TWI603067B - 光學檢測裝置及方法 - Google Patents

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Description

光學檢測裝置及方法
本發明涉及一種光學檢測裝置及方法。
光學反射檢測是光學分析的基本應用之一。隨著被分析物的光學特性研究，人們可以檢測被分析物的表面結構，檢測被分析物的組分或者是量化特定化合物的濃度。反射率的檢測提供了遠端，非接觸及非侵入的檢測方式來獲取被分析物的資訊。因此，光學反射檢測裝置廣泛應用於分析化學、航空及醫療領域。適用於光學檢測的光源，例如是鐳射。然而，光源的不穩定性及分光器的波長依賴特性限制了光學反射檢測的精度和準度。光源的不穩定性會造成中心波長的漂移及雜訊強度產生變化。此外，薄膜塗層的不均勻性及分光器的衍射還會導致波長和穿透率(或反射率)之間呈非線性關係。由光源的不穩定性產生的雜訊及分光器的波長依賴特性阻礙著良好訊號的採集。因此，檢測到的訊號不能代表反射光的實際光功率。
目前，已報導許多改進光學檢測裝置性能的方法。首先，利用高級鐳射器提高光源的穩定性，其中該高級鐳射器設有諧振腔、鐳射控制電路或鐳射光學系統。然而，這種方法大大增加了光學反射檢測裝置的費用及結構元件。其次，分光器的防反射塗層可以輕度降低衍射，但仍不能滿足嚴格的檢測要求。再次，人們將嘗試擴大規模來增加檢測的統計能力， 但是較大的樣本量需要較長的檢測持續時間或多個檢測週期。此外，非即時檢測不能夠從多種被分析物或移動使用狀態中獲取有用的訊號。例如，一些流體被分析物可能是不均勻的或是流動的，例如眼睛的玻璃體液或體內的血液。本發明提供了一種解決這些技術問題的方案，且所描述的實施方式但不限於這些實施方式不脫離本發明的範圍。
有鑑於此，有必要提供一種光學檢測裝置，包括：一光源，產生一發射光束；一第一分光器，將該發射光束分割成一補償光束及一檢測光束，其中該第一分光器將該檢測光束導向一目標物；一第二分光器，將來自該第一分光器的補償光束重新定向，其中該第一分光器和該第二分光器的部分波長依賴特性相一致；一第一光電探測器，檢測經由該第二分光器重新定向的補償光束；及一第二光電探測器，檢測經由該第一分光器重新定向的並經由該目標物反射的檢測光束。
從下述的詳細實施方式搭配附圖，本發明的其他目的、優勢和新穎特徵將變得更加的顯著。
30‧‧‧光源
41‧‧‧第一分光器
42‧‧‧第二分光器
51‧‧‧第一光電探測器
52‧‧‧第二光電探測器
53‧‧‧第三光電探測器
54‧‧‧第四光電探測器
61‧‧‧第一鏡子
62‧‧‧第二鏡子
63‧‧‧第三鏡子
71‧‧‧參考鏡
72‧‧‧部分反射鏡
99‧‧‧被分析物
12011202、1213、1223、1214、1224、1205‧‧‧步驟
本技術的實行將以例子的方式結合附圖進行說明。
圖1是一用於檢測反射率的光學裝置的基本結構示意圖，其中PD1表示一第一光電探測器，PD2表示一第二光電探測器，LD表示一光源。
圖2A-2B展示了反射率檢測的理想結果圖，其中，圖2A展示了該第一光電探測器及該第二光電探測器檢測的功率隨時間變化的結果圖；圖 2B展示了該第一光電探測器檢測的功率對該第二光電探測器檢測的功率進行標準化的示意圖。
圖3A-3C展示了反射率檢測的實際結果圖。其中，圖3A展示了一分光器的反射率與波長特性的曲線圖，以及該分光器的透光率與該波長特性的曲線圖；圖3B展示了該第一光電探測器及該第二光電探測器檢測的功率隨時間變化的結果圖；圖3C展示了該第一光電探測器檢測的功率對該第二光電探測器檢測的功率進行標準化的示意圖。
圖4A展示了一種光學檢測裝置檢測一被分析物的反射率；其中，圖4B展示了包括一反射鏡的光學檢測裝置，並且校準是經由一參考鏡的存在而確定。
圖5A展示了具有一部分反射鏡存在的一種光學檢測裝置用以確定校準；圖5B展示了一種光學檢測裝置包括一用於分析一被分析物的部分反射鏡。
圖6A展示了一種光學檢測裝置，用於分析一被分析物，其中，圖6B展示了包括一反射鏡的光學檢測裝置，並且校準是經由一參考鏡的存在而確定。
圖7A展示了具有一部分反射鏡存在的一種光學檢測裝置用以確定校準；其中，圖7B展示了一種光學檢測裝置包括一用於分析一被分析物的部分反射鏡。
圖8A展示了一種光學檢測裝置包括兩對用於分析一被分析物的光電探測器；其中，圖8B展示了一種光學檢測裝置包括一反射鏡及兩對光電探測器，並且校準是經由一參考鏡的存在而確定。
圖9A展示了具有一部分反射鏡存在的一種光學檢測裝置用以確定校準；其中，圖9B展示了一種光學檢測裝置包括一用於分析一被分析物的部分反射鏡。
圖10展示了本發明一實施例的改良結構圖。
圖11展示了一實施例包括具有不同角度配置元件的示意圖。
圖12展示了一種光學檢測方法的流程圖。
本發明的光學檢測裝置，用於檢測一目標物的反射光。該目標物可以是一參考鏡或是一被分析物。該光學檢測裝置包括一參考鏡，因此該光學檢測裝置的校準可以通過將該參考鏡作為該目標物來實現。該光學檢測裝置還可以用於分析該被分析物的光學特性，其通過聚集光束到該被分析物上並檢測該被分析物反射的光束。該被分析物的光學特性可以是吸收度、偏振度、反射率、折射率、螢光或非彈性散射。一種光學檢測裝置的原理是將一光束聚集到一被分析物上，並檢測一作為一檢測訊號的反射光的功率。該被分析物可以是化合物的混合或是一體內的部分生物樣品(例如是血液、皮膚、眼睛或是粘膜)或是一體外的部分生物樣品(例如是血液、活檢樣本、尿液或糞便)。此外，該被分析物還可以是一反射鏡，用於校準該光學檢測裝置。一被分析物(例如是葡萄糖、乳酸鹽、或血紅蛋白)的特定生化成分的存在或濃度可以通過檢測反射率來衡量。除此之外，該被分析物的某些病態可以進一步在體內或體外被檢測出，例如眼睛的幹性角膜結膜炎或是組織活檢的異常增生。
如圖1所示，一種光學檢測裝置的基本構造具有一光源(表示為LD)、一用於檢測的第一光電探測器(表示為PD1)及另一用於參考基準的第二光電探測器(表示為PD2)。該PD1檢測來自該光源的一光束的功率，該PD2檢測經由一被分析物反射的該光束的功率。該LD例如是鐳射。由於鐳射的不穩定，該PD1檢測的功率會隨時間波動。如圖2A所示，在理想的條件下，假使該分光器的波長和反射率(或穿透率)之間呈線性關係，那麼該PD2檢測的功率應該與該PD1檢測的功率相一致。因此，如圖2B所示，該PD1檢測的功率可以將該PD2檢測的功率進行標準化。其結果是功率的標準化可以推斷出該被分析物的反射率及其他光學性質。
然而，圖3A展示了該反射率與該波長特性曲線圖及該穿透率與該波長特性曲線圖，依圖可知該分光器的反射率和穿透率的改變取決於不同波長的照射。如圖3B所示，該PD2檢測的功率並非與該PD1檢測的功率一致。因此，該PD2檢測的功率不能被標準化，並且從圖3C中顯示了不可預測的波動。實際上，相較於該光源的功率，該反射光的功率相對較小。 因此，雖然雜訊是該光源功率的一小部分，但是該雜訊仍可能掩蓋該訊號。本發明內容公開用於補償該雜訊及準確檢測該被分析物的反射率。
為了清楚描述本發明，光束定義是根據相應部件之間的定向光路來描述。在光學線性的範圍內，通過不同的光路或是各種光學特性，一光束可以被分解成多個光束。相反地，幾個光束可以被疊加為一個光束，其可作為共用的光路。
一種光學檢測裝置，用於檢測一被分析物的光學性質。該光學檢測裝置包括一光源、一分光器、一第一光電探測器及一第二光電探測器。該光源發射出一到達該分光器的發射光束。該發射光束經由該分光器分割成一補償光束和一檢測光束。該補償光束由該分光器導向該第一光電探測器。該檢測光束由該分光器導向一被分析物，再由該分光器導向該第二光電探測器。在本實施例中，該分光器是第一分光器。
該光學檢測裝置還包括一部分反射鏡。檢測光束的透射部分是通過該部分反射鏡進行透射的。該檢測光束經該被分析物反射後，通過該部分反射鏡透射並由該分光器改變方向。該檢測光束的反射部分是通過該部分反射鏡反射的，並由該分光器改變方向。最後，該檢測光束包括該檢測光束的透射部分及被該第二光電探測器檢測的檢測光束的反射部分。
該光學檢測裝置進一步包括一第三光電探測器和一第四光電探測器。在本實施例中，一第一補償光束由該第一光電探測器檢測，一第二補償光束由該第三光電探測器檢測；一第一檢測光束由該第二光電探測器檢測，一第二檢測光束由該第四光電探測器檢測。
為了證明本發明的原理，由圖6A和圖6B來說明實施例。該補償光束的光功率由該第一光電探測器51進行檢測，並表示為P1=P0* R1 * M1 * T1，其中，P0表示由該光源30發射出的發射光束的總功率；R1表示該第一分光器41的反射率；M1表示該第一鏡子61的反射率；T1表示該第一分光器41的穿透率。如圖6B所示，在校準過程中，該被分析物為一參考鏡71。該檢測光束的光功率由該第二光電探測器52進行檢測，並表示為Pr=P0*T1*Rr*R1，其中，Rr表示該參考鏡71的反射率。在校準過程中，該檢測光束的標準化功率表示為Pc=Pr/P1=Rr/M1，其中該Rr、M1及Pc是已知常數。因此，該光學檢測裝置的對準和校準可以被確定。如圖6A所示， 該參考鏡71在校準完後被移走，並且一被分析物99的檢測可以通過一檢測光束和一補償光束來實現。該檢測光束的功率由該第二光電探測器52進行檢測，並表示為Pm=P0*T1*F*R1，其中F表示一被分析物99的反射率。該檢測光束的標準化功率表示為Pn=Pm/P1=F/M1。常數M1、F可以計算出Pn。其結果是，通過對本發明公開的雜訊進行補償，從而實現精準檢測。可預期地，在不背離本發明範圍的前提下，本發明公開的其他實施例可以一致。
一種光學檢測裝置包括一光源、一第一分光器、一第二分光器、一第一光電探測器及一第二光電探測器。其中，該第一分光器及該第二分光器的部分波長依賴特性是相同的。該光學檢測裝置還包括一參考鏡和一部分反射鏡。
可以理解的，該光學檢測裝置還可以進一步包括一微處理器(圖中未示)，該微處理器用於計算該檢測光束的標準化功率。
一光源，用於產生一發射光束。該光源可以是同調光源。該同調光源可以是一氣體鐳射器(例如是氦氖鐳射器、二氧化碳鐳射器、一氧化碳鐳射器、氬離子鐳射器、銅蒸氣鐳射器、或溴化銅蒸氣鐳射器)或是一鐳射二極體。該光源還可以是一發光二極體(LED)、一有機發光二極體(OLED)、或其他非同調光源。該光源可以包括一發光元件或者是多種發光元件的組合。可預期地，該光源還可以包括一光學元件，該光學元件例如是一帶通濾波器、一偏振器、一準直器或其組合。該光學元件用來改變發射光束的光學性質。在本發明中，該光源是電磁輻射，具有從紫外線，可見光，到紅外線區域的波長。
一光電探測器，用於檢測一具有特定光學性質的光束功率。該光電探測器將電磁輻射能量轉換為光電流，且還可以被一光電二極體光電電晶體，一光敏電阻，一光電倍增管，或一金屬氧化物半導體(MOS)轉換成光電流。此外，該光電探測器還包括一維性陣列或是一電荷耦合裝置(CCD)或者互補金屬氧化物半導體(CMOS)的二維陣列。可預期地，為了處理訊號更方便，該光電探測器進一步包括一放大器，和/或模數轉換器。為了接收一具有特定光學性質的光束，該光電探測器還可以進一步包括一光學元件。該光學元件例如是一帶通濾波器或是一偏振器。
一分光器能分割一光束並指導該分割光束成兩個方向。該分光器根據光學特性，例如是波長、偏振或是中性劃分一定比例，把光束分割成兩個方向。例如，該分光器可以是偏振分光器，其能夠將一光束分割成不同偏振的兩光束。在其他實施例中，該分光器還可以是一個二向分光器，其依據光譜分離光束。該分光器還可配置成不同類型，例如配置成薄膜型或圓點類型。此外，該分光器的結構可以是透鏡、鏡子或者棱鏡。通常情況下，該分光器的穿透率和反射率隨該入射光波長變化而變化的函數，其被稱之為波長依賴特性。該波長依賴特性包括該透射函數和該反射函數。通常，在任意波長的光束照射下，該穿透率和該反射率之和大約等於一。優選的，該光學檢測裝置中的分光器具有相同的波長依賴特性。可預期地，該波長依賴特性在該發射光束漂移的波長範圍內至少是相同的。
在本公開中，該分光器還用於對該光束重新定向。一第一光路是該光源和該第一光電探測器之間的連接光路，一第二光路是該光源和該第二光電探測器之間的連接光路。具體地，“重新定向”術語是指在該第一光路和該第二光路對該光束的平衡。
該光學檢測裝置包括一第一分光器和一第二分光器。該第一分光器和該第二分光器在該第一光路的透射量等於該第一分光器在該第二光路的透射量。該第一分光器和該第二分光器在該第一光路的反射量等於該第一分光器在該第二光路的反射量。當該第一分光器通過透射或反射對在該第一光路的光束進行導向後，該第二分光器可以通過透射或反射對在該第一光路的光束重新定向。例如，當該補償光束透射該第一分光器時，該第二分光器用於反射該補償光束；或是當該補償光束被該第一分光器反射時，該第二分光器則用於透射該補償光束。
該光學檢測裝置包括一第一分光器和一第一鏡子。該第一分光器在該第一光路的透射量等於該第一分光器在該第二光路的透射量；該第一分光器在該第一光路的反射量等於該第一分光器在該第二光路的反射量。例如，當該補償光束經由該第一分光器透射並經由該第一鏡子反射時，該第一分光器用於反射該補償光束；或是當該補償光束經由該第一分光器反射及經由該第一鏡子反射時，該第一分光器則用於透射該補償光束。
該光學檢測裝置進一步包括一第三光電探測器、一第四光電探測 器、一第二鏡子及一第三鏡子。類似地，一第三光路是該光源和該第三光電探測器之間的連接光路，一第四光路是該光源與該第四光電探測器之間的連接光路。該第一分光器在該第三光路的透射量等於該第一分光器在該第四光路的透射量；該第一分光器在該第三光路的反射量等於該第一分光器在該第四光路的反射量。
一反射鏡用於確定一被分析物在檢測前的默認校準。該反射鏡可以通過該波長與反射率之間的線性關係來配置，或是在確定的入射光波長範圍內通過對恒定反射率來配置。因此，使用者可以確保該光學檢測裝置已很好地被校準以及該光學檢測裝置的評估結果與該反射鏡的已知反射率相一致。在一些實施例中，該反射鏡可以是一部分反射鏡，其允許一入射光束部分反射及該入射光束在該部分反射鏡的一側部分透射，並且允許其從對應的另一側透射。例如，該部分反射鏡反射的檢測光束的反射部分，及透射該檢測光束的透射部分。在沒有移走該部分反射鏡的狀態下，該光學檢測裝置能夠利用該部分反射鏡進行校準。在該被分析物前面沒有放置該部分反射鏡，從該部分反射鏡外邊反射的並到達該第二光電探測器的檢測光束，其功率可以小到被忽略。可以設想地，該部分反射鏡可以用一具有部分反射塗層的鏡子或是玻璃板來製備。
一種光學檢測裝置包括一光源、一第一分光器、一第二分光器、一第一光電探測器及一第二光電探測器。該光源產生一發射光束至該第一分光器。該第一分光器將該發射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器將該補償光束導向該第二分光器；且該第一分光器還能夠將該檢測光束導向一被分析物。該第二分光器將該補償光束從該第一分光器重新定向至該第一光電探測器。該第一分光器將該檢測光束從該被分析物重新定向至該第二光電探測器。該第一光電探測器接收經由該第二分光器重新定向的補償光束。該第二光電探測器接收經由該第一分光器重新定向的檢測光束。
一實施例如圖4A所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第二分光器42、一第一光電探測器51及一第二光電探測器52。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將該入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將 該補償光束重新定向至該第二分光器42，並且通過透射將該檢測光束重新定向至一被分析物99。隨後，該第二分光器42通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51，並且通過該第一光電探測器51檢測該補償光束。該第一分光器將經該被分析物99反射的檢測光束重新定向，並且通過該第二光電探測器52檢測該檢測光束。
一實施例如圖4B所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第二分光器42、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52及一參考鏡71。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第二分光器42，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該參考鏡71。隨後，該第二分光器42通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51，並且通過該第一光電探測器51檢測該補償光束。該第一分光器41通過反射將該參考鏡71反射的檢測光束重新定向。該第二光電探測器52檢測經該第一分光器41重新定向的檢測光束。
一實施例如圖5A所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、第一分光器41、一第二分光器42、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52及一部分反射鏡72。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第二分光器42，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該部分反射鏡72。隨後，該第二分光器42通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51。該第一光電探測器51檢測經該第二分光器42重新定向的補償光束。該部分反射鏡72將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器41，並且將該檢測光束的透射部分透射至該部分反射鏡72。該第一分光器41通過反射將該檢測光束的反射部分重新定向。該第二光電探測器52檢測經該第一分光器41重新定向的檢測光束。在校準過程中，經一被分析物反射的檢測光束的透射部分，其功率可以小到被忽略。
一實施例如圖5B所示，該光學檢測裝置用於檢測一被分析物99。該被分析物99位於該部分反射鏡72的前面，該檢測光束經由該被分析物 99反射後返回至該第一分光器41，並且經由該第二光電探測器52進行檢測。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第二分光器42，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該部分反射鏡72。該第二分光器42通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51。該第一光電探測器51檢測經該第二分光器42重新定向的補償光束。該部分反射鏡72將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器41，並且將該檢測光束的透射部分透射至該被分析物99。該第一分光器41將該檢測光束重新定向，其中該檢測光束包括經該部分反射鏡72反射的檢測光束的反射部分及經一被分析物反射的檢測光束的透射部分。該第二光電探測器52檢測經該第一分光器41重新定向的檢測光束。
一種光學檢測裝置包括一光源、一第一分光器、一第一光電探測器、一第二光電探測器及一鏡子。該鏡子用於反射具有一定波長範圍的入射光，其中該波長例如是具有從紫外線、可見光、近紅外或遠紅外區域的波長；經該第一鏡子反射的反射光，其能保留該入射光的大部分或最大部分光學特性(例如是波長、極化或強度)。該鏡子可以被製成固態金屬(例如是青銅或銀)板，或是被製成具有銀、鋁、金或介電塗層的板。在本發明的其他實施例中，該光學檢測裝置還可以包括多個鏡子，且這些鏡子在波長和反射率之間具有相同的線性關係，或者在一定波長範圍內具有不同可檢測的反射率。
一實施例如圖6A所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52及一第一鏡子61。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至一被分析物99。該第一鏡子61反射該補償光束至該第一分光器41。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的補償光束。該第一分光器41將經由該被分析物99反射的檢測光束重新定向。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器41重新定向的檢測光束。
一實施例如圖6B所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52、一第一鏡子61及一參考鏡71。在校準確定後，該參考鏡71可以被移開。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該參考鏡71。該第一鏡子61反射該補償光束之該第一分光器41。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的補償光束。該第一分光器41將經由該參考鏡71反射的檢測光束重新定向。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器41重新定向的檢測光束。
一實施例如圖7A所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52、一第一鏡子61及一部分反射鏡72。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該部分反射鏡72。該第一鏡子61反射該補償光束之該第一分光器41。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的補償光束。該部分反射鏡72將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器41，並且將該檢測光束的透射部分透射至該部分反射鏡72的外邊。該第一分光器41將經由該部分反射鏡72反射的檢測光束重新定向。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器41重新定向的檢測光束。
一實施例如圖7B所示，該光學檢測裝置用於檢測一被分析物99。該被分析物99位於該部分反射鏡72的前面，該檢測光束經該被分析物99反射後返回至該第一分光器41，並且經由該第二光電探測器52進行檢測。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該部分反射鏡72。該第一鏡子61將該補償光束反射至該第一分光器41。該第 一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51。該第一光電探測器51檢測經該第一分光器41重新定向的補償光束。該部分反射鏡72將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器41，並且將該檢測光束的透射部分透射至一被分析物99。該第一分光器41將該檢測光束重新定向，其中該檢測光束包括經該部分反射鏡72反射的檢測光束的反射部分及經該被分析物反射的檢測光束的透射部分。該第二光電探測器52檢測經該第一分光器41重新定向的檢測光束。
為了檢測兩個不同的光學特性，一種光學檢測裝置可具有兩個用於檢測的光電探測器且每一相應的光電探測器用來補償該雜訊。
一實施例如圖8A所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52、一第三光電探測器53、一第四光電探測器54、一第一鏡子61、一第二鏡子62及一第三鏡子63。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至一分析物99。該第一鏡子61將該補償光束反射至該第一分光器41。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第二鏡子62。該第二鏡子62將來自該第一分光器41的補償光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該補償光束分割成一第一補償光束及一第二補償光束。該第一分光器41通過透射將該第一補償光束導向至該第一光電探測器51，且通過反射將該第二補償光束重新定向至該第三光電探測器53。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的第一補償光束。該第三光電探測器53檢測經由該第一分光器41重新定向的第二補償光束。該第一分光器41將經由該被分析物99反射的檢測光束重新定向。該第三鏡子63將來自該第一分光器41的檢測光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該檢測光束分割成一第一檢測光束及一第二檢測光束。該第一分光器41通過透射將該第一檢測光束重新定向至該第二光電探測器52，並且通過反射將該第二檢測光束重新定向至該第四光電探測器54。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器41重新定向的第一檢測光束。該第四光電探測器54檢測經由該第一分光器41重新定向的第二檢測光束。
一實施例如圖8B所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52、一第三光電探測器53、一第四光電探測器54、一第一鏡子61、一第二鏡子62、一第三鏡子63及一參考鏡71。在校準確定後，該參考鏡71可以被移開。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至一分析物99。該第一鏡子61將該補償光束反射至該第一分光器41。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第二鏡子62。該第二鏡子62將來自該第一分光器41的補償光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該補償光束分割成一第一補償光束及一第二補償光束。該第一分光器41通過透射將該第一補償光束重新定向至該第一光電探測器51，且通過反射將該第二補償光束重新定向至該第三光電探測器53。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的第一補償光束。該第三光電探測器53檢測經由該第一分光器41重新定向的第二補償光束。該第一分光器41將經由該被分析物99反射的檢測光束重新定向。該第三鏡子63將來自該第一分光器41的檢測光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該檢測光束分割成一第一檢測光束及一第二檢測光束。該第一分光器41通過透射將該第一檢測光束重新定向至該第二光電探測器52，並且通過反射將該第二檢測光束重新定向至該第四光電探測器54。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器41重新定向的第一檢測光束。該第四光電探測器54檢測經由該第一分光器41重新定向的第二檢測光束。
一實施例如圖9A所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52、一第三光電探測器53、一第四光電探測器54、一第一鏡子61、一第二鏡子62、一第三鏡子63及一部分反射鏡72。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該部分反射鏡72。該第一鏡子61將該補償光束反射至該第一分光器41。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第 二鏡子62。該第二鏡子62將來自該第一分光器41的補償光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該補償光束分割成一第一補償光束及一第二補償光束。該第一分光器41通過透射將該第一補償光束重新定向至該第一光電探測器51，且通過反射將該第二補償光束重新定向至該第三光電探測器53。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的第一補償光束。該第三光電探測器53檢測經由該第一分光器41重新定向的第二補償光束。該部分反射鏡72將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器41，且將該檢測光束的透射部分透射至該部分反射鏡72的外邊。該第三鏡子63將來自該第一分光器41的檢測光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該檢測光束分割成一第一檢測光束及一第二檢測光束。該第一分光器41通過透射將該第一檢測光束重新定向至該第二光電探測器52，並且通過反射將該第二檢測光束重新定向至該第四光電探測器54。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器41重新定向的第一檢測光束。該第四光電探測器54檢測經由該第一分光器41重新定向的第二檢測光束。
一實施例如圖9B所示，一種光學檢測裝置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光電探測器51、一第二光電探測器52、一第三光電探測器53、一第四光電探測器54、一第一鏡子61、一第二鏡子62、一第三鏡子63及一部分反射鏡72。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過透射將該檢測光束重新定向至該部分反射鏡72。該第一鏡子61將該補償光束反射至該第一分光器41。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第二鏡子62。該第二鏡子62將來自該第一分光器41的補償光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該補償光束分割成一第一補償光束及一第二補償光束。該第一分光器41通過透射將該第一補償光束導向至該第一光電探測器51，且通過反射將該第二補償光束重新定向至該第三光電探測器53。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的第一補償光束。該第三光電探測器53檢測經由該第一分光器41重新定向的第二補償光束。該部分反射鏡72將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器 41，且將該檢測光束的透射部分透射至一分析物99。該第一分光器41將該檢測光束重新定向，其中該檢測光束包括經該部分反射鏡72反射的檢測光束的反射部分及經該被分析物反射的檢測光束的透射部分。該第三鏡子63將來自該第一分光器41的檢測光束反射回至該第一分光器41。該第一分光器41將該檢測光束分割成一第一檢測光束及一第二檢測光束。該第一分光器41通過透射將該第一檢測光束重新定向至該第二光電探測器52，並且通過反射將該第二檢測光束重新定向至該第四光電探測器54。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器41重新定向的第一檢測光束。該第四光電探測器54檢測經由該第一分光器41重新定向的第二檢測光束。
可預期地，一種光學檢測裝置還可以包括如上述所有實施例中提到的相同元件，但該元件的佈局具有替代空間。基於替代佈局，該光學檢測裝置的光束可以具有相應的替代光路，以實現前面所述實施例的相同結果。一實施例如圖10所示，一個光學檢測裝置包括一光源30，一第一分光器41，一第一光電探測器51，一第二光電探測器52及一第一鏡子61。該光源30產生一入射光束至該第一分光器41。該第一分光器41將入射光束分割成一補償光束和一檢測光束。該第一分光器41通過透射將該補償光束重新定向至該第一鏡子61，並且通過反射將該檢測光束重新定向至該參考鏡71。該第一鏡子61將該補償光束反射至該第一分光器41。該第一分光器41通過反射將該補償光束重新定向至該第一光電探測器51。該第一光電探測器51檢測經由該第一分光器41重新定向的補償光束。該第一分光器41通過透射將經由該參考鏡71反射的檢測光束重新定向。該第二光電探測器52檢測經由該第一分光器重新定向的檢測光束。
該補償光束的光功率通過該第一光電探測器51進行檢測，並表示為P1=P0* T1* M1* R1。在具有一參考鏡71進行校準的過程中，該檢測光束通過該第二光電探測器52進行檢測，並表示為Pr=P0* R1 *Rr* T1。該檢測光束的標準化功率被表示為Pc=Pr/P1=Rr/M1。在檢測過程中，該參考鏡71被移走。同樣地，經由該第二光電探測器52檢測該檢測光束的功率被表示為Pm=P0*R1*F*T1。因此，該檢測光束的標準化功率被表示為Pn=Pm/P1=F/M1。其結果是，雜訊補償仍然是通過改良相同元件的結構來實現。可預期地，在不背離本發明範圍的前提下，其他實施例可以適當修 改。
本發明還可以具有多種入射角的不同構造。該穿透率與波長特性曲線圖可取決於該入射角。然而，在大多數情況下變化是可以被容忍。該入射角(α)，被定義為一光束(例如是補償光束或是檢測光束)和一在該入射點垂直於該分光器的線之間的角度。即使上述所有實施例中都展示45度的入射角，可預期地，該入射角還可以從0到90度之間改變(不包括0度和90度)。此外，該入射角還可能在某一實施例中不完全相同。一實施例如圖11所示，α1和α3是完全相同的，然而該α1和α2可以不相同，只要在該α1處的穿透率與在該α2處的穿透率大約相同。具體地，該檢測光束的標準化功率被表示為Pc=Pr/P1=(P0*Tα1*Rr*Rα3)/(P0*Rα1*M1*Tα2)，其中該Tα1表示為在該α1處的穿透率；該Rα3表示為在該α3處的反射率；該Rα1表示為在該α1處的反射率；及該Tα2表示為在該α2處的穿透率。顯然，當α1=α3時，Pc=(Rr*Tα1)/(M1*Tα2)，並且假使在該α1處的穿透率(Tα1)與在該α3處的穿透率(Tα2)大約相同或在一定波長區間內成比例，該雜訊補償仍然能實現。同樣地，在本發明的框架下，上述實施例中的入射角還可以有各種調整。
如圖12所示，展示了一種光學檢測方法的流程圖。該光學檢測方法包括如下步驟：1201、產生一發射光束；1202、將該發射光束分割成一補償光束和一檢測光束；1213、該檢測光束重新定向；1223、該補償光束重新定向；1214、檢測該檢測光束；1224、檢測該補償光束；及1205、計算該標準化功率。
該步驟1201通過一光源來實現。該步驟1202通過一分光器來實現，其中該分光器為一第一分光器。該步驟1213及該步驟1223通過該分光器來實現。該步驟1214通過一第一光電探測器51來實現。該步驟1205通過一微處理器來實現。在本實施例中，該分光器包括一第一分光器和一第二分光器。該步驟1202通過該第一分光器來實現。該步驟1213通過該 第一分光器來實現。該步驟1223通過該第二分光器來實現。
如上面所顯示和描述的實施例僅為舉例。許多細節例如其他特徵常在本技術領域找到。儘管本技術的許多特徵和優點以及本發明的結構和功能的細節已在前面的描述中被闡述，本公開僅僅是說明性的，並且可以改變細節，包括形狀和元件排列，在本公開的原理範圍內，並且包括通過在權利要求中使用的術語的廣義含義建立的全部範圍。因此，可以理解，上述實施例可以在權利要求書的範圍內進行修改。
30‧‧‧光源
41‧‧‧第一分光器
51‧‧‧第一光電探測器
52‧‧‧第二光電探測器
61‧‧‧第一鏡子
99‧‧‧被分析物

Claims (10)

  1. 一種光學檢測裝置，包括：一光源，產生一發射光束；一第一分光器，將該發射光束分割成一補償光束及一檢測光束，其中該第一分光器將該檢測光束導向一目標物；一第二分光器，將來自該第一分光器的補償光束重新定向，其中該第一分光器和該第二分光器的部分波長依賴特性相一致；一第一光電探測器，檢測經由該第二分光器重新定向的補償光束；及一第二光電探測器，檢測經由該第一分光器重新定向的檢測光束；一部分反射鏡，該部分反射鏡透射該檢測光束的一部分至該目標物，且反射該檢測光束的一部分至該第一分光器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中，該第一分光器通過透射將該檢測光束導向該目標物；及該第二分光器通過透射將來自該第一分光器的補償光束重新定向。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中，該第一分光器通過反射將該檢測光束導向該目標物；及該第二分光器通過反射將來自該第一分光器的補償光束重新定向。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中，該光源是一同調光源。
  5. 一種光學檢測裝置，包括：一光源，產生一發射光束；一第一分光器，將該發射光束分割成一補償光束及一檢測光束；一第一鏡子，將來自該第一分光器的補償光束反射回至該第一分光器；一第一光電探測器，檢測經由該第一分光器重新定向的補償光束；及一第二光電探測器，檢測經由該第一分光器重新定向的檢測光束；一部分反射鏡，該部分反射鏡透射該檢測光束的一部分至該目標物，且反射該檢測光束的一部分至該第一分光器。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光學檢測裝置，其中， 該光學檢測裝置還包括一第二鏡子、一第三鏡子、一第三光電探測器及一第四光電探測器，該第二鏡子通過該第一分光器將來自於該第一鏡子的補償光束反射至該第一分光器；該第三鏡子將來自該第一分光器的檢測光束反射至該第一分光器；該第一光電探測器檢測一第一補償光束；該第二光電探測器檢測一第一檢測光束；該第三光電探測器檢測一第二補償光束；該第四光電探測器檢測一第二檢測光束。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光學檢測裝置，其中，該光源是一同調光源。
  8. 一種光學檢測方法，包括如下步驟：由一光源產生一反射光束；將該反射光束經由一分光器分割成一補償光束及一檢測光束；由該分光器將該補償光束重新定向；由該分光器將該檢測光束重新定向；將該補償光束導向一第一光電探測器；及由一部分反射鏡透射該檢測光束的一部分至該目標物，且反射該檢測光束的一部分至該分光器；將該檢測光束導向一第二光電探測器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學檢測方法，其中，該分光器包括一第一分光器和一第二分光器，該反射光束的導向步驟是通過該第一分光器實現；該補償光束的重新定向步驟是通過該第二分光器實現；及該檢測光束的重新定向步驟是通過該第一分光器實現。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之光學檢測方法，其中，該光學檢測方法還包括：該補償光束經由該分光器分割成一第一補償光束及一第二補償光束，並將該第一補償光束及該第二補償光束重新定向； 由該第一光電探測器檢測該第一補償光束，並且由一第三光電探測器檢測該第二補償光束；該檢測光束經由該分光器分割成一第一檢測光束及一第二檢測光束，並將該第一檢測光束及該第二檢測光束重新定向；由該第二光電探測器檢測該第一檢測光束，並且由一第四光電探測器檢測該第二檢測光束。
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