c反射朝向待測檢體樣本。第二分光鏡104c用以讓紫外光源穿透朝向待檢測樣本(沿第二方向101’)。在本實施例中，第二方向101’大致垂直第一方向101，但並不侷限於此。在本實施例中，藍紫光源104a為一波長介於380奈米與420奈米之間的光源，例如一波長介於380奈米與420奈米之間的發光二極體。紫外光源104d為一波長介於320奈米與360奈米之間的光源，例如是波長介於320奈米與360奈米之間的發光二極體。在本實施例中，第一分光鏡104b為一全波段分光鏡，藉以將入射光約50%反射(剩下約50%入射光穿透)的功能。此外，第二分光鏡104c針對紫外光源，具有讓入射光約85%穿透(剩下約15%反射)的功能。換言之，第二分光鏡104c為一針對紫外光源85%穿透及15%反射的分光鏡。第二分光鏡104c也具有將可見光反射的功能。光學模組104增加紫外光源與藍紫光源的目的在於補足鹵素光源於該波長的光強度不足的問題。

請參照第5圖，其繪示依照本發明另一實施例的一種光學模組的示意圖。光學模組104’不同於光學模組104的地方主要在於增加濾光鏡104e。濾光鏡104e位於鹵素光源102與第一分光鏡104b之間。濾光鏡104e用以衰減鹵素光源102中波長介於約600奈米與800奈米之間的光源，使得光學模組104’的整體效能可以更接近上述第3圖的數據。此外，光學模組104’中的紫外光源發光二極體被一鹵素光源104f以及一波長介於320奈米與360奈米之間的干涉濾光鏡104g所取代。干涉濾光鏡104g位於鹵素光源104f與分光鏡104c之間，藉以衰減除了波長介於320奈米與360奈米之間外的其他光源。鹵素光源104f加上干涉濾光鏡104g具有和紫外光源發光二極體具有相同功能，但元件的成本較低。此外，藍紫光源104a也可以用鹵素光源加上干涉濾光鏡方式實現(未繪示於圖面)。

請參照第6圖，其繪示依照本發明又一實施例的一種光學模組的示意圖。光學模組104”包含一濾光鏡104h、一紫外光源104d以及一第二分光鏡104c。濾光鏡104h用以衰減鹵素光源102中波長低於約300奈米且高於約600奈米的光源。第二分光鏡104c用以反射鹵素光源朝向待檢測樣本(沿第二方向101’)。第二分光鏡104c針對紫外光源，具有讓入射光約85%穿透(剩下約15%反射)的功能。換言之，第二分光鏡為一針對紫外光源85%穿透及15%反射的分光鏡。第二分光鏡104c也具有將紅外光與紫外光反射衰減的功能。因此，鹵素光源102經濾光鏡104h處理後沿第一方向101，接著被第二分光鏡104c反射後與紫外光源用以沿第二方向101’一起檢測一待檢測樣本。在本實施例中，第二方向101’大致垂直第一方向101，但並不侷限於此。相較於光學模組104及104’，光學模組104”具有較少光學元件的優勢，但同樣能使鹵素光源102所發出的光經光學模組104”處理後能近似上述第3圖的數據或在可見光的範圍內的光強度差距會小於5倍以內。此外，紫外光源104d也可以用鹵素光源加上干涉濾光鏡方式實現(未繪示於圖面)。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明之生化檢測系統，利用其光學模組改善鹵素光源的特性，使鹵素光源更能符合在可見光的範圍作全光譜檢測的需求，藉以替代高價的氙氣光源，而使生化檢測系統的元件成本能進一步降低。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。

100．．．生化檢測系統

100’．．．生化檢測系統

101．．．第一方向

101’．．．第二方向

102．．．鹵素光源

104．．．光學模組

104’．．．光學模組

104”．．．光學模組

104a．．．藍紫光源

104b．．．分光鏡

104c．．．分光鏡

104d．．．紫外光源

104e．．．濾光鏡

104f．．．鹵素光源

104g．．．濾光鏡

104h．．．濾光鏡

106．．．樣本承載盤

106a．．．待檢測樣本

108．．．光譜分析儀

108a．．．感光二極體陣列

108b．．．入射狹縫

108c．．．平行光鏡

108d．．．色散元件

108e．．．聚光鏡

108f．．．聚焦色散元件

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1A圖係繪示依照本發明一實施方式的一種生化檢測系統。

第1B圖係繪示依照本發明另一實施方式的一種生化檢測系統。

第2、3圖係分別繪示依照本發明的生化檢測系統之光源模組經光學模組處理前、後所測得的數據圖。

第4圖係繪示依照本發明一實施例的一種光學模組的示意圖。

第5圖係繪示依照本發明另一實施例的一種光學模組的示意圖。

第6圖係繪示依照本發明又一實施例的一種光學模組的示意圖。

101．．．第一方向

101’．．．第二方向

102．．．鹵素光源

104．．．光學模組

104a．．．藍紫光源

104b．．．分光鏡

104c．．．分光鏡

104d．．．紫外光源

Claims (7)

1. 一種生化檢測系統之光源模組，至少包含：一鹵素光源；一第一分光鏡，用以反射該鹵素光源；一波長介於380奈米與420奈米之間的藍紫光源，穿透該第一分光鏡，且與被該第一分光鏡反射之該鹵素光源大致沿一第一方向傳遞；一波長介於320奈米與360奈米之間的紫外光源；以及一第二分光鏡，用以反射該藍紫光源與該鹵素光源沿一第二方向傳遞，其中該紫外光源於穿透該第二分光鏡後與該藍紫光源與該鹵素光源一起用以檢測一待檢測樣本。
2. 如請求項1所述之光源模組，更包含一濾光鏡用以衰減該鹵素光源中波長介於600奈米與800奈米之間的光源，該濾光鏡位於該鹵素光源與該第一分光鏡之間。
3. 如請求項1所述之光源模組，其中該藍紫光源為一發光二極體。
4. 如請求項1所述之光源模組，其中該紫外光源為一發光二極體。
5. 如請求項1所述之光源模組，其中該紫外光源包含另一鹵素光源以及一波長介於320奈米與360奈米之間的干涉濾光鏡，該干涉濾光鏡位於該另一鹵素光源與該第二分光鏡之間。
6. 如請求項1所述之光源模組，其中該第一分光鏡為一全波段分光鏡。
7. 如請求項1所述之光源模組，其中該第二分光鏡為一針對該紫外光源85%穿透及15%反射的分光鏡。