[發明專利]具有用于將信號光映射到探測器上的衍射光學元件的光學系統

無效

• 申請號: 200680009989.6
• 申請日: 2006-03-27
• 公開（公告）號: CN101151519A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: M·巴利斯特雷里;D·J·W·克隆德;M·范赫佩恩
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G02B27/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王英

技術領域

本發明涉及用于將信號光從至少一個光源映射(mapping)到目標位置上的光學系統和方法。

背景技術

在WO02/059583A1中給出了對來自發光樣本的信號光通過玻璃襯底的傳播的詳細分析。所述分析表明，其強度的大部分包含在所謂的“SC模式”中，根據定義，所述“SC模式”包括在全內反射角下抵達玻璃襯底的背面(即，與樣本相反的一側)的信號光。因此，從探測目的來講，SC模式的信號光通常會受到損耗。為了防止這一損耗，在WO02/059583A1中建議在玻璃襯底的背面設置衍射光學元件，其通過衍射將SC模式的光從玻璃襯底中耦合出來。但是，這一方案的問題在于離開玻璃襯底的信號光分布在一個大角度范圍上，探測器必須覆蓋這一大角度范圍才能收集所有可用的信號光。此外，從不同光源發出的信號光混合，因此不能通過探測器對所述光進行空間分離。

發明內容

基于這一情況，本發明的目的在于提供用于對信號光進行改進的處理，尤其是空間分解處理的裝置。

這一目的是通過根據權利要求1所述的光學系統和根據權利要求11所述的方法實現的。在從屬權利要求中公開了優選實施例。

根據其第一方面，本發明包括具有成像單元的光學系統，所述成像單元用于將來自至少一個光源的光(在下文中出于參考的目的將其稱為“信號光”)映射到目標位置上，其中，所述目標位置對應于光源的圖像。例如，所述光源可以是(生物)化學檢驗中樣本材料的光點或者諸如LED的技術部件。典型地，所述成像單元根據幾何光學原理將信號光聚焦到圖像平面上。具體地，其可以包括一個或多個透鏡，其中，所述成像單元(即，面對所述光源的透鏡)的數值孔徑(NA)優選大于0.8，最優選與圍繞所述透鏡的介質的折射率(index)一樣大。所述光學系統還包括下述部件：

a)至少一個第一衍射光學元件(在下文中縮寫為DOE)，其相對于信號光的光路位于成像單元的“前面”，即，信號光在進入成像單元之前受到所述第一DOE的衍射。

b)至少一個第二DOE，其相對于所述信號光的光路位于所述成像單元的“后面”，即，信號光必須離開所述成像單元才能進入所述第二DOE。在下文中將相對于本發明的優選實施例更詳細地描述第一和第二DOE的適當實現。

上述類型的光學系統的優點在于提供了第一DOE的預期功能，例如，所述第一DOE可以是能夠實現小波長范圍的顯著透射(pronounced?transmission)的波長濾波器，同時還能夠通過第二DOE補償第一DOE不盡人意的效果。

具體地，可以布置和設計所述第一DOE和第二DOE，從而由第二DOE逆轉(reversed)第一DOE對穿過其的光線的路徑的作用。換言之，所述光學系統作為一個整體通過類似于幾乎不存在光柵的方式對輸入點成像，所述成像單元(例如，透鏡)在對輸入點成像的同時仍然能夠得益于第一DOE。因而能夠保持第一DOE對信號光的預期效果(例如，波長濾波)，同時能夠獲得對這一光的未受擾動的光學成像。

所述第一和第二DOE從原理上可以具有不同的設計(即，形式和/或尺寸)。但是，在優選實施例中，所述第一和第二DOE在設計上相同。

根據另一任選實施例，按照鏡像布局使用所述第一和第二DOE。如果所述DOE也是相同的，那么第二DOE將逆轉第一DOE對信號光光路的作用。

在本發明的優選實現中，所述光學系統還包括具有(彎曲或平坦)背面的至少半透明的襯底，其中，可以將來自光源的信號光耦合到所述襯底內，并且其中，這一信號光的至少部分能夠通過所述背面離開所述襯底。所述“背面”是所述襯底的面之一，給出這一名稱的目的在于參考，該名稱是以從光源觀察為基礎的。光源相對于襯底的位置不受任何形式的限制，具體地，所述光源可以遠離、接近甚至嵌入到襯底內。在很多種情況下，所述襯底基本上是由玻璃或透明聚合物構成的平板。此外，第一衍射光學元件DOE位于襯底的背面，并且適于將SC模式的信號光從襯底中耦合出來。根據定義，“SC模式”包括在不存在第一DOE的情況下在所述背面處受到全內反射的信號光。可以在WO02/059583A1中找到對SC模式的詳細說明和對第一DOE的適當實現。具體地，可以將所述光學系統(尤其是其成像單元和第二DOE)設計為，將從所述襯底中耦合出來的所述SC模式的信號光的80％以上，優選90％以上，最優選將全部所述光引導至目標位置。