光学检测装置及方法

光学检测装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种光学检测装置，该光学检测装置包括一光源，产生一发射光束；一第一分光器，将该发射光束分割成一补偿光束及一检测光束，其中该第一分光器将该检测光束导向一目标物；一第二分光器，将来自该第一分光器的补偿光束重新定向，其中该第一分光器和该第二分光器的部分波长依赖特性相一致；一第一光电探测器，检测经由该第二分光器重新定向的补偿光束；及一第二光电探测器，检测经由该第一分光器重新定向的并经由该目标物反射的检测光束。本发明还提供了一种光学检测方法。本发明的光学检测装置及光学检测方法能准确检测一目标物反射的光束。
【专利说明】
光学检测装置及方法
技术领域
[0001] 本发明是关于一种光学检测装置及光学检测方法。
【背景技术】
[0002] 光学反射检测是光学分析的基本应用之一。随着被分析物的光学特性研究，人们 可以检测被分析物的表面结构，检测被分析物的组分或者是量化特定化合物的浓度。反射 率的检测提供了远程，非接触及非侵入的检测方式来获取被分析物的信息。因此，光学反射 检测装置广泛应用于分析化学、航空及医疗领域。适用于光学检测的光源，例如是激光。然 而，光源的不稳定性及分光器的波长依赖特性限制了光学反射检测的精度和准度。光源的 不稳定性会造成中心波长的漂移及噪声强度产生变化。此外，薄膜涂层的不均匀性及分光 器的衍射还会导致波长和透射率(或反射率)之间呈非线性关系。由光源的不稳定性产生的 噪音及分光器的波长依赖特性阻碍着良好信号的采集。因此，检测到的信号不能代表反射 光的实际光功率。
[0003] 目前，已报道许多改进光学检测装置性能的方法。首先，利用高级激光器提高光源 的稳定性，其中该高级激光器设有谐振腔、激光控制电路或激光光学系统。然而，这种方法 大大增加了光学反射检测装置的费用及结构元件。其次，分光器的防反射涂层可以轻度降 低衍射，但仍不能满足严格的检测要求。再次，人们将尝试扩大规模来增加检测的统计能 力，但是较大的样本量需要较长的检测持续时间或多个检测周期。此外，非实时检测不能够 从多种被分析物或移动使用状态中获取有用的信号。例如，一些流体被分析物可能是不均 匀的或是流动的，例如眼睛的玻璃体液或体内的血液。本发明提供了 一种解决这些技术问 题的方案，且所描述的实施方式但不限于这些实施方式不脱离本发明的范围。

【发明内容】

[0004] 鉴于以上内容，有必要提供一种准确检测一目标物反射的光束的光学检测装置及 光学检测方法。
[0005] 本发明提供一种光学检测装置，包括：
[0006] -光源，产生一发射光束；
[0007] -第一分光器，将该发射光束分割成一补偿光束及一检测光束，其中该第一分光 器将该检测光束导向一目标物；
[0008] -第二分光器，将来自该第一分光器的补偿光束重新定向，其中该第一分光器和 该第二分光器的部分波长依赖特性相一致；
[0009] -第一光电探测器，检测经由该第二分光器重新定向的补偿光束;及
[0010] -第二光电探测器，检测经由该第一分光器重新定向的并经由该目标物反射的检 测光束。
[0011] 进一步地，该第一分光器通过透射将该检测光束导向该目标物;及该第二分光器 通过透射将来自该第一分光器的补偿光束重新定向。
[0012] 进一步地，该第一分光器通过反射将该检测光束导向该目标物;及该第二分光器 通过反射将来自该第一分光器的补偿光束重新定向。
[0013] 进一步地，该目标物是一参考镜，该参考镜将该检测光束反射至该第一分光器。
[0014] 进一步地，该光学检测装置还包括一部分反射镜，该部分反射镜将该检测光束的 透射部分透射至该目标物，且将该检测光束的反射部分反射至该第一分光器。
[0015] 进一步地，该光源是一相干光源。
[0016] 本发明还提供一种光学检测装置，包括：
[0017] 一光源，产生一发射光束；
[0018] -第一分光器，将该发射光束分割成一补偿光束及一检测光束；
[0019] -第一镜子，将来自该第一分光器的补偿光束反射回至该第一分光器；
[0020] -第一光电探测器，检测经由该第一分光器重新定向的补偿光束;及
[0021] -第二光电探测器，检测经由该第一分光器重新定向的检测光束。
[0022] 进一步地，该光电检测装置还包括一第二镜子、一第三镜子、一第四光电探测器及 一第四光电探测器。该第二镜子通过该第一分光器将来自于该第一镜子的补偿光束反射至 该第一分光器。该第三镜子将来自该第一分光器的检测光束反射至该第一分光器。该第一 检测器检测一第一补偿光束;该第二检测器检测一第一检测光束;该第三检测器检测一第 二补偿光束;该第四检测器检测一第一检测光束。
[0023] 进一步地，该目标物是一参考镜，该参考镜将该检测光束反射至该第一分光器。
[0024] 进一步地，该光学检测装置还包括一部分反射镜，该部分反射镜将该检测光束的 透射部分透射至该目标物，且将该检测光束的反射部分反射至该第一分光器。
[0025] 进一步地，该光源是一相干光源。
[0026]本发明还提供一种光学检测方法，包括如下步骤：
[0027]由一光源产生一反射光束；
[0028] 将该反射光束经由一分光器分割成一补偿光束及一检测光束；
[0029] 由该分光器将该补偿光束重新定向；
[0030] 由该分光器将该检测光束重新定向；
[0031 ]将该补偿光束导向一光电探测器;及
[0032] 将该检测光束导向一第二光电探测器。
[0033] 进一步地，在该检测光束重新定向的步骤前，该检测光束经由一参考镜反射。
[0034] 进一步地，在该检测光束重新定向的步骤前，该检测光束的发射部分及该检测光 束的透射部分经由一部分反射镜反射。
[0035] 进一步地，该第一分光器包括一第一分光器和一第二分光器，该反射光束的导向 步骤是通过该第一分光器实现;该补偿光束的重新定向步骤是通过该第二分光器实现;及 该检测光束的重新定向步骤是通过该第一分光器实现。
[0036] 进一步地，该光学检测方法还包括:该补偿光束经由该分光器分割成一第一补偿 光束及一第二补偿光束，并将该第一补偿光束及该第二补偿光束重新定向。由该第一光电 探测器检测该第一补偿光束，并且由一第三光电探测器检测该第二补偿光束。该检测光束 经由该分光器分割成一第一检测光束及一检测补偿光束，并将该第一检测光束及该第二检 测光束重新定向。由该第二光电探测器检测该第一检测光束，并且由一第四光电探测器检 测该第二检测光束。
[0037]相较现有技术，上述光学检测装置，将一发射光束分割成一检测光束及一补偿光 束，通过将该检测光束和该补偿光束的光路径长调整成一致，或是平衡一第一分光器、一第 二分光器或是一镜子的波长依赖特性。从而对噪声进行补偿，因此该光学检测装置能准确 检测一目标物反射的光束。本发明的光学检测方法通过利用上述光学检测装置，从而实现 准确检测该目标物的反射的光束。
【附图说明】
[0038]本技术的实行将以例子的方式结合附图进行说明。
[0039]图1是一用于检测反射率的光学装置的基本结构示意图，其中PD1表示一第一光电 探测器，PD2表不一第二光电探测器，LD表不一光源。
[0040] 图2A-2B展示了反射率检测的理想结果图，其中，图2A展示了该第一光电探测器及 该第二光电探测器检测的功率随时间变化的结果图；图2B展示了该第一光电探测器检测的 功率对该第二光电探测器检测的功率进行标准化的示意图。
[0041] 图3A-3C展示了反射率检测的实际结果图。其中，图3A展示了一分光器的反射率与 波长特性的曲线图，以及该分光器的透光率与该波长特性的曲线图；图3B展示了该第一光 电探测器及该第二光电探测器检测的功率随时间变化的结果图；图3C展示了该第一光电探 测器检测的功率对该第二光电探测器检测的功率进行标准化的示意图。
[0042]图4A展示了一光学检测装置检测一被分析物的反射率;其中，图4B展示了包括一 反射镜的光学检测装置，以及确定具有一参考镜存在的校准。
[0043]图5A展示了确定具有一部分反射镜存在的一光学检测装置的校准；图5B展示了一 光学检测装置包括一用于分析一被分析物的部分反射镜。
[0044] 图6A展示了一光学检测装置，用于分析一被分析物，其中，图6B展示了包括一反射 镜的光学检测装置，以及确定具有一参考镜存在的校准。
[0045] 图7A展示了确定具有一部分反射镜存在的一光学检测装置的校准;其中，图7B展 示了一光学检测装置包括一用于分析一被分析物的部分反射镜。
[0046] 图8A展示了一光学检测装置包括两对用于分析一被分析物的光电探测器;其中， 图8B展示了一光学检测装置包括一反射镜及两对光电探测器，以及确定具有一参考镜存在 的校准。
[0047]图9A展示了确定具有一部分反射镜存在的一光学检测装置的校准;其中，图9B展 示了一光学检测装置包括一用于分析一被分析物的部分反射镜。
[0048]图10展不了本发明一实施例的改良结构图。
[0049] 图11展示了一实施例包括具有不同角度配置组件的示意图。
[0050] 图12展示了一光学检测方法的流程图。
[00511主要元件符号说明

[0053] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0054] 为了简明清楚地进行说明，在恰当的地方，相同的标号在不同图式中被重复地用 于标示对应的或相类似的元件。此外，为了提供对此处所描述实施例全面深入的理解，说明 书中会提及许多特定的细节。然而，本领域技术人员可以理解的是此处所记载的实施例也 可以不按照这些特定细节进行操作。在其他的一些情况下，为了不使正在被描述的技术特 征混淆不清，一些方法、流程及元件并未被详细地描述。图式并不一定需要与实物的尺寸等 同。为了更好地说明细节及技术特征，图式中特定部分的展示比例可能会被放大。说明书中 的描述不应被认为是对此处所描述的实施例范围的限定。
[0055] 现对适用于全文的几个定义描述如下。
[0056]词语"连接"，不管是直接地还是通过中间元件间接地，都不一定限制于物理性的 连接。所述连接可以是物体被永久性地连接或可拆卸地连接。词语"光束"指的是光能量的 透射方向，并且不限于两光学元件之间直接相连的光路。例如，从一光源到一光电探测器的 一光束，有或没有穿过一在该光源和该光电探测器之间的分光器。该光束的方向或是该光 束的光学性质可以通过一光学元件来改变。词语"包括"的意思是"包括，但不限于"，特指开 放式的包含关系或者是某个组合、群组、系列等集合概念中的要素。
[0057]本发明的光学检测装置，用于检测一目标物的反射光。该目标物可以是一参考镜 或是一被分析物。该光学检测装置包括一参考镜，因此该光学检测装置的校准可以通过将 该参考镜作为该目标物来实现。该光学检测装置还可以用于分析该被分析物的光学特性， 其通过聚集光束到该被分析物上并检测该被分析物反射的光束。该被分析物的光学特性可 以是吸收度、偏振度、反射率、折射率、荧光或非弹性散射。一光学检测装置的原理是将一光 束聚集到一被分析物上，并检测一作为一检测信号的反射光的功率。该被分析物可以是化 合物的混合或是一体内的部分生物样品（例如是血液、皮肤、眼睛或是粘膜)或是一体外的 部分生物样品（例如是血液、活检样本、尿液或粪便）。此外，该被分析物还可以是一反射镜， 用于校准该光学检测装置。一被分析物(例如是葡萄糖、乳酸盐、或血红蛋白）的特定生化成 分的存在或浓度可以通过检测反射率来衡量。除此之外，该被分析物的某些病态可以进一 步在体内或体外被检测出，例如眼睛的干性角膜结膜炎或是组织活检的异常增生。
[0058] 如图1所示，一光学检测装置的基本构造具有一光源(表示为LD)、一用于检测的第 一光电探测器(表示为PD1)及另一用于参考基准的第二光电探测器(表示为TO2)。该roi检 测来自该光源的一光束的功率，该PD2检测经由一被分析物反射的该光束的功率。该LD例如 是激光。由于激光的不稳定，该PD1检测的功率会随时间波动。如图2A所示，在理想的条件 下，假使该分光器的波长和反射率(或透射率)之间呈线性关系，那么该PD2检测的功率应该 与该roi检测的功率相一致。因此，如图2B所示，该PD1检测的功率可以将该PD2检测的功率 进行标准化。其结果是功率的标准化可以推断出该被分析物的反射率及其他光学性质。
[0059] 然而，图3A展示了该反射率与该波长特性曲线图及该透射率与该波长特性曲线 图，依图可知该分光器的反射率和透射率的改变取决于不同波长的照射。如图3B所示，该 PD2检测的功率并非与该PD1检测的功率一致。因此，该PD2检测的功率不能被标准化，并且 从图3C中显示了不可预测的波动。实际上，相较于该光源的功率，该反射光的功率相对较 小。因此，虽然噪音是该光源功率的一小部分，但是该噪音仍可能掩盖该信号。本
【发明内容】
公开用于补偿该噪声及准确检测该被分析物的反射率。
[0060] 为了清楚描述本发明，光束定义是根据相应部件之间的定向光路来描述。在光学 线性的范围内，通过不同的光路或是各种光学特性，一光束可以被分解成多个光束。相反 地，几个光束可以被叠加为一个光束，其可作为共享的光路。
[0061] 一光学检测装置，用于检测一被分析物的光学性质。该光学检测装置包括一光源、 一分光器、一第一光电探测器及一第二光电探测器。该光源发射出一到达该分光器的发射 光束。该发射光束经由该分光器分割成一补偿光束和一检测光束。该补偿光束由该分光器 导向该第一光电探测器。该检测光束由该分光器导向一被分析物，再由该分光器导向该第 二光电探测器。在本实施例中，该分光器是第一分光器。
[0062] 该光学检测装置还包括一部分反射镜。检测光束的透射部分是通过该部分反射镜 进行透射的。该检测光束经该被分析物反射后，通过该部分反射镜透射并由该分光器改变 方向。该检测光束的反射部分是通过该部分反射镜反射的，并由该分光器改变方向。最后， 该检测光束包括该检测光束的透射部分及被该第二光电探测器检测的检测光束的反射部 分。
[0063] 该光学检测装置进一步包括一第三光电探测器和一第四光电探测器。在本实施例 中，一第一补偿光束由该第一光电探测器检测，一第二补偿光束由该第三光电探测器检测； 一第一检测光束由该第二光电探测器检测，一第二检测光束由该第四光电探测器检测。 [0064]为了证明本发明的原理，由图6A和图6B来说明实施例。该补偿光束的光功率由该 第一光电探测器51进行检测，并表示为P1=P0*R1*M1*T1，其中，P0表示由该光源30发射出 的发射光束的总功率;R1表不该第一分光器41的反射率;Ml表不该第一反射镜61的反射率； T1表不该第一分光器41的透射率。如图6B所不，在校准过程中，该被分析物为一参考镜71。 该检测光束的光功率由该第二光电探测器52进行检测，并表示为Pr = P0*Tl*Rr*Rl，其中， Rr表示该参考镜71的反射率。在校准过程中，该检测光束的标准化功率表示为Pc = Pr/Pl = Rr/Ml，其中该Rr、Ml及Pc是已知常数。因此，该光学检测装置的对准和校准可以被确定。如 图6A所示，该参考镜71在校准完后被移走，并且一被分析物99的检测可以通过一检测光束 和一补偿光束来实现。该检测光束的功率由该第二光电探测器52进行检测，并表示为Pm = P0*T1*F*R1，其中F表示一被分析物99的反射率。该检测光束的标准化功率表示为Pn = Pm/ P1=F/M1。常数M1、F可以计算出Pn。其结果是，通过对本发明公开的噪音进行补偿，从而实 现精准检测。可预期地，在不背离本发明范围的前提下，本发明公开的其他实施例可以一 致。
[0065] -光学检测装置包括一光源、一第一分光器、一第二分光器、一第一光电探测器及 一第二光电探测器。其中，该第一分光器及该第二分光器的部分波长依赖特性是相同的。该 光学检测装置还包括一参考镜和一部分反射镜。
[0066] 可以理解的，该光学检测装置还可以进一步包括一微处理器（图中未示），该微处 理器用于计算该检测光束的标准化功率。
[0067] -光源，用于产生一发射光束。该光源可以是相干光源。该相干光源可以是一气体 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、氩离子激光器、铜蒸气激光 器、或溴化铜蒸气激光器)或是一激光二极管。该光源还可以是一发光二极管(LED)、一有机 发光二极管(0LED)、或其他非相干光源。该光源可以包括一发光组件或者是多种发光组件 的组合。可预期地，该光源还可以包括一光学元件，该光学元件例如是一带通滤波器、一偏 振器、一准直器或其组合。该光学元件用来改变发射光束的光学性质。在本发明中，该光源 是电磁辐射，具有从紫外线，可见光，到红外线区域的波长。
[0068] -光电探测器，用于检测一具有特定光学性质的光束功率。该光电探测器将电磁 辐射能量转换为光电流，且还可以被一光电二极管光电晶体管，一光敏电阻，一光电倍增 管，或一金属氧化物半导体(M0S)转换成光电流。此外，该光电探测器还包括一维性阵列或 是一电荷耦合装置(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)的二维阵列。可预期地，为了处 理信号更方便，该光电探测器进一步包括一放大器，和/或模数转换器。为了接收一具有特 定光学性质的光束，该光电探测器还可以进一步包括一光学元件。该光学元件例如是一带 通滤波器或是一偏振器。
[0069] -分光器能分割一光束并指导该分割光束成两个方向。该分光器根据光学特性， 例如是波长、偏振或是中性划分一定比例，把光束分割成两个方向。例如，该分光器可以是 偏振分光器，其能够将一光束分割成不同偏振的两光束。在其他实施例中，该分光器还可以 是一个二向分光器，其依据光谱分离光束。该分光器还可配置成不同类型，例如配置成薄膜 型或圆点类型。此外，该分光器的结构可以是透镜、镜子或者棱镜。通常情况下，该分光器的 透射率和反射率随该入射光波长变化而变化的函数，其被称之为波长依赖特性。该波长依 赖特性包括该透射函数和该反射函数。通常，在任意波长的光束照射下，该透射率和该反射 率之和大约等于一。优选的，该光学检测装置中的分光器具有相同的波长依赖特性。可预期 地，该波长依赖特性在该发射光束漂移的波长范围内至少是相同的。
[0070] 在本公开中，该分光器还用于对该光束重新定向。一第一光路是该光源和该第一 光电探测器之间的连接光路，一第二光路是该光源和该第二光探测器之间的连接光路。具 体地，"重新定向"术语是指在该第一光路和该第二光路对该光束的平衡。
[0071 ] 该光学检测装置包括一第一分光器和一第二分光器。该第一分光器和该第二分光 器在该第一光路的透射量等于该第一分光器在该第二光路的透射量。该第一分光器和该第 二分光器在该第一光路的反射量等于该第一分光器在该第二光路的反射量。当该第一分光 器通过透射或反射对在该第一光路的光束进行导向后，该第二分光器可以通过透射或反射 对在该第一光路的光束重新定向。例如，当该补偿光束透射该第一分光器时，该第二分光器 用于反射该补偿光束;或是当该补偿光束被该第一分光器反射时，该第二分光器则用于透 射该补偿光束。
[0072] 该光学检测装置包括一第一分光器和一第一镜子。该第一分光器在该第一光路的 透射量等于该第一分光器在该第二光路的透射量;该第一分光器在该第一光路的反射量等 于该第一分光器在该第二光路的反射量。例如，当该补偿光束经由该第一分光器透射并经 由该第一镜子反射时，该第一分光器用于反射该补偿光束;或是当该补偿光束经由该第一 分光器反射及经由该第一镜子反射时，该第一分光器则用于透射该补偿光束。
[0073] 该光学检测装置进一步包括一第三光电探测器、一第四光电探测器、一第二镜子 及一第三镜子。类似地，一第三光路是该光源和该第三光电探测器之间的连接光路，一第四 光路是该光源与该第四光电探测器之间的连接光路。该第一分光器在该第三光路的透射量 等于该第一分光器在该第四光路的透射量;该第一分光器在该第三光路的反射量等于该第 一分光器在该第四光路的反射量。
[0074] -反射镜用于确定一被分析物在检测前的默认校准。该反射镜可以通过该波长与 反射率之间的线性关系来配置，或是在确定的入射光波长范围内通过对恒定反射率来配 置。因此，用户可以确保该光学检测装置已很好地被校准以及该光学检测装置的评估结果 与该反射镜的已知反射率相一致。在一些实施例中，该反射镜可以是一部分反射镜，其允许 一入射光束部分反射及该入射光束在该部分反射镜的一侧部分透射，并且允许其从对应的 另一侧透射。例如，该部分反射镜反射的检测光束的反射部分，及透射该检测光束的透射部 分。在没有移走该部分反射镜的状态下，该光学检测装置能够利用该部分反射镜进行校准。 在该被分析物前面没有放置该部分反射镜，从该部分反射镜外边反射的并到达该第二光电 探测器的检测光束，其功率可以小到被忽略。可以设想地，该部分反射镜可以用一具有部分 反射涂层的镜子或是玻璃板来制备。
[0075] -光学检测装置包括一光源、一第一分光器、一第二分光器、一第一光电检探测器 及一第二光探测器。该光源产生一发射光束之该第一分光器。该第一分光器将该发射光束 分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器将该补偿光束导向该第二分光器;且该第 一分光器还能够将该检测光束导向一被分析物。该第二分光器将该补偿光束从该第一分光 器重新定向至该第一光探测器。该第一分光器将该检测光束从该被分析物重新定向至该第 二光探测器。该第一光探测器接收经由该第二分光器重新定向的补偿光束。该第二光探测 器接收经由该第一分光器重新定向的检测光束。
[0076] 一实施例如图4A所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第二分 光器42、一第一光电探测器51及一第二光探测器52。该光源30产生一入射光束至该第一分 光器41。该第一分光器41将该入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41 通过反射将该补偿光束重新定向至该第二分光器42，并且通过透射将该检测光束重新定向 至一被分析物99。随后，该第二分光器42通过透射将该补偿光束重新定向至该第一光电探 测器51，并且通过该第一光电探测器51检测该补偿光束。该第一分光器将经该被分析物99 反射的检测光束重新定向，并且通过该第二光电探测器52检测该检测光束。
[0077] 一实施例如图4B所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第二分 光器42、一第一光电探测器51、一第二光探测器52及一参考镜71。该光源30产生一入射光束 至该第一分光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一 分光器41通过反射将该补偿光束重新定向至该第二分光器42,并且通过透射将该检测光束 重新定向至该参考镜71。随后，该第二分光器42通过透射将该补偿光束重新定向至该第一 光电探测器51，并且通过该第一光电探测器51检测该补偿光束。该第一分光器41通过反射 将该参考镜71反射的检测光束重新定向。该第二光电探测器52检测经该第一分光器41重新 定向的检测光束。
[0078] 一实施例如图5A所示，一光学检测装置包括一光源30、第一分光器41、一第二分光 器42、一第一光电探测器51、一第二光探测器52及一部分反射镜72。该光源30产生一入射光 束至该第一分光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第 一分光器41通过反射将该补偿光束重新定向至该第二分光器42,并且通过透射将该检测光 束重新定向至该部分反射镜72。随后，该第二分光器42通过透射将该补偿光束重新定向至 该第一光电探测器51。该第一光电探测器51检测经该第二分光器42重新定向的补偿光束。 该部分反射镜72将该检测光束的反射部分反射至该第一分光器41，并且将该检测光束的透 射部分透射至该部分反射镜72。该第一分光器41通过反射将该检测光束的反射部分重新定 向。该第二光电探测器52检测经该第一分光器41重新定向的检测光束。在校准过程中，经一 被分析物反射的检测光束的透射部分，其功率可以小到被忽略。
[0079] 一实施例如图5B所示，该光学检测装置用于检测一被分析物99。该被分析物99位 于该部分反射镜72的前面，该检测光束经由该被分析物99反射后返回至该第一分光器41， 并且经由该第二光电探测器52进行检测。该光源30产生一入射光束至该第一分光器41。该 第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41通过反射将该 补偿光束重新定向至该第二分光器42,并且通过透射将该检测光束重新定向至该部分反射 镜72。该第二分光器42通过透射将该补偿光束重新定向至该第一光电探测器51。该第一光 电探测器51检测经该第二分光器42重新定向的补偿光束。该部分反射镜72将该检测光束的 反射部分反射至该第一分光器41，并且将该检测光束的透射部分透射至该被分析物99。该 第一分光器41将该检测光束重新定向，其中该检测光束包括经该部分反射镜72反射的检测 光束的反射部分及经一被分析物反射的检测光束的透射部分。该第二光电探测器52检测经 该第一分光器41重新定向的检测光束。
[0080] -光学检测装置包括一光源、一第一分光器、一第一光电探测器、一第二光电探测 器及一镜子。该镜子用于反射具有一定波长范围的入射光，其中该波长例如是具有从紫外 线、可见光、近红外或远红外区域的波长;经该第一镜子反射的反射光，其能保留该入射光 的大部分或最大部分光学特性(例如是波长、极化或强度）。该镜子可以被制成固态金属(例 如是青铜或银)板，或是被制成具有银、铝、金或介电涂层的板。在本发明的其他实施例中， 该光学检测装置还可以包括多个镜子，且这些镜子在波长和反射率之间具有相同的线性关 系，或者在一定波长范围内具有不同可检测的反射率。
[0081] 一实施例如图6A所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光 电探测器51、一第二光电探测器52及一第一镜子61。该光源30产生一入射光束至该第一分 光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41通 过反射将该补偿光束重新定向至该第一镜子61，并且通过透射将该检测光束重新定向至一 被分析物99。该第一镜子61反射该补偿光束至该第一分光器41。该第一分光器41通过透射 将该补偿光束重新定向至该第一光电探测器51。该第一光电探测器51检测经由该第一分光 器41重新定向的补偿光束。该第一分光器41将经由该被分析物99反射的检测光束重新定 向。该第二光电探测器52检测经由该第一分光器41重新定向的检测光束。
[0082] 一实施例如图6B所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光 电探测器51、一第二光电探测器52、一第一镜子61及一参考镜71。在校准确定后，该参考镜 71可以被移开。该光源30产生一入射光束至该第一分光器41。该第一分光器41将入射光束 分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41通过反射将该补偿光束重新定向至该第 一镜子61，并且通过透射将该检测光束重新定向至该参考镜71。该第一镜子61反射该补偿 光束之该第一分光器41。该第一分光器41通过透射将该补偿光束重新定向至该第一光电探 测器51。该第一光电探测器51检测经由该第一分光器41重新定向的补偿光束。该第一分光 器41将经由该参考镜71反射的检测光束重新定向。该第二光电探测器52检测经由该第一分 光器41重新定向的检测光束。可预期地，在该第一分光器41重新定向后与该第二光电探测 器52检测之间可放置一第二镜子62用于平衡该第一镜子61的波长依赖特性，或将该第二光 路与该第一光路的光路径长调整成一致。
[0083] 一实施例如图7A所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光 电探测器51、一第二光电探测器52、一第一镜子61及一部分反射镜72。该光源30产生一入射 光束至该第一分光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该 第一分光器41通过反射将该补偿光束重新定向至该第一镜子61，并且通过透射将该检测光 束重新定向至该部分反射镜72。该第一镜子61反射该补偿光束之该第一分光器41。该第一 分光器41通过透射将该补偿光束重新定向至该第一光电探测器51。该第一光电探测器51检 测经由该第一分光器41重新定向的补偿光束。该部分反射镜72将该检测光束的反射部分反 射至该第一分光器41，并且将该检测光束的透射部分透射至该部分反射镜72的外边。该第 一分光器41将经由该部分反射镜72反射的检测光束重新定向。该第二光电探测器52检测经 由该第一分光器41重新定向的检测光束。
[0084] 一实施例如图7B所示，该光学检测装置用于检测一被分析物99。该被分析物99位 于该部分反射镜72的前面，该检测光束经该被分析物99反射后返回至该第一分光器41，并 且经由该第二光电探测器52进行检测。该光源30产生一入射光束至该第一分光器41。该第 一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41通过反射将该补 偿光束重新定向至该第一镜子61，并且通过透射将该检测光束重新定向至该部分反射镜 72。该第一镜子61将该补偿光束反射至该第一分光器41。该第一分光器41通过透射将该补 偿光束重新定向至该第一光电探测器51。该第一光电探测器51检测经该第一分光器41重新 定向的补偿光束。该部分反射镜72将该检测光束的反射部分反射至该第一分光器41，并且 将该检测光束的透射部分透射至一被分析物99。该第一分光器41将该检测光束重新定向， 其中该检测光束包括经该部分反射镜72反射的检测光束的反射部分及经该被分析物反射 的检测光束的透射部分。该第二光电探测器52检测经该第一分光器41重新定向的检测光 束。
[0085]为了检测两个不同的光学特性，一光学检测装置可具有两个用于检测的光电探测 器且每一相应的光电探测器用来补偿该噪声。
[0086] 一实施例如图8A所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光 电探测器51、一第二光电探测器52、一第三光电探测器53、一第四光电探测器54、一第一镜 子61、一第二镜子62及一第三镜子63。该光源30产生一入射光束至该第一分光器41。该第一 分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41通过反射将该补偿 光束重新定向至该第一镜子61，并且通过透射将该检测光束重新定向至一分析物99。该第 一镜子61将该补偿光束反射至该第一分光器41。该第一分光器41通过透射将该补偿光束重 新定向至该第二镜子62。该第二镜子62将来自该第一分光器41的补偿光束反射回至该第一 分光器41。该第一分光器41将该补偿光束分割成一第一补偿光束及一第二补偿光束。该第 一分光器41通过透射将该第一补偿光束导向至该第一光电探测器51，且通过反射将该第二 补偿光束重新定向至该第三光电探测器53。该第一光电探测器51检测经由该第一分光器41 重新定向的第一补偿光束。该第三光电探测器53检测经由该第一分光器41重新定向的第二 补偿光束。该第一分光器41将经由该被分析物99反射的检测光束重新定向。该第三镜子63 将来自该第一分光器41的检测光束反射回至该第一分光器41。该第一分光器41将该检测光 束分割成一第一检测光束及一第二检测光束。该第一分光器41通过透射将该第一检测光束 重新定向至该第二光电探测器52,并且通过反射将该第二检测光束重新定向至该第四光电 探测器54。该第二光电探测器52检测经由该第一分光器41重新定向的第一检测光束。该第 四光电检测器54检测经由该第一分光器41重新定向的第二检测光束。
[0087] 一实施例如图8B所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光 电探测器51、一第二光电探测器52、一第三光电探测器53、一第四光电探测器54、一第一镜 子61、一第二镜子62、一第三镜子63及一参考镜71。在校准确定后，该参考镜71可以被移开。 该光源30产生一入射光束至该第一分光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光 束和一检测光束。该第一分光器41通过反射将该补偿光束重新定向至该第一镜子61，并且 通过透射将该检测光束重新定向至一分析物99。该第一镜子61将该补偿光束反射至该第一 分光器41。该第一分光器41通过透射将该补偿光束重新定向至该第二镜子62。该第二镜子 62将来自该第一分光器41的补偿光束反射回至该第一分光器41。该第一分光器41将该补偿 光束分割成一第一补偿光束及一第二补偿光束。该第一分光器41通过透射将该第一补偿光 束重新定向至该第一光电探测器51，且通过反射将该第二补偿光束重新定向至该第三光电 探测器53。该第一光电探测器51检测经由该第一分光器41重新定向的第一补偿光束。该第 三光电探测器53检测经由该第一分光器41重新定向的第二补偿光束。该第一分光器41将经 由该被分析物99反射的检测光束重新定向。该第三镜子63将来自该第一分光器41的检测光 束反射回至该第一分光器41。该第一分光器41将该检测光束分割成一第一检测光束及一第 二检测光束。该第一分光器41通过透射将该第一检测光束重新定向至该第二光电探测器 52,并且通过反射将该第二检测光束重新定向至该第四光电探测器54。该第二光电探测器 52检测经由该第一分光器41重新定向的第一检测光束。该第四光电检测器54检测经由该第 一分光器41重新定向的第二检测光束。
[0088] 一实施例如图9A所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光 电探测器51、一第二光电探测器52、一第三光电探测器53、一第四光电探测器54、一第一镜 子61、一第二镜子62、一第三镜子63及一部分反射镜72。该光源30产生一入射光束至该第一 分光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41 通过反射将该补偿光束重新定向至该第一镜子61，并且通过透射将该检测光束重新定向至 该部分反射镜72。该第一镜子61将该补偿光束反射至该第一分光器41。该第一分光器41通 过透射将该补偿光束重新定向至该第二镜子62。该第二镜子62将来自该第一分光器41的补 偿光束反射回至该第一分光器41。该第一分光器41将该补偿光束分割成一第一补偿光束及 一第二补偿光束。该第一分光器41通过透射将该第一补偿光束重新定向至该第一光电探测 器51，且通过反射将该第二补偿光束重新定向至该第三光电探测器53。该第一光电探测器 51检测经由该第一分光器41重新定向的第一补偿光束。该第三光电探测器53检测经由该第 一分光器41重新定向的第二补偿光束。该部分反射镜72将该检测光束的反射部分反射至该 第一分光器41，且将该检测光束的透射部分透射至该部分反射镜72的外边。该第三镜子63 将来自该第一分光器41的检测光束反射回至该第一分光器41。该第一分光器41将该检测光 束分割成一第一检测光束及一第二检测光束。该第一分光器41通过透射将该第一检测光束 重新定向至该第二光电探测器52,并且通过反射将该第二检测光束重新定向至该第四光电 探测器54。该第二光电探测器52检测经由该第一分光器41重新定向的第一检测光束。该第 四光电检测器54检测经由该第一分光器41重新定向的第二检测光束。
[0089] 一实施例如图9B所示，一光学检测装置包括一光源30、一第一分光器41、一第一光 电探测器51、一第二光电探测器52、一第三光电探测器53、一第四光电探测器54、一第一镜 子61、一第二镜子62、一第三镜子63及一部分反射镜72。该光源30产生一入射光束至该第一 分光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束和一检测光束。该第一分光器41 通过反射将该补偿光束重新定向至该第一镜子61，并且通过透射将该检测光束重新定向至 该部分反射镜72。该第一镜子61将该补偿光束反射至该第一分光器41。该第一分光器41通 过透射将该补偿光束重新定向至该第二镜子62。该第二镜子62将来自该第一分光器41的补 偿光束反射回至该第一分光器41。该第一分光器41将该补偿光束分割成一第一补偿光束及 一第二补偿光束。该第一分光器41通过透射将该第一补偿光束导向至该第一光电探测器 51，且通过反射将该第二补偿光束重新定向至该第三光电探测器53。该第一光电探测器51 检测经由该第一分光器41重新定向的第一补偿光束。该第三光电探测器53检测经由该第一 分光器41重新定向的第二补偿光束。该部分反射镜72将该检测光束的反射部分反射至该第 一分光器41，且将该检测光束的透射部分透射至一分析物99。该第一分光器41将该检测光 束重新定向，其中该检测光束包括经该部分反射镜72反射的检测光束的反射部分及经该被 分析物反射的检测光束的透射部分。该第三镜子63将来自该第一分光器41的检测光束反射 回至该第一分光器41。该第一分光器41将该检测光束分割成一第一检测光束及一第二检测 光束。该第一分光器41通过透射将该第一检测光束重新定向至该第二光电探测器52,并且 通过反射将该第二检测光束重新定向至该第四光电探测器54。该第二光电探测器52检测经 由该第一分光器41重新定向的第一检测光束。该第四光电检测器54检测经由该第一分光器 41重新定向的第二检测光束。
[0090]可预期地，一光学检测装置还可以包括如上述所有实施例中提到的相同元件，但 该元件的布局具有替代空间。基于替代布局，该光学检测装置的光束可以具有相应的替代 光路，以实现前面所述实施例的相同结果。一实施例如图10所示，一个光学检测装置包括一 光源30，一第一分束器41，一第一光电探测器51，一第二光电探测器52及一第一镜子61。该 光源30产生一入射光束至该第一分光器41。该第一分光器41将入射光束分割成一补偿光束 和一检测光束。该第一分光器41通过透射将该补偿光束重新定向至该第一镜子61，并且通 过反射将该检测光束重新定向至该参考镜71。该第一镜子61将该补偿光束反射至该第一分 光器41。该第一分光器41通过反射将该补偿光束重新定向至该第一光电探测器51。该第一 光电探测器51检测经由该第一分光器41重新定向的补偿光束。该第一分光器41通过透射将 经由该参考镜71反射的检测光束重新定向。该第二光电探测器52检测经由该第一分光器重 新定向的检测光束。
[0091] 该补偿光束的光功率通过该第一光电探测器51进行检测，并表示为P1 = P0*T1* M1*R1。在具有一参考镜71进行校准的过程中，该检测光束通过该第二光电检测器52进行检 测，并表示为Pr = P0*Rl*Rr*Tl。该检测光束的标准化功率被表示为Pc = Pr/Pl =Rr/Ml。在 检测过程中，该参考镜71被移走。同样地，经由该第二光电探测器52检测该检测光束的功率 被表示为Pm = P0*Rl*F*Tl。因此，该检测光束的标准化功率被表示为Pn = Pm/Pl =F/M1。其 结果是，噪声补偿仍然是通过改良相同元件的结构来实现。可预期地，在不背离本发明范围 的前提下，其他实施例可以适当修改。
[0092] 本发明还可以具有多种入射角的不同构造。该透射率与波长特性曲线图可取决于 该入射角。然而，在大多数情况下变化是可以被容忍。该入射角(α)，被定义为一光束(例如 是补偿光束或是检测光束)和一在该入射点垂直于该分光器的线之间的角度。即使上述所 有实施例中都展示45度的入射角，可预期地，该入射角还可以从0到90度之间改变(不包括0 度和90度）。此外，该入射角还可能在某一实施例中不完全相同。一实施例如图11所示，α?和 α3是完全相同的，然而该α?和α2可以不相同，只要在该α?处的透射率与在该α2处的透射率 大约相同。具体地，该检测光束的标准化功率被表示为Pc = pr/Pl = (P〇*Tal*Rr*Ra3)/(PO* Ral*Ml*Ta2)，其中该Tal表示为在该al处的透射率;该Ra3表示为在该a3处的反射率;该Ral 表示为在该al处的反射率;及该Ta2表示为在该a2处的透射率。显然，当al=a3时，Pc=(Rr* Tal)/(Ml*Ta2)，并且假使在该al处的透射率(Tal)与该在该a3处的透射率(Ta2)大约相同 或在一定波长区间内成比例，该噪声补偿仍然能实现。同样地，在本发明的框架下，上述实 施例中的入射角还可以有各种调整。
[0093] 如图12所示，展示了一光学检测方法的流程图。该光学检测方法包括如下步骤：
[0094] 1201、产生一发射光束；
[0095] 1202、将该发射光束分割成一补偿光束和一检测光束；
[0096] 1213、该检测光束重新定向；
[0097] 1223、该补偿光束重新定向；
[0098] 1214、检测该检测光束；
[0099] 1224、检测该补偿光束;及
[0100] 1205、计算该标准化功率。
[0101] 该步骤1201通过一光源来实现。该步骤1202通过一分光器来实现，其中该分光器 为一第一分光器。该步骤1213及该步骤1223通过该分光器来实现。该步骤1214通过一第一 光电探测器51来实现。该步骤1205通过一微处理器来实现。在本实施例中，该分光器包括一 第一分光器和一第二分光器。该步骤1202通过该第一分光器来实现。该步骤1213通过该第 一分光器来实现。该步骤1223通过该第二分光器来实现。
[0102]如上面所显示和描述的实施例仅为举例。许多细节例如其他特征常在本技术领域 找到。尽管本技术的许多特征和优点以及本发明的结构和功能的细节已在前面的描述中被 阐述，本公开仅仅是说明性的，并且可以改变细节，包括形状和元件排列，在本公开的原理 范围内，并且包括通过在权利要求中使用的术语的广义含义建立的全部范围。因此，可以理 解，上述实施例可以在权利要求书的范围内进行修改。
【主权项】
1. 一光学检测装置，其特征在于，包括： 一光源，产生一发射光束； 一第一分光器，将该发射光束分割成一补偿光束及一检测光束，其中该第一分光器将 该检测光束导向一目标物； 一第二分光器，将来自该第一分光器的补偿光束重新定向，其中该第一分光器和该第 二分光器的部分波长依赖特性相一致； 一第一光电探测器，检测经由该第二分光器重新定向的补偿光束;及 一第二光电探测器，检测经由该第一分光器重新定向的并经由该目标物反射的检测光 束。2. 如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第一分光器通过透射将该检测光 束导向该目标物;及该第二分光器通过透射将来自该第一分光器的补偿光束重新定向。3. 如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第一分光器通过反射将该检测光 束导向该目标物;及该第二分光器通过反射将来自该第一分光器的补偿光束重新定向。4. 如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该目标物是一参考镜，该参考镜将 该检测光束反射至该第一分光器。5. 如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该光学检测装置还包括一部分反射 镜，该部分反射镜将该检测光束的透射部分透射至该目标物，且将该检测光束的反射部分 反射至该第一分光器。6. 如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该光源是一相干光源。7. -光学检测装置，其特征在于，包括： 一光源赘产生一发射光束； 一第一分光器，将该发射光束分割成一补偿光束及一检测光束； 一第一镜子，将来自该第一分光器的补偿光束反射回至该第一分光器； 一第一光电探测器，检测经由该第一分光器重新定向的补偿光束;及 一第二光电探测器，检测经由该第一分光器重新定向的检测光束。8. 如权利要求7所述的光学检测装置，其特征在于， 该光电检测装置还包括一第二镜子、一第三镜子、一第四光电探测器及一第四光电探 测器， 该第二镜子通过该第一分光器将来自于该第一镜子的补偿光束反射至该第一分光器； 该第三镜子将来自该第一分光器的检测光束反射至该第一分光器； 该第一检测器检测一第一补偿光束； 该第二检测器检测一第一检测光束； 该第三检测器检测一第二补偿光束； 该第四检测器检测一第一检测光束。9. 如权利要求7所述的光学检测装置，其特征在于，该目标物是一参考镜，该参考镜将 该检测光束反射至该第一分光器。10. 如权利要求7所述的光学检测装置，其特征在于，该光学检测装置还包括一部分反 射镜，该部分反射镜将该检测光束的透射部分透射至该目标物，且将该检测光束的反射部 分反射至该第一分光器。11. 如权利要求7所述的光学检测装置，其特征在于，该光源是一相干光源。12. -光学检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 由一光源产生一反射光束； 将该反射光束经由一分光器分割成一补偿光束及一检测光束； 由该分光器将该补偿光束重新定向； 由该分光器将该检测光束重新定向； 将该补偿光束导向一光电探测器;及 将该检测光束导向一第二光电探测器。13. 如权利要求12所述的光学检测方法，其特征在于，在该检测光束重新定向的步骤 前，该检测光束经由一参考镜反射。14. 如权利要求12所述的光学检测方法，其特征在于，在该检测光束重新定向的步骤 前，该检测光束的发射部分及该检测光束的透射部分经由一部分反射镜反射。15. 如权利要求12所述的光学检测方法，其特征在于， 该第一分光器包括一第一分光器和一第二分光器， 该反射光束的导向步骤是通过该第一分光器实现； 该补偿光束的重新定向步骤是通过该第二分光器实现;及 该检测光束的重新定向步骤是通过该第一分光器实现。16. 如权利要求12所述的光学检测方法，其特征在于，该光学检测方法还包括： 该补偿光束经由该分光器分割成一第一补偿光束及一第二补偿光束，并将该第一补偿 光束及该第二补偿光束重新定向； 由该第一光电探测器检测该第一补偿光束，并且由一第三光电探测器检测该第二补偿 光束； 该检测光束经由该分光器分割成一第一检测光束及一检测补偿光束，并将该第一检测 光束及该第二检测光束重新定向； 由该第二光电探测器检测该第一检测光束，并且由一第四光电探测器检测该第二检测 光束。
【文档编号】G01N21/47GK106092968SQ201610272365
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月28日 公开号201610272365.9, CN 106092968 A, CN 106092968A, CN 201610272365, CN-A-106092968, CN106092968 A, CN106092968A, CN201610272365, CN201610272365.9
【发明人】黎育腾, 曲昌盛, 何贯睿, 贺培诚, 钟双兆, 范植训, 陈治诚
【申请人】台医光电科技股份有限公司