用于样本的侦测装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于样本的侦测装置，包括一影像感测器、一导光结构、一承载装置、以及一光源。导光结构设置于影像感测器，且包括一导光层以及一顶层。导光层设置于影像感测器上。顶层设置于导光层上。承载装置设置于导光结构上。承载装置具有多个容置槽排列于一阵列且位于顶层上。每一容置槽用以容纳一样本。由于侦测装置整合于影像感测器以及导光结构，侦测装置的尺寸和重量大幅地减少，且侦测装置的制作成本较为便宜。此外，于承载装置上的样本可同时地被影像感测器侦测，且因此减少了侦测样本所需的时间。
【专利说明】
用于样本的侦测装置
技术领域
[0001]本发明主要关于一种侦测装置，特别涉及一种用于样本的侦测装置。
【背景技术】
[0002]目前已发展出多种生物晶片，例如微流体晶片(microfluidicchip)、微阵列晶片(micro-array chip)、或是实验室晶片(lab-on-a-chip)，用以侦测人类基因组(humangenome)，因此导致人类基因组调度的研究具有重大的发展。此外，亦可用以分析人体血液以检查是否血液中包含了特定疾病的生物标记，藉此侦测基因疾病。
[0003]图1为现有的生物晶片侦测装置Al的示意图。生物晶片侦测装置Al用以侦测承载于生物晶片A3上的样本A2。生物晶片A3包括多个用以容置样本A2的容置槽A4，容置槽A4以阵列的方式排列。生物晶片侦测装置Al包括一激光光源A10、一滤波器A20、一分光器A30、一透镜A40、一滤波器A50、一透镜A60以及一侦测器A7 O。
[0004]激光光源AlO朝向分光器A30发射一激发光束LI。滤波器A20位于激光光源AlO以及分光器A30之间，且用以针对激发光束LI的一期望的波长范围加以滤波。举例而言，激发光束LI的波长为大约300nm至500nm的范围之间。分光器A30反射激发光束LI至样本A2。透镜A40将激发光束LI聚焦于样本A2。
[0005]样本A2被激发光束LI所照射后，样本发射通过分光器A30的放射光束L2至滤波器A50 ο 一般而言，放射光束L2为一焚光光束。由于激发光束LI的部分可通过分光器A30至侦测器A70，因此滤波器A50亦可用以止挡激发光束LI。
[0006]透镜A60用以将放射光束L2聚焦于侦测器A70。侦测器A70用以分析放射光束L2的波长与强度。然而，由于激发光束LI以及放射光束L2具有相同的光学路径，被侦测器A70所侦测的放射光束L2会被激发光束LI所扰乱，进而影响了样本A2的侦测结果。
[0007]此外，现有的生物晶片侦测装置Al以点对点的方式侦测样本，因此当扫描具有大量样本A2的生物晶片A3时，会非常地耗时。
[0008]再者，如图1所示，现有的生物晶片侦测装置Al包括大量的光学元件，且需要移动生物晶片侦测装置Al以依序侦测样本A2的传送装置。因此，生物晶片侦测装置Al具有较大的体积以及重量，且生物晶片侦测装置Al亦具有昂贵的制作成本。此外，使用者亦难以携带或负荷生物晶片侦测装置Al。
[0009]虽然生物晶片侦测装置以满足一般使用上的目的，然而却无法满足所有的方面，因此需要提供一种方案以增进生物晶片侦测装置。
【发明内容】
[0010]本发明提供了用于样本的侦测装置，其具有较小的体积以及较轻的重量以便于携带。此外，亦降低了侦测装置的制作成本，并能减少侦测样本的时间。
[0011]本发明提供了一种用于样本的侦测装置包括一影像感测器、一导光结构、一承载装置、以及一光源。导光结构设置于影像感测器，且包括一导光层以及多个顶层。导光层设置于影像感测器上。顶层设置于导光层上。承载装置设置于导光结构上。承载装置具有多个容置槽排列于一第一阵列且位于顶层上。每一容置槽用以容纳一样本。
[0012]本发明提供了用于样本的侦测装置，包括一影像感测器、一导光结构、以及一承载装置。影像感测器包括排列于一第一阵列的多个微透镜。导光结构包括设置于微透镜上的一导光层、以及设置于导光层上的一顶层。承载装置设置于导光结构上，且具有排列于一第二阵列的多个容置槽，其中每一容置槽用以容纳一样本。
[0013]综上所述，由于侦测装置整合于影像感测器以及导光结构，侦测装置的尺寸和重量大幅地减少，且侦测装置的制作成本较为便宜。此外，于承载装置上的样本可同时地被影像感测器侦测，且因此减少了侦测样本所需的时间。
【附图说明】
[0014]图1为现有的生物晶片侦测装置的示意图。
[0015]图2为本发明的第一实施例的侦测装置的示意图。
[0016]图3为本发明的第一实施例的侦测装置的俯视图。
[0017]图4为本发明的第二实施例的侦测装置的示意图。
[0018]图5为本发明的第三实施例的侦测装置的示意图。
[0019]图6为本发明的第四实施例的侦测装置的示意图。
[0020]图7为本发明的第五实施例的侦测装置的示意图。
[0021 ]图8为本发明的第六实施例的侦测装置的示意图。
[0022]附图标记说明:
[0023]侦测装置100
[0024]影像感测器I
[0025]感测层10
[0026]基板11
[0027]感测单元12、12a、12b
[0028]导光结构2
[0029]截波层20
[0030]滤光单元30[0031 ]红色滤光单元30a
[0032]滤光单元30b
[0033]光源4
[0034]微透镜40
[0035]底层50
[0036]导光层60
[0037]顶层70
[0038]栅格部71
[0039]引导部72
[0040]第一闸部73
[0041]第二闸部74
[0042]生物晶片侦测装置Al
[0043]激光光源AlO
[0044]滤波器A20
[0045]分光器A30
[0046]透镜A40
[0047]滤波器A50
[0048]透镜A60
[0049]侦测器A70
[0050]样本A2[0051 ]生物晶片A3
[0052]容置槽A4
[0053]承载装置BI
[0054]承载本体Bll
[0055]容置槽B12、B12a
[0056]样本B2、B2a
[0057]介面El
[0058]激发光束LI
[0059]放射光束L2
[0060]参考平面Pl
[0061]宽度W1W2W3
[0062]边缘区域Zl
[0063]中央区域Z2
【具体实施方式】
[0064]以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。
[0065]此外，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。再者，附图中的形状、尺寸或是厚度可能为了清楚对其进行说明目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供对其进行说明用。
[0066]图2为本发明的第一实施例的侦测装置100的示意图。图3为本发明的第一实施例的侦测装置100的俯视图。侦测装置100包括一影像感测器1、一导光结构2、以及一光源4。导光结构2设置于影像感测器I上，以及一承载装置BI设置于导光结构2上。
[0067]承载装置BI可为一生物晶片，例如一微流体晶片(microfluidic chip)、一微阵列晶片(micro-array chip)、或是一实验室晶片(lab-on-a-chip)。于此实施例中，承载装置BI为一微阵列晶片。于一些实施例中，承载装置BI可拆卸地设置于导光结构2上。于一些实施例中，承载装置BI固定并整合于导光结构2。
[0068]承载装置BI为一板状结构，且包括一承载本体Bll以及多个容置槽B12。容置槽B12形成于承载本体Bll，并以阵列的方式排列于一阵列。于一些实施例中，承载本体Bll由透光材质所制成，例如玻璃。每一容置槽B12用以容纳一样本B2。于一些实施例中，样本B2包括血液、生物组织、或是DNA段片(DNA fragmentat1ns) ο
[0069]光源4设置于导光结构2的侧表面，且用以发射激发光束LI。于一些实施例中，光源4为激光光源或发光二极管(LED)。激发光束LI的波长为大约200nm至500nm之间。换句话说，激发光束LI为蓝光光束或是紫外光光束。
[0070]导光结构2用以传导以及引导激发光束LI穿过承载本体Bll至样本B2。当样本B2被激发光束LI所照射时，样本B2放射上述放射光束L2至影像感测器I。于一些实施例中，放射光束L2为荧光光束。
[0071]影像感测器I可为一互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器、一感光耦合元件(CO))影像感测器、或是一单光子崩溃二极管(SPAD,single-photon avalanche d1de)影像感测器。影像感测器I经由半导体工艺所制造。
[0072]影像感测器I为一板状结构，且包括一感测层10、一截波层20、多个滤光单元30，以及多个微透镜40。感测层10沿一参考平面Pl延伸。感测层10用以感测放射光束L2，且根据照射于感测层10的放射光束L2产生侦测信号。
[0073]感测层10可包括所有下列的元件，但只要能达到感测层10的使用目的，可不需要包括所有下列的元件。感测层10包括一基板11以及多个感测单元12。于一些实施例中，感测层10还包括其他光学层(图未示)。
[0074]感测单元12设置于基板11内。感测单元12以阵列的方式排列于参考平面Pl上的一阵列。于一些实施例中，感测单元12为感光二极管。每一感测单元12用以感测放射光束L2且根据照射于其上的放射光束L2产生一侦测信号。
[0075]截波层20设置于感测层10以及微透镜40之间。于一些实施例中，截波层20设置于感测层10以及滤光单元30之间。截波层20用以止挡激发光束LI通过至感测层10。
[0076]滤光单元30设置于感测层10上。滤光单元30以阵列的方式排列于平行于参考平面Pl的一平面上的一阵列。每一滤光单元30位于感测单元12中的一者之上。
[0077]每一滤光单元30允许一特定波长的光通过。于一些实施例中，滤光单元30为彩色滤光单元30。举例而言，滤光单元30包括多个红色滤光单元30a以及多个滤光单元30b。红色滤光单元30a以及滤光单元30b以阵列的方式交错排列于一阵列。
[0078]红色滤光单元30a允许波长为620nm至750nm(红光)的光线通过感测单元12。滤光单元3013允许波长为590111]1至620111]1的光线通过感测单元12。
[0079]微透镜40设置于滤光单元30，且以阵列的方式排列于平行于参考平面Pl的一平面上的一阵列。每一微透镜40位于滤光单元30中的一者上。微透镜40用以将光线聚焦于感测单元12。微透镜40亦用以将激发光束LI经由引导部72朝向容置槽BI2反射。
[0080]导光结构2为一板状结构，平行于影像感测器I以及承载装置BI。于一些实施例中，导光结构2经由半导体工艺制造。导光结构2整合于影像感测器I。
[0081 ] 导光结构2包括一底层50、一导光层60、以及一顶层70。底层50、导光层60、以及顶层70平行于参考平面Pl，且为透明的。底层50设置于微影像感测器I的透镜40上。于一些实施例中，底层50连接于微透镜40。
[0082]导光层60设置于底层50上。如图2、3所不，光源4设置于导光层60的侧表面，且用以发射激发光束LI进入导光层60。
[0083]顶层70设置于底层50上。顶层70包括一栅格部71、以及多个引导部72。栅格部71以及引导部72设置于导光层60上。
[0084]如图2、3所示，栅格部71环绕引导部72，且引导部72以阵列的方式排列于一阵列。每一容置槽B12位于引导部72中的一者之上。
[0085]于一些实施例中，底层50的折射率大约为I至1.5之间。导光层60的折射率约为1.5至3之间。引导部72的折射率约为1.5至3之间。栅格部71的折射率约为I至1.5之间。
[0086]于一些实施例中，导光层60的折射率等于引导部72的折射率。导光层60以及引导部72由相同的材质所制成，且为一体成形。
[0087]于一些实施例中，导光层60以及引导部72的折射率大于底层50的折射率。
[0088]于此实施例中，导光层60位于底层50与顶层70之间。栅格部71用以通过全反射来反射导光层60内的激发光束LI，底层50用以通过全反射来反射导光层60内的部分激发光束LI。因此，激发光束LI可沿导光层60行进。
[0089]此外，微透镜包括于1.4至2.3之间的折射率。微透镜40将直接传导至微透镜40或经由栅格部71反射至微透镜40的激发光束LI经由引导部72朝向容置槽B12反射。
[0090]如图2所示，光源4发射激发光束LI。部分激发光束LI通过全反射于沿着导光层60行进。再者，部分激发光束LI传导至微透镜40，且被微透镜40反射。因此，部分激发光束LI被微透镜40反射，且经由引导部72以及承载本体Bll传导至样本B2。
[0091]当样本B2被激发光束LI所照射，样本B2放射上述放射光束L2。放射光束L2的部分被栅格部71所止挡。放射光束L2的部分依序经由引导部72以及导光层60传导至影像感测器
I。当放射光束L2照射至影像感测器I，放射光束L2依序经由微透镜40以及滤光单元30传导至感测层10。
[0092]放射光束L2经由微透镜40聚焦。每一滤光单元30允许放射光束L2的一预定范围内的波长通过。每一感测单元12根据照设于其上的放射光束L2产生一侦测信号。
[0093]举例而言，假使放射光束L2为一红色光束，放射光束L2可通过红色滤光单元30a，但被滤光单元30b所止挡。因此，对应于红色滤光单元30a的感测单元12a产生一侦测信号，然而对应于滤光单元30b的感测单元12b并不产生侦测信号。由于感测单元12a、12b对应于样本B2a以及容置槽B12a，因此样本B2所产生的放射光束L2的颜色可以被侦测出来。
[0094]由于侦测装置100经由半导体工艺制造，因此侦测装置100具有较小的体积，且具有较轻的重量。于一些实施例中，侦测装置100的宽度或长度大约于6.35mm至12.7mm的范围之间，侦测装置100的厚度约为3um至4.5um的范围之间。因此，侦测装置100可随身携带。此夕卜，侦测装置100的制作成本亦可较现有具有大量光学元件的生物晶片侦测装置更为便宜。
[0095]此外，影像感测器I整合导光结构2，且影像感测器I同时感测多个样本B2产生的放射光束L2。因此，侦测装置100侦测多个样本B2的时间减少。
[0096]图4为本发明的第二实施例的侦测装置100的示意图。如图2、3所示，微透镜40的高度由侦测装置100的边缘区域Zl至侦测装置100的中央区域Z2逐渐增加。通过导光结构2的结构，传导至容置槽B12以及样本B2的激发光束LI更为均匀。
[0097]图5为本发明的第三实施例的侦测装置100的示意图。导光结构2还包括一传导层80，设置于顶层70上。承载装置BI设置于传导层80。光源4设置于传导层80的一侧表面，用以发射一激发光束LI进入传导层80。
[0098]于传导层80内的部分激发光束LI直接传导至样本B2。当激发光束LI通过顶层70进行导光层60，传导至导光结构2的激发光束LI于导光层60和顶层70的介面El，或是顶层70散射。
[0099]于导光层60内的部分激发光束LI经由底层50反射，且导光层60内的部分激发光束LI传导至微透镜40。经由底层50反射的激发光束LI可传导至介面El，且于介面El或顶层70散射。于介面El或顶层70散射的部分激发光束LI可传导至样本B2或经由介面El反射。
[0100]顶层70包括多个交错排列的第一闸部73以及第二闸部74。于一些实施例中，第一闸部73以及第二闸部74为相互平行的条状结构。
[0101 ]于一些实施例中，容置槽BI2并不对齐第一闸部73(或第二闸部74)。如图5所示，每一第一闸部73(或是第二闸部74)于垂直顶层70的一方向上具有相对于容置槽B12中的一最近的容置槽的一偏移距离，且偏移距离为可变得。换句话说，一些容置槽B12的中央分别位于一些第一闸部73(或是第二闸部74)的中心上，且一些容置槽B12的中央并未位于一些第一闸部73(或是第二闸部74)的中央上。
[0102]于一些实施例中，容置槽B12对齐于第一闸部73(或是第二闸部74)。每一第一闸部73(或是第二闸部74)于垂直顶层70的一方向上具有相对于容置槽B12中的一最近的容置槽，且偏移距离相同。换句话说，每一容置槽B12位于第一闸部73(或是第二闸部74)中的一者之上。于一些实施例中，每一容置槽B12的中央分别位于每一第一闸部73(或是第二闸部74)之上。于一些实施例中，容置槽B12并不位于第二闸部74(或是第一闸部73)之上。
[0103]第一闸部73的折射率小于第二闸部74的折射率。于一些实施例中，导光层60的折射率大约为传导层80以及第一闸部73的折射率的I至1.5倍。
[0104]于一些实施例中，传导层80的折射率与第一闸部73的折射率相等。传导层80以及第一闸部73由相同的材质所制成，且为一体成形。
[0105]于一些实施例中，导光层60的折射率与第二闸部74的折射率相等。导光层60以及第二闸部74由相同的材质所制成，且为一体成形。
[0106]传导层80的厚度约为8至200倍导光层60的厚度，且导光层60的厚度约为I至2倍顶层70的厚度。
[0107]于一些实施例中，第一闸部73以及邻近于第一闸部73的第二闸部74的宽度Wl约为四分之一激发光束LI的波长至二分之一的激发光束LI的波长。
[0?08] 于一些实施例中，传导层80的厚度约为8um至200um的范围之间。导光层60的厚度约为0.6um至2um的距离之间。顶层70的第一闸部73以及第二闸部74的厚度约为0.1um至
0.5um的范围之间。
[0109]据此，通过导光结构2的结构，大部分的激发光束LI可被传导至样本B2。
[0110]微透镜40用以将激发光束LI依序经由底层50、导光层60、顶层70、以及传导层80反射至容置槽BI 2。
[0111]放射光束L2依序经由传导层80、顶层70、导光层60、以及底层50传导至影像感测器
1
[0112]图6为本发明的第四实施例的侦测装置100的示意图。第一闸部73相对于传导层80的高度Hl由导光结构2的边缘区域至导光结构2的中央区域逐渐递减。因此，通过第一闸部73的结构，使得激发光束LI可均匀地传导至容置槽B12以及样本B2。
[0113]图7为本发明的第五实施例的一侦测装置100的示意图。于两相邻的第一闸部73的间距W3由导光结构2的边缘区域至导光结构2的中央区域逐渐递增。因此，通过第一闸部73的结构，激发光束LI可均匀地传导至容置槽B12以及样本B2。
[0114]图8为本发明的第六实施例的一侦测装置100的示意图。第一闸部73的宽度W2由导光结构2的边缘区域至导光结构2的中央区域逐渐递减。因此，通过第一闸部73的结构，激发光束LI可均匀地传导至容置槽B12以及样本B2。
[0115]综上所述，由于侦测装置整合于影像感测器以及导光结构，侦测装置的尺寸和重量大幅地减少，且侦测装置的制作成本较为便宜。此外，于承载装置上的样本可同时地被影像感测器侦测，且因此减少了侦测样本所需的时间。
[0116]上述已公开的特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。
[0117]本发明虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的变动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
【主权项】
1.一种用于样本的侦测装置，其特征在于，包括: 一影像感测器； 一导光结构，设置于所述影像感测器上，包括: 一导光层，设置于所述影像感测器上；以及 一顶层，设置于所述导光层上；以及 一承载装置，设置于所述导光结构上，具有多个容置槽排列于一第一阵列，且位于所述顶层上方，其中每一所述容置槽用以容纳一样本。2.如权利要求1所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，所述顶层包括多个引导部，设置于所述导光层，且排列于一第二阵列，且所述多个容置槽位于所述多个引导部上。3.如权利要求2所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，还包括一光源，邻近于所述导光层的一侧表面，且用以发射一激发光束进入所述导光层， 其中所述激发光束经由所述顶层传导至所述多个容置槽中的多个样本， 其中当所述多个样本被所述激发光束照射时，所述多个样本发射多个放射光束，且所述多个放射光束依序经由所述顶层及所述导光层传导至所述影像感测器。4.如权利要求3所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，所述影像感测器包括: 一感测层； 多个滤光单元，设置于所述感测层，且排列于一第三阵列；以及 多个微透镜，设置于所述多个滤光单元，并排列于一第四阵列， 其中所述导光结构设置于所述多个微透镜上，以及所述多个微透镜用以反射所述激发光束至所述多个容置槽， 其中所述多个放射光束依序经由所述多个微透镜以及所述多个滤光单元传导至所述感测层。5.如权利要求4所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，所述多个微透镜的高度由所述侦测装置的边缘区域至所述侦测装置的一中央区域逐渐增加。6.一种用于样本的侦测装置，其特征在于，包括: 一影像感测器，包括排列于一第一阵列的多个微透镜； 一导光结构，包括: 一导光层，设置于所述多个微透镜上；以及 一顶层，设置于所述导光层上，以及 一承载装置，设置于所述导光结构上，且具有排列于一第二阵列的多个容置槽，其中每一所述容置槽用以容纳一样本。7.如权利要求6所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，所述导光结构还包括设置于所述顶层上的一传导层，且所述承载装置设置于所述传导层。8.如权利要求7所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，还包括一光源，邻近于所述传导层的一侧表面，且用以发射一激发光束进入所述传导层， 其中所述多个微透镜用以将所述激发光束经由所述顶层反射至所述多个容置槽，且所述顶层用以反射所述导光层内的所述激发光束， 其中当所述多个容置槽中的多个样本被所述激发光束照射，所述多个样本放射多个放射光束，以及所述多个放射光束依序经由所述传导层、所述顶层、以及所述导光层传导至所述影像感测器。9.如权利要求8所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，所述影像感测器包括: 一感测层；以及 多个滤光单元，设置于所述感测层，且排列于一第三阵列； 其中所述多个微透镜设置于所述多个滤光单元，且所述多个放射光束依序经由所述多个微透镜以及所述多个滤光单元传导至所述感测层。10.如权利要求8所述的用于样本的侦测装置，其特征在于，所述顶层包括多个第一闸部以及多个第二闸部，且每一所述第一闸部以及每一所述第二闸部交错排列。
【文档编号】G01N21/64GK106053402SQ201610180391
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月25日 公开号201610180391.9, CN 106053402 A, CN 106053402A, CN 201610180391, CN-A-106053402, CN106053402 A, CN106053402A, CN201610180391, CN201610180391.9
【发明人】涂宗儒, 谢锦全, 王唯科
【申请人】采钰科技股份有限公司