光學檢測裝置及方法

光學檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種光學檢測裝置，該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并經由該目標物反射的檢測光束。本發明還提供了一種光學檢測方法。本發明的光學檢測裝置及光學檢測方法能準確檢測一目標物反射的光束。
【專利說明】
光學檢測裝置及方法
技術領域
[0001] 本發明是關于一種光學檢測裝置及光學檢測方法。
【背景技術】
[0002] 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 率的檢測提供了遠程，非接觸及非侵入的檢測方式來獲取被分析物的信息。因此，光學反射 檢測裝置廣泛應用于分析化學、航空及醫療領域。適用于光學檢測的光源，例如是激光。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噪聲強度產生變化。此外，薄膜涂層的不均勻性及分光 器的衍射還會導致波長和透射率(或反射率)之間呈非線性關系。由光源的不穩定性產生的 噪音及分光器的波長依賴特性阻礙著良好信號的采集。因此，檢測到的信號不能代表反射 光的實際光功率。
[0003] 目前，已報道許多改進光學檢測裝置性能的方法。首先，利用高級激光器提高光源 的穩定性，其中該高級激光器設有諧振腔、激光控制電路或激光光學系統。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，分光器的防反射涂層可以輕度降 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周期。此外，非實時檢測不能夠 從多種被分析物或移動使用狀態中獲取有用的信號。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于這些實施方式不脫離本發明的范圍。

【發明內容】

[0004] 鑒于以上內容，有必要提供一種準確檢測一目標物反射的光束的光學檢測裝置及 光學檢測方法。
[0005] 本發明提供一種光學檢測裝置，包括：
[0006] -光源，產生一發射光束；
[0007] -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；
[0008] -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；
[0009] -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
[0010] -第二光電探測器，檢測經由該第一分光器重新定向的并經由該目標物反射的檢 測光束。
[0011] 進一步地，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。
[0012] 進一步地，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。
[0013] 進一步地，該目標物是一參考鏡，該參考鏡將該檢測光束反射至該第一分光器。
[0014] 進一步地，該光學檢測裝置還包括一部分反射鏡，該部分反射鏡將該檢測光束的 透射部分透射至該目標物，且將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器。
[0015] 進一步地，該光源是一相干光源。
[0016] 本發明還提供一種光學檢測裝置，包括：
[0017] 一光源，產生一發射光束；
[0018] -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；
[0019] -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；
[0020] -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
[0021] -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。
[0022] 進一步地，該光電檢測裝置還包括一第二鏡子、一第三鏡子、一第四光電探測器及 一第四光電探測器。該第二鏡子通過該第一分光器將來自于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 檢測器檢測一第一補償光束;該第二檢測器檢測一第一檢測光束;該第三檢測器檢測一第 二補償光束;該第四檢測器檢測一第一檢測光束。
[0023] 進一步地，該目標物是一參考鏡，該參考鏡將該檢測光束反射至該第一分光器。
[0024] 進一步地，該光學檢測裝置還包括一部分反射鏡，該部分反射鏡將該檢測光束的 透射部分透射至該目標物，且將該檢測光束的反射部分反射至該第一分光器。
[0025] 進一步地，該光源是一相干光源。
[0026]本發明還提供一種光學檢測方法，包括如下步驟：
[0027]由一光源產生一反射光束；
[0028] 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；
[0029] 由該分光器將該補償光束重新定向；
[0030] 由該分光器將該檢測光束重新定向；
[0031 ]將該補償光束導向一光電探測器;及
[0032] 將該檢測光束導向一第二光電探測器。
[0033] 進一步地，在該檢測光束重新定向的步驟前，該檢測光束經由一參考鏡反射。
[0034] 進一步地，在該檢測光束重新定向的步驟前，該檢測光束的發射部分及該檢測光 束的透射部分經由一部分反射鏡反射。
[0035] 進一步地，該第一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。
[0036] 進一步地，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，并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，并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檢測補償光束，并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，并且由一第四光電探測器檢 測該第二檢測光束。
[0037]相較現有技術，上述光學檢測裝置，將一發射光束分割成一檢測光束及一補償光 束，通過將該檢測光束和該補償光束的光路徑長調整成一致，或是平衡一第一分光器、一第 二分光器或是一鏡子的波長依賴特性。從而對噪聲進行補償，因此該光學檢測裝置能準確 檢測一目標物反射的光束。本發明的光學檢測方法通過利用上述光學檢測裝置，從而實現 準確檢測該目標物的反射的光束。
【附圖說明】
[0038]本技術的實行將以例子的方式結合附圖進行說明。
[0039]圖1是一用于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表不一第二光電探測器，LD表不一光源。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042]圖4A展示了一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，以及確定具有一參考鏡存在的校準。
[0043]圖5A展示了確定具有一部分反射鏡存在的一光學檢測裝置的校準；圖5B展示了一 光學檢測裝置包括一用于分析一被分析物的部分反射鏡。
[0044] 圖6A展示了一光學檢測裝置，用于分析一被分析物，其中，圖6B展示了包括一反射 鏡的光學檢測裝置，以及確定具有一參考鏡存在的校準。
[0045] 圖7A展示了確定具有一部分反射鏡存在的一光學檢測裝置的校準;其中，圖7B展 示了一光學檢測裝置包括一用于分析一被分析物的部分反射鏡。
[0046] 圖8A展示了一光學檢測裝置包括兩對用于分析一被分析物的光電探測器;其中， 圖8B展示了一光學檢測裝置包括一反射鏡及兩對光電探測器，以及確定具有一參考鏡存在 的校準。
[0047]圖9A展示了確定具有一部分反射鏡存在的一光學檢測裝置的校準;其中，圖9B展 示了一光學檢測裝置包括一用于分析一被分析物的部分反射鏡。
[0048]圖10展不了本發明一實施例的改良結構圖。
[0049] 圖11展示了一實施例包括具有不同角度配置組件的示意圖。
[0050] 圖12展示了一光學檢測方法的流程圖。
[00511主要元件符號說明

[0053] 如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本發明。
【具體實施方式】
[0054] 為了簡明清楚地進行說明，在恰當的地方，相同的標號在不同圖式中被重復地用 于標示對應的或相類似的元件。此外，為了提供對此處所描述實施例全面深入的理解，說明 書中會提及許多特定的細節。然而，本領域技術人員可以理解的是此處所記載的實施例也 可以不按照這些特定細節進行操作。在其他的一些情況下，為了不使正在被描述的技術特 征混淆不清，一些方法、流程及元件并未被詳細地描述。圖式并不一定需要與實物的尺寸等 同。為了更好地說明細節及技術特征，圖式中特定部分的展示比例可能會被放大。說明書中 的描述不應被認為是對此處所描述的實施例范圍的限定。
[0055] 現對適用于全文的幾個定義描述如下。
[0056]詞語"連接"，不管是直接地還是通過中間元件間接地，都不一定限制于物理性的 連接。所述連接可以是物體被永久性地連接或可拆卸地連接。詞語"光束"指的是光能量的 透射方向，并且不限于兩光學元件之間直接相連的光路。例如，從一光源到一光電探測器的 一光束，有或沒有穿過一在該光源和該光電探測器之間的分光器。該光束的方向或是該光 束的光學性質可以通過一光學元件來改變。詞語"包括"的意思是"包括，但不限于"，特指開 放式的包含關系或者是某個組合、群組、系列等集合概念中的要素。
[0057]本發明的光學檢測裝置，用于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于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并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、熒光或非彈性散射。一光學檢測裝置的原理是將一光 束聚集到一被分析物上，并檢測一作為一檢測信號的反射光的功率。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， 用于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，例如眼睛的干性角膜結膜炎或是組織活檢的異常增生。
[0058] 如圖1所示，一光學檢測裝置的基本構造具有一光源(表示為LD)、一用于檢測的第 一光電探測器(表示為PD1)及另一用于參考基準的第二光電探測器(表示為TO2)。該roi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 是激光。由于激光的不穩定，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(或透射率)之間呈線性關系，那么該PD2檢測的功率應該 與該roi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。
[0059] 然而，圖3A展示了該反射率與該波長特性曲線圖及該透射率與該波長特性曲線 圖，依圖可知該分光器的反射率和透射率的改變取決于不同波長的照射。如圖3B所示，該 PD2檢測的功率并非與該PD1檢測的功率一致。因此，該PD2檢測的功率不能被標準化，并且 從圖3C中顯示了不可預測的波動。實際上，相較于該光源的功率，該反射光的功率相對較 小。因此，雖然噪音是該光源功率的一小部分，但是該噪音仍可能掩蓋該信號。本
【發明內容】
公開用于補償該噪聲及準確檢測該被分析物的反射率。
[0060] 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 線性的范圍內，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，其可作為共享的光路。
[0061] 一光學檢測裝置，用于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。
[0062] 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后，通過該部分反射鏡透射并由該分光器改變 方向。該檢測光束的反射部分是通過該部分反射鏡反射的，并由該分光器改變方向。最后， 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。
[0063] 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。 [0064]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，并表示為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表不該第一分光器41的反射率;Ml表不該第一反射鏡61的反射率； T1表不該第一分光器41的透射率。如圖6B所不，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，并表示為Pr = P0*Tl*Rr*Rl，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/Pl = Rr/Ml，其中該Rr、Ml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在校準完后被移走，并且一被分析物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，并表示為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噪音進行補償，從而實 現精準檢測。可預期地，在不背離本發明范圍的前提下，本發明公開的其他實施例可以一 致。
[0065] -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。
[0066] 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 理器用于計算該檢測光束的標準化功率。
[0067] -光源，用于產生一發射光束。該光源可以是相干光源。該相干光源可以是一氣體 激光器(例如是氦氖激光器、二氧化碳激光器、一氧化碳激光器、氬離子激光器、銅蒸氣激光 器、或溴化銅蒸氣激光器)或是一激光二極管。該光源還可以是一發光二極管(LED)、一有機 發光二極管(0LED)、或其他非相干光源。該光源可以包括一發光組件或者是多種發光組件 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。
[0068] -光電探測器，用于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管光電晶體管，一光敏電阻，一光電倍增 管，或一金屬氧化物半導體(M0S)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 理信號更方便，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。
[0069] -分光器能分割一光束并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 透射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，該透射率和該反射 率之和大約等于一。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范圍內至少是相同的。
[0070] 在本公開中，該分光器還用于對該光束重新定向。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。
[0071 ] 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于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于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后，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 用于反射該補償光束;或是當該補償光束被該第一分光器反射時，該第二分光器則用于透 射該補償光束。
[0072] 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 透射量等于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 于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并經 由該第一鏡子反射時，該第一分光器用于反射該補償光束;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，該第一分光器則用于透射該補償光束。
[0073] 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 等于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于該第 一分光器在該第四光路的反射量。
[0074] -反射鏡用于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系來配置，或是在確定的入射光波長范圍內通過對恒定反射率來配 置。因此，用戶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，并且允許其從對應的 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并到達該第二光電 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 反射涂層的鏡子或是玻璃板來制備。
[0075] -光學檢測裝置包括一光源、一第一分光器、一第二分光器、一第一光電檢探測器 及一第二光探測器。該光源產生一發射光束之該第一分光器。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 二光探測器。該第一光探測器接收經由該第二分光器重新定向的補償光束。該第二光探測 器接收經由該第一分光器重新定向的檢測光束。
[0076] 一實施例如圖4A所示，一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，并且通過透射將該檢測光束重新定向 至一被分析物99。隨后，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，并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，并且通過該第二光電探測器52檢測該檢測光束。
[0077] 一實施例如圖4B所示，一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,并且通過透射將該檢測光束 重新定向至該參考鏡71。隨后，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，并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。
[0078] 一實施例如圖5A所示，一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,并且通過透射將該檢測光 束重新定向至該部分反射鏡72。隨后，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，并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。
[0079] 一實施例如圖5B所示，該光學檢測裝置用于檢測一被分析物99。該被分析物99位 于該部分反射鏡72的前面，該檢測光束經由該被分析物99反射后返回至該第一分光器41， 并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,并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，并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。
[0080] -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。該鏡子用于反射具有一定波長范圍的入射光，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）。該鏡子可以被制成固態金屬(例 如是青銅或銀)板，或是被制成具有銀、鋁、金或介電涂層的板。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 系，或者在一定波長范圍內具有不同可檢測的反射率。
[0081] 一實施例如圖6A所示，一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，并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。
[0082] 一實施例如圖6B所示，一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。在校準確定后，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，并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。可預期地，在該第一分光器41重新定向后與該第二光電探測 器52檢測之間可放置一第二鏡子62用于平衡該第一鏡子61的波長依賴特性，或將該第二光 路與該第一光路的光路徑長調整成一致。
[0083] 一實施例如圖7A所示，一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，并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，并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。
[0084] 一實施例如圖7B所示，該光學檢測裝置用于檢測一被分析物99。該被分析物99位 于該部分反射鏡72的前面，該檢測光束經該被分析物99反射后返回至該第一分光器41，并 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，并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，并且 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。
[0085]為了檢測兩個不同的光學特性，一光學檢測裝置可具有兩個用于檢測的光電探測 器且每一相應的光電探測器用來補償該噪聲。
[0086] 一實施例如圖8A所示，一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，并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,并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 四光電檢測器54檢測經由該第一分光器41重新定向的第二檢測光束。
[0087] 一實施例如圖8B所示，一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。在校準確定后，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，并且 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,并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。該第四光電檢測器54檢測經由該第 一分光器41重新定向的第二檢測光束。
[0088] 一實施例如圖9A所示，一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，并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,并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 四光電檢測器54檢測經由該第一分光器41重新定向的第二檢測光束。
[0089] 一實施例如圖9B所示，一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，并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,并且 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。該第四光電檢測器54檢測經由該第一分光器 41重新定向的第二檢測光束。
[0090]可預期地，一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 該元件的布局具有替代空間。基于替代布局，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30，一第一分束器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，并且通 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。
[0091] 該補償光束的光功率通過該第一光電探測器51進行檢測，并表示為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檢測器52進行檢 測，并表示為Pr = P0*Rl*Rr*Tl。該檢測光束的標準化功率被表示為Pc = Pr/Pl =Rr/Ml。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*Rl*F*Tl。因此，該檢測光束的標準化功率被表示為Pn = Pm/Pl =F/M1。其 結果是，噪聲補償仍然是通過改良相同元件的結構來實現。可預期地，在不背離本發明范圍 的前提下，其他實施例可以適當修改。
[0092] 本發明還可以具有多種入射角的不同構造。該透射率與波長特性曲線圖可取決于 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于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，α?和 α3是完全相同的，然而該α?和α2可以不相同，只要在該α?處的透射率與在該α2處的透射率 大約相同。具體地，該檢測光束的標準化功率被表示為Pc = pr/Pl = (P〇*Tal*Rr*Ra3)/(PO* Ral*Ml*Ta2)，其中該Tal表示為在該al處的透射率;該Ra3表示為在該a3處的反射率;該Ral 表示為在該al處的反射率;及該Ta2表示為在該a2處的透射率。顯然，當al=a3時，Pc=(Rr* Tal)/(Ml*Ta2)，并且假使在該al處的透射率(Tal)與該在該a3處的透射率(Ta2)大約相同 或在一定波長區間內成比例，該噪聲補償仍然能實現。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。
[0093] 如圖12所示，展示了一光學檢測方法的流程圖。該光學檢測方法包括如下步驟：
[0094] 1201、產生一發射光束；
[0095] 1202、將該發射光束分割成一補償光束和一檢測光束；
[0096] 1213、該檢測光束重新定向；
[0097] 1223、該補償光束重新定向；
[0098] 1214、檢測該檢測光束；
[0099] 1224、檢測該補償光束;及
[0100] 1205、計算該標準化功率。
[0101] 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。
[0102]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征常在本技術領域 找到。盡管本技術的許多特征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，并且可以改變細節，包括形狀和元件排列，在本公開的原理 范圍內，并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范圍。因此，可以理 解，上述實施例可以在權利要求書的范圍內進行修改。
【主權項】
1. 一光學檢測裝置，其特征在于，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并經由該目標物反射的檢測光 束。2. 如權利要求1所述的光學檢測裝置，其特征在于，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. 如權利要求1所述的光學檢測裝置，其特征在于，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. 如權利要求1所述的光學檢測裝置，其特征在于，該目標物是一參考鏡，該參考鏡將 該檢測光束反射至該第一分光器。5. 如權利要求1所述的光學檢測裝置，其特征在于，該光學檢測裝置還包括一部分反射 鏡，該部分反射鏡將該檢測光束的透射部分透射至該目標物，且將該檢測光束的反射部分 反射至該第一分光器。6. 如權利要求1所述的光學檢測裝置，其特征在于，該光源是一相干光源。7. -光學檢測裝置，其特征在于，包括： 一光源贅產生一發射光束； 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。8. 如權利要求7所述的光學檢測裝置，其特征在于， 該光電檢測裝置還包括一第二鏡子、一第三鏡子、一第四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于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； 該第一檢測器檢測一第一補償光束； 該第二檢測器檢測一第一檢測光束； 該第三檢測器檢測一第二補償光束； 該第四檢測器檢測一第一檢測光束。9. 如權利要求7所述的光學檢測裝置，其特征在于，該目標物是一參考鏡，該參考鏡將 該檢測光束反射至該第一分光器。10. 如權利要求7所述的光學檢測裝置，其特征在于，該光學檢測裝置還包括一部分反 射鏡，該部分反射鏡將該檢測光束的透射部分透射至該目標物，且將該檢測光束的反射部 分反射至該第一分光器。11. 如權利要求7所述的光學檢測裝置，其特征在于，該光源是一相干光源。12. -光學檢測方法，其特征在于，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光電探測器;及 將該檢測光束導向一第二光電探測器。13. 如權利要求12所述的光學檢測方法，其特征在于，在該檢測光束重新定向的步驟 前，該檢測光束經由一參考鏡反射。14. 如權利要求12所述的光學檢測方法，其特征在于，在該檢測光束重新定向的步驟 前，該檢測光束的發射部分及該檢測光束的透射部分經由一部分反射鏡反射。15. 如權利要求12所述的光學檢測方法，其特征在于， 該第一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。16. 如權利要求12所述的光學檢測方法，其特征在于，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，并將該第一補償 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，并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檢測補償光束，并將該第一檢測 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，并且由一第四光電探測器檢測該第二檢測 光束。
【文檔編號】G01N21/47GK106092968SQ201610272365
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月28日 公開號201610272365.9, CN 106092968 A, CN 106092968A, CN 201610272365, CN-A-106092968, CN106092968 A, CN106092968A, CN201610272365, CN201610272365.9
【發明人】黎育騰, 曲昌盛, 何貫睿, 賀培誠, 鐘雙兆, 范植訓, 陳治誠
【申請人】臺醫光電科技股份有限公司