TWI613435B - 光學感測模組 - Google Patents

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Abstract

一種光學感測模組用以檢測樣本的特性。光學感測模組包含光源、導光板、第一包覆層、光匯聚層、過濾層和多個感測器。光源用以提供激發光束。多個感測器的位置對應於多個孔洞的位置。在激發光束進入導光板之後，激發光束的至少一部分經由導光板被孔洞暴露的部分表面透射到樣本。樣本被激發光束激發以發射信號光束，且信號光束以一次序穿過光匯聚層和過濾層並行進到感測器。另一光學感測模組亦被提供。

Description

光學感測模組
本發明是有關於一種感測模組，且特別是有關於一種光學感測模組。
在一般的螢光檢測系統中，樣本被激發光束激發以發射螢光。來自樣本的螢光透射到光感測器，且光感測器將螢光轉換為電信號。螢光檢測系統中的處理器分析電信號以得知樣本的資訊。
在一般的狀況下，過濾層額外設置在螢光檢測系統中以便過濾部分激發光束，過濾層用於防止激發光束影響感測結果。然而，過濾層也會過濾部分螢光而此會影響感測結果的敏感度。
本發明提供一種具有高信噪比（signal-noise ratio，SNR）和高敏感度的光學感測模組。
本發明的一實施例提供一種光學感測模組。光學感測模組用以檢測樣本的特性。光學感測模組包含光源、導光板、第一包覆層、光匯聚層、過濾層和多個感測器。光源用以提供激發光束。導光板具有彼此相對的第一側和第二側。第一包覆層設置於導光板的第一側。第一包覆層具有多個孔洞。這些孔洞暴露導光板的表面的一部分。樣本放置於這些孔洞中的至少一者中。光匯聚層設置於導光板的第二側。這些感測器的位置對應於這些孔洞的位置。在激發光束進入導光板之後，激發光束的至少一部分經由導光板被多個這些孔洞暴露的部分表面透射到樣本，樣本被激發光束激發以發射信號光束，且信號光束以一次序穿過光匯聚層和過濾層並行進到感測器。
在本發明的一實施例中，光匯聚層包括多個光匯聚透鏡，且這些光匯聚透鏡的位置對應於這些孔洞的位置。
在本發明的一實施例中，光匯聚層包含基板和覆蓋層。覆蓋層包含基底和多個光匯聚結構。光匯聚結構佈置在基底上且面向過濾層，且覆蓋層覆蓋基板。
在本發明的一實施例中，光匯聚結構包含多個三角柱狀結構。三角柱狀結構在第一方向上延伸，且激發光束沿著第二方向傳播。第一方向垂直於第二方向。
在本發明的一實施例中，這些光匯聚結構包含多個三角錐、多個圓錐、多個梯形柱結構或多個梯形圓錐。
在本發明的一實施例中，光匯聚層包含多個第一光功能元件和多個第二光功能元件。多個第一光功能元件的位置對應於這些孔洞的位置。這些第一光功能元件中的任一者位於這些第二光功能元件中的兩個鄰近第二光功能元件之間。
在本發明的一實施例中，多個第一光功能元件包括多個第一光匯聚元件，且多個第二光功能元件包括多個第二光匯聚元件。
在本發明的一實施例中，多個第一光功能元件包括多個光透射元件，且多個第二光功能元件包括多個遮光元件。
在本發明的一實施例中，多個第一光功能元件包括多個第一光透射元件，且多個第二光功能元件包括多個光吸收元件和多個第二光透射元件。
在本發明的一實施例中，多個第一光功能元件包含多個光透射元件，且多個第二光功能元件包含多個第二光匯聚元件。
在本發明的一實施例中，光匯聚層設置於導光板與過濾層之間。
在本發明的一實施例中，光匯聚層設置於過濾層與感測器之間。
在本發明的一實施例中，光學感測模組進一步包括設置於過濾層與這些感測器之間的鈍化層。
在本發明的一實施例中，光學感測模組進一步包括設置於導光板與光彙聚層之間的第二包覆層。
在本發明的一實施例中，過濾層包含吸收過濾層或干涉過濾層。
本發明的一實施例提供一種光學感測模組。光學感測模組用以檢測樣本的特性。光學感測模組包含光源、導光板、第一包覆層、降噪層和多個感測器。光源用以提供激發光束。導光板具有彼此相對的第一側和第二側。第一包覆層安置在導光板的第一側。第一包覆層具有多個孔洞。這些孔洞暴露導光板的表面的一部分。樣本放置於這些孔洞中的至少一者中。降噪層包含多個過濾元件和多個遮光元件。這些過濾元件的位置對應於這些孔洞的位置。這些遮光元件中的任一者位於這些過濾元件中的兩個鄰近過濾元件之間。這些感測器的位置對應於這些孔洞的位置。在激發光束進入導光板之後，激發光束的至少一部分經由導光板被這些孔洞暴露的表面的部分透射到樣本。樣本由激發光束激發以發射信號光束，且信號光束的第一部分穿過這些過濾元件中的至少一者並行進到這些感測器。信號光束的第二部分被這些遮光元件中的至少一者遮蔽。
基於上述，在本發明的實施例中的光學感測模組中，信號光束以一次序穿過光匯聚層並行進到感測器。光匯聚層提供匯聚功能，且過濾層提供過濾功能。因此，提供于本發明的實施例中的光學感測模組具有高敏感度和高信噪比。
另一方面，在本發明的實施例中的光學感測模組中，信號光束的第一部分由過濾元件過濾，且信號光束的第二部分由遮光元件遮蔽。光學感測模組可通過雜訊縮減層實現過濾功能和光匯聚功能，且厚度薄。此外，歸因於稍後的雜訊縮減，可防止任何兩個鄰近感測器之間的串擾現象（Crosstalk Phenomenon）。因此，提供于本發明的實施例中的光學感測模組具有高敏感度、高信噪比和厚度薄。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為根據本發明的一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參照圖1，在本發明的實施例中，光學感測模組100用以檢測樣本50的特性。樣本50例如是螢光材料，但是本發明不限於此。光學感測模組100包含光源110、導光板120、第一包覆層130、光匯聚層140、過濾層150和多個感測器160。導光板120具有彼此相對的第一側S1和第二側S2。光源110用以提供激發光束EB。第一包覆層130設置於導光板120的第一側S1。第一包覆層130具有多個孔洞H。孔洞H例如是樣本阱（Sample Well），但是本發明不限於此。樣本50放置於這些孔洞H中的至少一者中。更具體來說，在本實施例中，樣本50放置於這些孔洞H中。孔洞H的底部鄰近於導光板120。孔洞H暴露導光板120的表面122的一部分。光匯聚層140設置於導光板120的第二側S2。這些感測器160的位置對應於這些孔洞H的位置。光匯聚層140設置於導光板120與過濾層150之間。過濾層150例如是由多個光學膜形成的干涉過濾層（Interference Filter Layer）。在其它實施例中，過濾層150可為吸收過濾層（Absorption Filter Layer），但是本發明不限於此。在本實施例中，感測器160中的每一者例如是具有多個接面的光電二極體（Photo Diode）。光電二極體用以接收光束並對應地產生電信號。
請再次參照圖1，在本實施例中，光學感測模組100進一步包括鈍化層170和第二包覆層180。鈍化層170設置於過濾層150與感測器160之間。第二包覆層180設置於導光板120與光匯聚層140之間。第二包覆層180的材料例如是二氧化矽或空氣，但是本發明不限於此。詳細地說，導光板120夾在第一包覆層130與第二包覆層180之間。第一包覆層130和第二包覆層180的折射率小於導光板120的折射率。鈍化層170還提供包覆功能和絕緣功能以確保感測器160的穩定性。
在本實施例中，光源110例如是設置於導光板120旁。在本實施例中，光學感測模組100進一步包含光耦合器LC。光源110提供光束B。至少部分的光束B通過光耦合器LC並將至少部分的光束B耦合到導光板120中。經由光入射表面124耦合到導光板120中的光束B做為激發光束EB。激發光束EB沿著第二方向D2在導光板120中進行一或多次全反射，且接著經由與相對於光入射表面124的光出射表面126離開導光板120。在其它實施例中，光學感測模組100進一步包含光柵結構（未圖示）。光柵結構例如是分別安置在導光板120的表面122的兩端處。光源110例如是安置在導光板120的第一側S1。因此，激發光束EB在導光板120的一端處經由光柵結構進入導光板120，沿著第二方向D2在導光板120中進行一或多次全反射，且接著在導光板120的另一端處經由光柵結構離開導光板120，但是本發明不限於此。
請再次參看圖1，當激發光束EB進入導光板120時，激發光束EB的至少一部分經由導光板120被這些孔洞H暴露的部分表面122透射到樣本50。也就是說，孔洞H的底部由激發光束EB照明。樣本50被激發光束EB激發並發射信號光束SB。信號光束SB的波長範圍不同於激發光束EB的波長範圍。信號光束SB例如是螢光光束，但是本發明不限於此。過濾層150適於過濾激發光束EB且允許信號光束SB通過。信號光束SB以散射方式以一次序穿過光匯聚層140和過濾層150，並行進到這些感測器160。更具體來說，信號光束SB循序穿過導光板120、第二包覆層180、光匯聚層140、過濾層150，和鈍化層170，且行進到這些感測器160。這些感測器160將信號光束SB轉換為電信號。光學感測模組100中的處理器（未圖示）基於電信號分析樣本50的資訊。樣本50的特性例如是樣本50的成份，但是本發明不限於此。
由於以上的配置，在本發明的實施例的光學感測模組100中，信號光束SB以一次序穿過光匯聚層140和過濾層150到達這些感測器160。光匯聚層140提供導光板120與過濾層150之間的匯聚功能，且過濾層150在信號光束SB到達感測器160之前提供過濾功能。信號光束SB的光強度可進一步得以改進，且雜訊可被過濾。更具體來說，感測器160歸因於由光匯聚層140提供的彙聚功能而接收大部分彙聚的信號光束SB，且因此光學感測模組100的敏感度可得以改進。光學感測模組100的信噪比可歸因於過濾層150提供的過濾功能而進一步改進。因此，本發明的實施例中的光學感測模組100具有高敏感度和高信噪比。
另一方面，當激發光束EB的一部分透射到導光板120的表面128的一部分時，光散射現象發生。過濾層150為干涉過濾層，其在光束以小光入射角入射到過濾層150時具有較好過濾功能。散射的激發光束EB'可由光匯聚層140匯聚，且因此，匯聚的激發光束EB''到過濾層150的光入射角較小。匯聚的激發光束EB''可被過濾層150較容易地過濾，且感測器160的感測結果較不會受到影響。也就是說，可避免本發明的實施例中的光學感測模組100中的串擾現象，且信噪比可進一步得以改進。
此外，由於光匯聚層140和過濾層150位於導光板110與感測器160之間，所以由光匯聚層140提供的匯聚功能可使孔洞H與感測器160之間的光透射的準確性以及過濾層150提供的過濾功能的效率被提升。
應注意，以下實施例中使用先前實施例中的內容的部分，且省略相同技術內容的重複描述。相同元件的描述可在先前實施例中找到，且下文中不再重複。
圖2為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖2，圖2中的光學感測模組100a類似於圖1中的光學感測模組100，而其間的差異在於，光匯聚層140a包含多個光匯聚透鏡142。這些光匯聚透鏡142的位置對應於這些孔洞H的位置。光匯聚透鏡142中的每一者位於孔洞H中的一者與感測器160之間。在本實施例中，光匯聚透鏡142為多個菲涅耳透鏡。在其它實施例中，光匯聚透鏡142可為凸透鏡或具有光匯聚功能的其它類型的透鏡，但是本發明不限於此。孔洞H的底部與光匯聚透鏡142之間的距離P1大體上等於光匯聚透鏡142的焦距。光學感測模組100a的光學效果類似於圖1中的光學感測模組100的光學效果，且因此下文中不再重複。應注意，具有較薄厚度的菲涅耳透鏡可實現光匯聚效應，且因此，光學感測模組100a的厚度與使用凸面透鏡的光學感測模組的厚度相比可進一步減小。
圖3A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖3B為圖3A的實施例中的覆蓋層的俯視圖。圖3C為圖3A的實施例中的覆蓋層的斜視圖。
參看圖3A到圖3C，圖3A中的光學感測模組100b類似於圖1中的光學感測模組100，而其間的差異在於，光匯聚層140b包含基板144a，和覆蓋層144b。覆蓋層144b包含基底144b1和多個光匯聚結構144b2。基底144b1和光匯聚結構144b2一體成形。覆蓋層144b覆蓋基板144a。更具體來說，基板144a和光匯聚結構144b2的形狀為互補的。基板144a設置於光匯聚結構144b2與過濾層150之間。光匯聚結構144b2包含例如是多個三角柱狀結構144b2t。應注意，每一三角柱狀結構144b2t具有底角θ。優選地，當底角θ小於75度時，光匯聚層140b實現良好光匯聚效應。基板144a的厚度例如是小於或等於100微米（μm），但是本發明不限於此。每一三角柱狀結構144b2t的高度HT落在（例如）0.5μm到100μm的範圍內，但是本發明不限於此。大體來說，覆蓋層144b可被認為是逆稜鏡片（Inverse Prism Sheet）。光匯聚結構144b2佈置在基底144b1上且面向過濾層150。在本實施例中，光匯聚結構144b2包含多個三角柱狀結構144b2t。三角柱狀結構144b2t在第一方向D1上延伸，且激發光束EB沿著第二方向D2傳遞。第一方向D1垂直於第二方向D2。應注意，三角柱狀結構144b2t能夠在一個維度中匯聚光，以便在一個維度中匯聚信號光SB和激發光束EB。
詳細地說，覆蓋層144b的折射率不同于第二包覆層180和基板144a的折射率。更具體來說，覆蓋層144b的折射率大於第二包覆層180和基板144a的折射率。在實施例中，覆蓋層144b的材料例如是二氧化鈦（TiO2 ）、五氧化二鉭（Ta2 O5 ）、氮化矽（Si3 N4 ）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。基板144a的材料為例如是氮化矽（Si3 N4 ）、五氧化二鉭（Ta2 O5 ）、二氧化矽（SiO2 ）、氧化鋁（Al2 O3 ）或空氣。表1繪示第二包覆層180、基板144a和覆蓋層144b的材料的組合，但是本發明不限於此。
Figure TWI613435BD00001
 在其它實施例中，導光板110和光匯聚層140的材料可恰當地經調整，以便提供恰當光匯聚功能。
再次參看圖3A，散射的激發光束EB'以不同角度入射到光匯聚層140b。散射的激發光束EB'1的具有較小散射角的一部分由光匯聚層140b匯聚，且接著散射的激發光束EB'1由過濾層150過濾。散射的激發光束EB'2的具有較大散射角的一部分被光匯聚層140b折射一或多次。散射的激發光束EB'2的光學路徑改變且沿著從光匯聚層140a到導光板120的方向透射。因為散射的激發光束EB2被反射，所以感測器160的感測結果較不容易受影響。因此，光學感測模組100b的信噪比可進一步得以改進。
圖4A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖4B為圖4A的實施例中的覆蓋層的斜視圖。圖4C、圖4D和圖4E為不同實施例中的覆蓋層的斜視圖。
參看圖4A和圖4B，圖4A中的光學感測模組100c類似於圖3A中的光學感測模組100b，而其間的差異在於，光匯聚結構144b2'包含多個三角錐144b2p。應注意，當光匯聚結構144b2'包含三角錐144b2p時，光匯聚結構144b2'匯聚光的能力得以改進。光學感測模組100c的光學效果類似於圖1中的光學感測模組100的光學效果，且因此下文中不再重複。參看圖4C、圖4D和圖4E，在其它實施例中，光匯聚結構144b2''可包含如圖4C中所繪示的多個圓錐C和基底144b1。光匯聚結構144b2'''可包含如圖4D中所繪示的多個梯形柱結構TP和基底144b1。光匯聚結構144b2''''可包含如圖4E中所繪示的多個梯形圓錐TC和基底144b1。應注意，當光匯聚結構為圓錐C、梯形柱結構TP或梯形圓錐TC時，敏感度和信噪比的表現較好。
圖5A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖5B為圖5A的實施例中的光匯聚層的俯視圖。
參看圖5A和圖5B，圖5A中的光學感測模組100d類似於圖1中的光學感測模組100，而其間的差異在於，光匯聚層140d包含多個第一光功能元件146和多個第二光功能元件148。這些第一光功能元件146的位置對應於這些孔洞H的位置。更具體來說，第一光功能元件146位於孔洞H與感測器160之間。第一光功能元件146中的任一者位於兩個鄰近第二光功能元件148之間。更具體來說，第一光功能元件146包含多個第一光匯聚元件146a，且第二光功能元件148包含多個第二光匯聚元件148a。第一光匯聚元件146a不同於第二光匯聚元件148a。更具體來說，第一光匯聚元件146a包含多個菲涅耳透鏡。第二光匯聚元件148a包含多個逆稜鏡片。應注意，本發明不受菲涅耳透鏡和逆稜鏡片的組合限制，且第一光匯聚元件146a和第二光匯聚元件148a可被具有光匯聚功能的其它類型的光學透鏡元件替換。光學感測模組100d的光學效果類似於圖1中的光學感測模組100的光學效果，且因此下文中不再重複。
圖6A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖6B為圖6A的實施例中的光匯聚層的俯視圖。
參看圖6A和圖6B，圖6A中的光學感測模組100e類似於圖1中的光學感測模組100，而其間的差異在於，第一光功能元件146包含多個光透射元件146t，且第二光功能元件148包含多個第二光匯聚元件148a。在本實施例中，具有較小散射角的信號光束SB'循序穿過導光板120、第二包覆層180、光透射元件146t、過濾層150並行進到這些感測器160。具有較大散射角的信號光束SB''由第二光匯聚元件148a匯聚。因此，可避免兩個鄰近感測器160之間的串擾現象。在本實施例中，由於光透射元件146t和第二光匯聚元件148a的配置，光學感測模組100e可達成類似於光匯聚效應的效應。此外，光學感測模組100e可更容易過濾感測區域外的激發光束EB'。
圖7為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。參看圖7，圖7中的光學感測模組100f類似於圖5A中的光學感測模組100d，而其間的差異在於，第一光匯聚元件146a和第二光匯聚元件148a相同。第一光匯聚元件146a和第二光匯聚元件148a例如是包含多個菲涅耳透鏡。在其它實施例中，第一光匯聚元件146a和第二光匯聚元件148a可包含具有光匯聚功能的其它類型的光學透鏡元件，且本發明不限於此。光學感測模組100e的光學效果類似於圖1中的光學感測模組100的光學效果，且因此下文中不再重複。圖8為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖8，圖8中的光學感測模組100g類似於圖5A中的光學感測模組100d，而其間的差異在於，第一光功能元件146包含多個光透射元件146t，且第二光功能元件148包含多個遮光元件148s。詳細地說，光透射元件146t覆蓋過濾層150的表面的一部分，且遮光元件148s覆蓋過濾層150的表面的其它部分。在實施例中，具有較小散射角的信號光束SB'循序穿過導光板120、第二包覆層180、光透射元件146t、過濾層150並行進到感測器160。具有較大散射角的信號光束SB''由遮光元件148s遮蔽。在實施例中，由於光透射元件146t和遮光元件148s的配置，光學感測模組100g可達成類似於光彙聚效應的效應。遮光元件148s可遮蔽散射的激發光束EB'的一部分，且因此感測器160的感測結果較不容易受影響。在實施例中，遮光元件148s的厚度落在（例如）10 nm到50μm的範圍內，但是本發明不限於此。遮光元件148s為（例如）反射元件。遮光元件148s的材料例如是Ag、Cu、Au、Ti、Ni、Al、Cr或其它金屬，但是本發明不限於此。
圖9為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖9，圖9中的光學感測模組100h類似於圖5A中的光學感測模組100d，而其間的差異在於，第一光功能元件146包含多個第一光匯聚元件146a，且第二光功能元件148包含多個遮光元件148s。在實施例中，具有較小散射角的信號光束SB'循序穿過導光板120、第二包覆層180、第一光匯聚元件146a、過濾層150並行進到感測器160。信號光束SB'被第一光匯聚元件146a進一步匯聚。具有較大散射角的信號光束SB''被遮光元件148s遮蔽。同時，遮光元件148s可遮蔽散射的激發光束EB'的一部分，且因此感測器160的感測結果較不容易受影響。
圖10為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖10，圖10中的光學感測模組100i類似於圖9中的光學感測模組100h，而其間的差異為，第一光匯聚元件146a例如是三角形棱鏡。在其它實施例中，第一光匯聚元件146包含多個角錐、圓錐、多個梯形錐，或多個梯形圓錐。
圖11為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖11，圖11中的光學感測模組100j類似於圖5A中的光學感測模組100d，而其間的差異在於，第一光功能元件146包含多個第一光透射元件146t1，且第二光功能元件148包含多個光吸收元件148A和多個第二光透射元件148t2。第一光透射元件146t1、光吸收元件148A和第二光透射元件148t2沿著第二方向D2設置。在實施例中，具有較小散射角的信號光束SB'循序穿過導光板120、第二包覆層180、第一光透射元件146t1、過濾層150並行進到感測器160。具有較大散射角的信號光束SB''由光吸收元件148A吸收。因此，可避免兩個鄰近感測器160之間的串擾現象。由於第一光透射元件146t1、光吸收元件148A和第二光透射元件148t2的配置，光學感測模組100j可達成類似於光匯聚效應的效應。另一方面，散射的激發光束EB'的一個部分（具有較大入射角）由光吸收元件148A吸收，且激發光束EB'的其它部分（具有較小入射角）穿過第二光透射元件148t2並由過濾層150過濾。因此，感測器160的感測結果較不容易受影響。
圖12為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖12，圖12中的光學感測模組100k類似於圖11中的光學感測模組100j，其間的差異在於，第一光功能元件146包含多個第一光匯聚元件146a，且第二光功能元件148包含多個光吸收元件148A和多個第二光透射元件148t2。在實施例中，信號光束SB由光匯聚元件146a匯聚並行進到感測器160。另一方面，散射的激發光束EB'的一個部分由光吸收元件148A吸收，且激發光束EB'的其它部分穿過第二光透射元件148t2且由過濾層150過濾。因此，感測器160的感測結果較不容易受影響。
圖13為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖13，圖13中的光學感測模組100l類似於圖1中的光學感測模組100，而其間的差異在於，光匯聚層140l設置於過濾層150與感測器160之間。詳細地說，光匯聚層140j包含多個光匯聚透鏡142。光匯聚透鏡142為微透鏡（Micro Lens）。光匯聚透鏡142的位置對應於孔洞H的位置和感測器160的位置。過濾層150經設置以具有與光彙聚透鏡142相同的形狀，以便形成過濾層150中的多個凸面區域152。過濾層150中的除凸面區域152外的區域為平坦區域154。在實施例中，信號光束SB以一次序穿過光匯聚層140j和過濾層150並行進到感測器160。更具體來說，信號光束SB循序穿過過濾層150和光匯聚層140j並行進到感測器160。
在實施例中，過濾層150例如是干涉過濾層。干涉過濾層在入射光束以較小光入射角入射到干涉過濾層時可以具有較好的過濾功能。換句話說，對於具有不同入射角的光束，干涉過濾層具有不同的過濾能力。舉例來說，在實施例中，過濾層150可以過濾以相對於過濾層150的法線方向的正角θ和負角-θ組成的角度範圍入射的光束。由於法線方向在凸面區域152的不同位置處不同，所以過濾層150可過濾具有較大散射角的散射的激發光束EB'。因此，感測器160的感測結果較不容易受影響。
圖14為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
參看圖14，在實施例中，光學感測模組100m包含光源110、導光板120、第一包覆層130、雜訊縮減層190、多個感測器160和第二包覆層180。光源110用以提供激發光束EB。導光板120具有彼此相對的第一側S1和第二側S2。第一包覆層130安置在導光板120的第一側S1。第二包覆層180安置在導光板120的第二側S2。第一包覆層130具有多個孔洞H。這些孔洞H暴露導光板120的表面122的一部分。樣本50放置於孔洞H中的至少一者中。雜訊縮減層190包含多個過濾元件192和多個遮光元件194。這些過濾元件192的位置對應於這些孔洞H的位置。遮光元件194中的任一者位於兩個鄰近篩檢程式元件192之間。過濾元件192例如是干涉過濾層，但是本發明不限於此。感測器160的位置對應於孔洞H的位置。雜訊縮減層190安置於感測器160與導光板120之間。在激發光束EB進入導光板120之後，激發光束EB的至少一部分經由導光板120的表面122的由孔洞H暴露的部分透射到樣本50。樣本50由激發光束EB激發以發射信號光束SB。信號光束SB的第一部分SB1穿過過濾元件192中的至少一者並行進到感測器160。信號光束SB的第二部分SB2由遮光元件194中的至少一者遮蔽。
具體來說，信號光束SB的第一部分SB1例如是具有較小光散射角。信號光束SB的第二部分SB2例如是具有較大光散射角。在實施例中，信號光束SB的第一部分SB1由過濾元件192過濾。另一方面，信號光束SB的第二部分SB2由遮光元件194遮蔽。光學感測模組100k通過雜訊縮減層190執行過濾功能和光彙聚功能，並且還具有較薄的厚度。因此，光學感測模組100k具有高敏感度、高信噪比和較薄的厚度。
綜上所述，在本發明的實施例的光學感測模組中，信號光束以一次序穿過光匯聚層並行進到感測器。光匯聚層執行匯聚功能，且過濾層執行過濾功能。因此，在本發明的實施例中的光學感測模組具有高敏感度和高信噪比。接下來，激發光束的一部分可由光匯聚層匯聚，且感測器的感測結果較不容易受影響。也就是說，在本發明的實施例中的光學感測模組中的串擾現象可被避免。此外，因為光匯聚層和過濾層位於導光板與感測器之間，所以由光匯聚層提供的匯聚功能可使孔洞與感測器之間的光透射的準確性以及由過濾層提供的過濾功能的效率被提升。
另一方面，在本發明的實施例的光學感測模組中，信號光束的第一部分由過濾元件過濾，且信號光束的第二部分由遮光元件遮蔽。光學感測模組通過雜訊縮減層執行過濾功能和光匯聚功能並且還具有較薄的厚度。因此，本發明的實施例的光學感測模組具有高敏感度、高信噪比和較薄的厚度。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧樣本
100、100a~100m‧‧‧光學感測模組
110‧‧‧光源
120‧‧‧導光板
122、128‧‧‧表面
124‧‧‧光入射表面
126‧‧‧光出射表面
130‧‧‧第一包覆層
140、140a、140b、140d、140j、140l‧‧‧光匯聚層
142‧‧‧光匯聚透鏡
144a‧‧‧基板
144b‧‧‧覆蓋層
144b1‧‧‧基底
144b2、144b2’、144b2’’、144b2’’’、144b2’’’’‧‧‧光匯聚結構
144b2p‧‧‧三角錐
144b2t‧‧‧三角柱狀結構
146‧‧‧第一光功能元件
146a‧‧‧第一光匯聚元件
146‧‧‧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‧‧‧第二光匯聚元件
148s‧‧‧遮光元件
148t2‧‧‧第二光透射元件
150‧‧‧過濾層
152‧‧‧凸面區域
154‧‧‧平坦區域
160‧‧‧感測器
170‧‧‧鈍化層
180‧‧‧第二包覆層
190‧‧‧噪聲縮減層
192‧‧‧過濾元件
194‧‧‧遮光元件
B‧‧‧光束
C‧‧‧圓錐
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
EB‧‧‧激發光束
EB’、EB’1、EB’2‧‧‧散射的激發光束
EB’’‧‧‧匯聚的激發光束
H‧‧‧孔洞
HT‧‧‧高度
LC‧‧‧光耦合器
SB‧‧‧信號光束
SB1‧‧‧信號光束的第一部分
SB2‧‧‧信號光束的第二部分
SB’‧‧‧具有較小散射角的信號光束
SB’’‧‧‧具有較大散射角的信號光束
S1‧‧‧第一側
S2‧‧‧第二側
TC‧‧‧梯型圓錐
TP‧‧‧梯型柱結構
θ‧‧‧底角
圖1為根據本發明的一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖2為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖3A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖3B為圖3A的實施例中的覆蓋層的俯視圖。圖3C為圖3A的實施例中的覆蓋層的斜視圖。 圖4A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖4B為圖4A的實施例中的覆蓋層的斜視圖。圖4C、圖4D和圖4E為不同實施例中的覆蓋層的斜視圖。 圖5A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖5B為圖5A的實施例中的光彙聚層的俯視圖。 圖6A為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。圖6B為圖6A的實施例中的光彙聚層的俯視圖。 圖7為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖8為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖9為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖10為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖11為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖12為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖13為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖14為根據本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。
50‧‧‧樣本
100‧‧‧光學感測模組
110‧‧‧光源
120‧‧‧導光板
122、128‧‧‧表面
124‧‧‧光入射表面
126‧‧‧光出射表面
130‧‧‧第一包覆層
140‧‧‧光匯聚層
150‧‧‧過濾層
160‧‧‧感測器
170‧‧‧鈍化層
180‧‧‧第二包覆層
B‧‧‧光束
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
EB‧‧‧激發光束
EB’‧‧‧散射的激發光束
EB”‧‧‧匯聚的激發光束
H‧‧‧孔洞
LC‧‧‧光耦合器
SB‧‧‧信號光束
S1‧‧‧第一側
S2‧‧‧第二側

Claims (17)

  1. 一種光學感測模組，用以檢測樣本的特性，所述光學感測模組包括：光源，用以提供激發光束；導光板，具有彼此相對的第一側和第二側；第一包覆層，設置於所述導光板的所述第一側，所述第一包覆層具有多個孔洞，所述多個孔洞暴露所述導光板的表面的一部分，其中所述樣本放置於所述多個孔洞中的至少一者中；光匯聚層，設置於所述導光板的所述第二側；過濾層；以及多個感測器，所述多個感測器的位置對應於所述多個孔洞的位置，其中在所述激發光束進入所述導光板之後，所述激發光束的至少一部分經由所述導光板被所述多個孔洞暴露的部分所述表面透射到所述樣本，所述樣本被所述激發光束激發以發射信號光束，且所述信號光束以一次序穿過所述光匯聚層以及所述過濾層並行進到所述多個感測器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中所述光匯聚層包括多個光匯聚透鏡，且所述多個光匯聚透鏡的位置對應於所述多個孔洞的位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中所述光匯聚層包括基板和覆蓋層，所述覆蓋層包括基底和多個光匯聚 結構，所述多個光匯聚結構布置在所述基底上且面向所述過濾層，且所述覆蓋層覆蓋所述基板。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光學感測模組，其中所述多個光匯聚結構包括多個三角柱狀結構，所述多個三角柱狀結構在第一方向上延伸，且所述激發光束沿著第二方向傳播，其中所述第一方向垂直於所述第二方向。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的光學感測模組，其中所述多個光匯聚結構包括多個三角錐、多個圓錐、多個梯形柱結構或多個梯形圓錐。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中所述光匯聚層包括多個第一光功能元件和多個第二光功能元件，其中所述多個第一光功能元件的位置對應於所述多個第二光功能元件的位置，且所述多個第一光功能元件中的任一者位於所述多個第二光功能元件中的兩個鄰近第二光功能元件之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光學感測模組，其中所述多個第一光功能元件包括多個第一光匯聚元件，且所述第二光功能元件包括多個第二光匯聚元件。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的光學感測模組，其中所述多個第一光功能元件包括多個光透射元件，且所述多個第二光功能元件包括多個遮光元件。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的光學感測模組，其中所述多個第一光功能元件包括多個第一光匯聚元件，且所述多個光功能元件包括多個遮光元件。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的光學感測模組，其中所述多個第一光功能元件包括多個第一光透射元件，且所述多個第二光功能元件包括多個光吸收元件和多個第二光透射元件。
  11. 如申請專利範圍第6項所述的光學感測模組，其中所述多個第一光功能元件包括多個光透射元件，且所述第二光功能元件包括多個第二光匯聚元件。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中所述光匯聚層設置於所述導光板與所述過濾層之間。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中所述光匯聚層設置於所述過濾層與所述多個感測器之間。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其進一步包括設置於所述過濾層與所述多個感測器之間的鈍化層。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其進一步包括設置於所述導光板與所述光匯聚層之間的第二包覆層。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中所述過濾層包括吸收過濾層或干涉過濾層。
  17. 一種光學感測模組，用以檢測樣本的特性，所述光學感測模組包括：光源，用以提供激發光束； 導光板，具有彼此相對的第一側和第二側；第一包覆層，設置於所述導光板的所述第一側，所述第一包覆層具有多個孔洞，所述多個孔洞暴露所述導光板的表面的一部分，其中所述樣本放置於所述多個孔洞中的至少一者中；雜訊縮減層，包括多個過濾元件和多個遮光元件，其中所述多個過濾元件的位置對應於所述多個孔洞的位置，且所述多個遮光元件中的任一者位於所述多個過濾元件中的兩個鄰近過濾元件之間；以及多個感測器，所述多個感測器的位置對應於所述多個孔洞的位置，其中在所述激發光束進入所述導光板之後，所述激發光束的至少一部分經由所述導光板被所述多個孔洞暴露的部分所述表面透射到所述樣本，所述樣本被所述激發光束激發以發射信號光束，且所述信號光束的第一部分穿過所述過濾元件中的至少一者並行進到所述多個感測器，且所述信號光束的第二部分被所述多個遮光元件中的至少一者遮蔽。
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