專利名稱：用于光譜測定的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請通常涉及光譜測定。
背景技術(shù)：
光譜儀通常用于輔助諸如化學制品、醫(yī)學樣品、食品樣品或者生物樣品的分析物的識別。光譜儀通常使用輻射源照明分析物以使得來自輻射源的輻射然后從分析物反射或者通過分析物傳輸。所傳輸或者反射的輻射可以然后由衍射光柵衍射以產(chǎn)生作為分析物特性的光譜。該特性光譜可以然后由檢測器檢測以辨別該分析物的一個或者多個特性屬性。

發(fā)明內(nèi)容
權(quán)利要求書中闡釋了本發(fā)明的示例的各個方面。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種裝置，包括波導和光譜色散元件，配置所述裝置以可移動地附接到便攜式設(shè)備，所述便攜式設(shè)備包括輻射感測元件和輻射源，配置所述裝置以可移動地附接到所述便攜式設(shè)備以提供第一構(gòu)造和第二構(gòu)造，在所述第一構(gòu)造中，定位所述波導以從所述輻射源朝向分析物區(qū)域和/或從所述分析物區(qū)域朝向所述色散元件傳輸輻射；并且以使得定位所述色散元件以色散來自所述分析物區(qū)域的輻射以形成朝向所述輻射感測元件提供的光譜用于光譜分析，并且在所述第二構(gòu)造中，所述輻射感測元件和輻射源能夠捕捉和照明屏幕用于圖像捕捉。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種方法，包括:( i )提供第一構(gòu)造，在所述第一構(gòu)造中，將包括波導和光譜色散元件的裝置附接到包括輻射源和輻射感測元件的便攜式設(shè)備；以使得定位所述波導以從所述輻射源朝向分析物區(qū)域和/或從所述分析物區(qū)域朝向所述色散元件傳輸輻射；并且以使得定位所述色散元件以色散來自所述分析物區(qū)域的輻射以形成朝向所述輻射感測元件提供的光譜用于光譜分析；(ii)經(jīng)由所述分析物區(qū)域從所述輻射源向所述色散元件傳輸輻射以提供光譜用于光譜分析；并且(iii)使用所述輻射感測元件檢測所述光譜的至少一部分。


為了更加完整地理解本發(fā)明的示例實施例，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖進行的下面描述，在附圖中:圖1a示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置；圖1b示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置；圖1c示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置；圖2a示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置的部件；圖2b示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置的部件；
圖2c示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置的部件；圖2d示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置的部件；圖2e示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置的部件；以及圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置。
具體實施例方式現(xiàn)在將通過參照附圖中的圖1到3描述根據(jù)本公開的裝置的各種示例實施例。諸如便攜式通信設(shè)備(例如，所謂的移動電話或者個人數(shù)字助理(PDA))的裝置通常包括天線以及相關(guān)的硬件/軟件以允許通信。越來越多地，這樣的設(shè)備包括照相機功能性。在圖1a中，示意性示出了作為具有照相機功能性的便攜式通信設(shè)備的裝置11a。照相機功能性利用(例如，數(shù)字)照相機14提供場景圖像的(例如，數(shù)字)捕捉。由于照相機捕捉光輻射，因此可以將其認為是輻射感測元件14。裝置Ila還包括閃光燈12以根據(jù)需要允許場景的照明。由于閃光燈12通過使用光輻射提供照明，因此可以將其認為是輻射源12。此外，裝置Ila包括光譜測定模塊Ilb (圖lc)。該模塊包括第一波導15、第二波導19、分析物區(qū)域16，、以及包括第一衍射光柵17a的光譜色散元件。附接光譜測定模塊以作為裝置Ila的一部分以使得其能夠在至少兩個位置之間(例如，可滑動地)移動以提供至少兩個裝置構(gòu)造。在第一構(gòu)造(圖1a)中，配置裝置Ila用于光譜測定，并且在第二構(gòu)造(圖1b)中，配置裝置Ila以能夠執(zhí)行常規(guī)的照相機功能性(即，場景照片的捕捉)。光譜測定模塊Ilb在這兩種構(gòu)造之間移動以根據(jù)考慮中的特定構(gòu)造利用/呈現(xiàn)照相機/閃光。在某些實施例中，可以認為模塊Ilb可移動地附接到裝置，以使得模塊Ilb能夠在該裝置的表面上在第一和第二構(gòu)造之間滑動。在裝置Ila的第一構(gòu)造中，定位第一波導15以從輻射源12朝向分析物區(qū)域16傳輸輻射20。而且，定位第一衍射光柵17a以從分析物區(qū)域16朝向照相機14衍射輻射。照相機14然后能夠從放置在分析物區(qū)域16中的任何分析物接收衍射的輻射(光譜)。然后能夠通過照相機記錄所接收的光譜用于在光譜分析中使用。將意識到的是，所衍射的輻射形成光譜，以與一個波長的角度不同的角度衍射另一波長。如先前提及的，圖1a示意性示出了第一光譜捕捉構(gòu)造，其中定位第一衍射光柵17a接近照相機14。圖1b示意性示出了第二圖像捕捉構(gòu)造，其中定位第一衍射光柵17a遠離照相機14。在第二構(gòu)造中，衍射光柵17a被光學移除和/或與照相機分離，這因而允許裝置Ila用于捕捉遠離裝置Ila的對象/場景的圖像，并且與分析物區(qū)域16不相關(guān)聯(lián)。在第一構(gòu)造中，裝置Ila用于捕捉已經(jīng)被放置在分析物區(qū)域16中或者分析物區(qū)域16上的分析物的光譜?？梢耘渲醚b置Ila/模塊Ilb以使得所述模塊能夠從裝置Ila完全移除以提供第二圖像捕捉構(gòu)造，并且然后隨后被重新附接以提供第一光譜捕捉構(gòu)造。圖1c示意性示出了示例，在處于第二構(gòu)造中時，包括可附接的模塊Ilb的裝置不需要與其接觸；模塊Ilb包括第一波導15、第二波導19、以及第一衍射光柵17a。在這樣的實施例中,所述模塊/裝置將具有互補的匹配構(gòu)件(例如允許這樣的移除的銷/導槽(未示出))。在進一步的實施例(參見圖2a)中，裝置Ila/模塊Ilb包括被配置以從輻射源12朝向第一波導15反射輻射20的輻射反射器21 (例如,反射鏡)。
如在圖2b中示意性說明的，裝置Ila包括被配置以從第一波導15朝向分析物26偏離輻射20的預分析物界面24。在相同或者不同的實施例中，裝置Ila可以包括被配置以從分析物26朝向第二波導19偏離輻射的后分析物輻射界面25。在這樣的實施例中，配置第二波導19以從分析物區(qū)域16朝向第一光柵17a傳輸輻射20。預分析物界面24和后分析物界面25可以分別由被配置以從第一波導15朝向分析物26偏離輻射20并且被配置以從分析物26朝向第二波導19偏離輻射的凸單鏡頭28的不同部分形成。在進一步的實施例中，如在圖2c中示意性說明的，裝置Ila包括被配置以朝向照相機14衍射具有第二波長20b的輻射的第二衍射光柵17b，以及被配置以朝向照相機14衍射具有第一波長20a的第一光柵17a。可以配置第二波導19以使得第一光柵17a形成在第二波導19中?？梢耘渲玫诙▽?9以使得第一光柵17a和第二光柵17b均形成在第二波導19中。參照圖2a，第一和第二波導15、19分別包括輻射20可以經(jīng)過其傳播的第一折射區(qū)域15a、19a，以及從位于第一和第二折射區(qū)域15a、15b之間的界面反射輻射的第二折射區(qū)域15b、19b。第一區(qū)域15a、19a的折射率必須小于第二區(qū)域15b、19b的折射率以確保輻射20的全內(nèi)反射并且因而從輻射源12到分析物區(qū)域16的傳輸。第一和第二折射區(qū)域19a、19b 二者可以包括選自下面的一個或者多個的玻璃:硅、氟鋯酸鹽、氟鋁酸鹽、硫化物、鋁矽酸鹽、鍺硅酸鹽、磷硅酸鹽、以及硼硅酸鹽玻璃。如果第二折射區(qū)域15b、19b包括玻璃，則其可以摻雜有選自鍺氧化物和鋁氧化物中的一個或者多個的第二摻雜劑以提高折射率。如果第一折射區(qū)域15a、19a包括玻璃，則其可以摻雜有選自氟一和三氧化硼中的一個或者多個的第一摻雜劑以降低其折射率。在可選實施例中，波導可以包括選自下面的一個或者多個的聚合物:PMMA、丙烯酸鹽、丙烯酸塑料、聚苯乙烯、硅氧烷、聚碳酸酯、甲基戊烯、乙晴的三元共聚物、丁二烯、苯乙烯、以及烯丙基二甘醇碳酸酯。如果第二區(qū)域15b、19b包括聚合物，則第一折射區(qū)域15a、19a可以包括氟聚合物以關(guān)于第二區(qū)域15b、19b降低其折射率。關(guān)于圖2d描 述了進一步的實施例。如在圖2d中示意性示出的，裝置Ila包括第一光柵17a,以及第二光柵17b,色散兀件包括第一和第二光柵17a、17b,配置每一個光柵17a、17b以基本上與光柵17a、17b垂直地衍射波長。在Iiktl = kg并且λ g = λ 0/η時發(fā)生這樣的垂直衍射，其中η是第二波導的折射率，1 和入^是輻射20&、2013的波矢量和波長，并且1^和λ g分別是光柵17a、17b的布拉格矢量和周期。如在圖2d中示意性示出的，照相機14具有兩個傳感器27a、27b，每一個傳感器27a、27b與兩個光柵17a、17b中的一個相對應(yīng)，并且配置光柵17a、17b以及照相機14以使得每一個傳感器17a、17b與通過光柵17a、17b衍射的波長18a、18b相對應(yīng)，每一個傳感器17a、17b僅從與其相對應(yīng)的光柵接收衍射的輻射。每一個光柵17a、17b可以具有位于400-1000nm之間的周期。光柵可以具有周期性的拓撲表面輪廓，輪廓深度位于20nm和IOOOnm之間。拓撲輪廓可以是正弦曲線或者三角形。如果波導15、19包括玻璃，則拓撲輪廓可以通過下面的一個或者多個寫入涂覆在玻璃上的犧牲的抗蝕劑層中:光刻、壓印光刻、電子束光刻、以及全息術(shù)；然后通過下面刻蝕到玻璃中:反應(yīng)離子刻蝕、或者原子刻蝕。如果波導15、19包括熱固聚合物，則可以通過熱壓鑄或者熱壓印光刻制造拓撲輪廓。如在圖2c中示出的，配置分析物區(qū)域16以接收分析物26。分析物區(qū)域16可以包括在其上面或者其上方放置分析物26的表面。在某些實施例中，可以配置分析物區(qū)域以包含氣體/液體。分析物可以包括下面的一個或者多個:化學制品、生物樣品、血液樣品、水溶液、醫(yī)學樣品、藥用產(chǎn)品、土壤樣品、以及農(nóng)業(yè)樣品。分析物26可以包括諸如放置分析物區(qū)域上或者分析物區(qū)域中的手指的人體部分。應(yīng)該意識到的是，分析物區(qū)域16的至少一部分光學透明以從第一波導15接收輻射并且向第二波導19提供輻射，并且這樣，這樣的部分可以由例如塑膠玻璃或者玻璃的任何適合材料制成。應(yīng)該意識到的是，在某些情況下，可以認為根據(jù)本公開的裝置僅為光譜測定模塊lib。在其它實施例中，可以認為所述裝置包括便攜式電子設(shè)備和模塊lib。照相機可以使用視頻片段記錄光譜隨著時間的變化。輻射源12可以包括照相機閃光燈。輻射源12可以包括白色閃光燈，或者隨著時間改變傳輸?shù)椒治鑫锏牟ㄩL的色彩變化的LED。這樣的光將適合于場景的照明以及光譜測定二者。通信設(shè)備13可以進一步包括觸摸屏31。通信設(shè)備13可以包括天線、收發(fā)機、麥克風、以及揚聲器。在絕不限制下面權(quán)利要求的范圍、解釋或者應(yīng)用的情況下，一個或者多個示例實施例的技術(shù)效果在于這里描述的裝置和組件簡單、緊湊并且穩(wěn)健。如果期望，可以彼此按照不同的順序和/或同時執(zhí)行這里討論的不同功能。而且，如果期望，可以省去或者可以組合上述功能中的一個或者多個。盡管在獨立權(quán)利要求中闡釋了本發(fā)明的各個方面，但是本發(fā)明的其它方面包括來自所描述的實施例和/或具有獨立權(quán)利要求特征的從屬權(quán)利要求的特征的其它組合，而不僅僅是在權(quán)利要求中簡明闡釋的組合。還應(yīng)該注意到的是，盡管上面描述了本發(fā)明的示例實施例，但是不應(yīng)該以限制的意義看待這些描述。而是可以在不偏離如在所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的情況下做出各種修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種包括波導和光譜色散元件的裝置，所述裝置被配置為可移動地附接到便攜式設(shè)備，所述便攜式設(shè)備包括輻射感測元件和輻射源，配置所述裝置以可移動地附接到所述便攜式設(shè)備以提供第一構(gòu)造和第二構(gòu)造，在所述第一構(gòu)造中，定位所述波導以從所述輻射源朝向分析物區(qū)域和/或從所述分析物區(qū)域朝向所述色散元件傳輸輻射；并且以使得定位所述色散元件以色散來自所述分析物區(qū)域的輻射以形成朝向所述輻射感測元件提供的光譜來用于光譜分析，并且在所述第二構(gòu)造中，所述輻射感測元件和輻射源能夠捕捉和照亮場景以用于圖像捕捉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中配置所述波導以從所述分析物區(qū)域向所述色散元件傳輸輻射，并且其中配置所述波導以使得所述色散元件包括形成在所述波導中的衍射光柵，配置所述第一衍射光柵以從所述分析物區(qū)域朝向所述輻射感測元件衍射輻射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述色散元件包括多個衍射光柵，配置每一個光柵以從所述分析物區(qū)域朝向所述光感測元件衍射輻射。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述光柵和所述波導分別被配置為使得Iiktl= kg并且Ag= λ/n，其中n=所述波導的折射率，Ictl=所述輻射的波矢量并且Aci=所述輻射的波長，kg=所述光柵的布拉格矢量，λ g=所述光柵的周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置包括所述分析物區(qū)域；并且配置所述分析物區(qū)域以包含分析物或者配置為包括在其上放置所述分析物的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中配置所述裝置以可移動地附接到一設(shè)備以使得所述裝置可以在所述第一構(gòu)造以及其中所述裝置與所述光感測元件光學分離的所述第二構(gòu)造之間移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中配置所述裝置以可移動地附接到一便攜式設(shè)備以使得所述裝置可以在所述第一構(gòu)造以及其中所述裝置與所述便攜式設(shè)備分離的所述第二構(gòu)造之間移動。
8.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置的便攜式設(shè)備，其中所述輻射源包括照相機閃光燈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述便攜式設(shè)備是無線通信設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置是用于便攜式設(shè)備的模塊。
11.一種方法，包括: (i)提供第一構(gòu)造，在所述第一構(gòu)造中，將包括波導和光譜色散元件的裝置附接到包括輻射源和輻射感測元件的便攜式設(shè)備；以使得定位所述波導以從所述輻射源朝向分析物區(qū)域和/或從所述分析物區(qū)域朝向所述色散元件傳輸輻射；并且以使得定位所述色散元件以色散來自所述分析物區(qū)域的輻射以形成朝向所述輻射感測元件提供的光譜來用于光譜分析； (ii)經(jīng)由所述分析物區(qū)域從所述輻射源向所述色散元件傳輸輻射以提供光譜來用于光譜分析；以及 (iii)使用所述輻射感測元件檢測所述光譜的至少一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述方法包括使所述裝置從所述第一構(gòu)造移動到第二構(gòu)造，在所述第二構(gòu)造中所述輻射感測元件和輻射源能夠捕捉并且照亮場景以用于圖像捕捉。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述感測元件包括照相機，并且其中所述方法包括使用所述照相機記錄所述光譜隨著時間的變化。
14.根據(jù)權(quán) 利要求11所述的方法，其中所述便攜式設(shè)備包括無線通信設(shè)備。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的示例實施例，提供包括波導和光譜色散元件的裝置，配置所述裝置以可移動地附接到便攜式設(shè)備，所述便攜式設(shè)備包括輻射感測元件和輻射源，配置所述裝置以可移動地附接到所述便攜式設(shè)備以提供第一構(gòu)造和第二構(gòu)造，在所述第一構(gòu)造中，定位所述波導以從所述輻射源朝向分析物區(qū)域和/或從所述分析物區(qū)域朝向所述色散元件傳輸輻射；并且以使得定位所述色散元件以色散來自所述分析物區(qū)域的輻射以形成朝向所述輻射感測元件提供的光譜用于光譜分析，并且在所述第二構(gòu)造中，所述輻射感測元件和輻射源能夠捕捉并且照明屏幕用于圖像捕捉。
文檔編號G03B17/48GK103189721SQ201180053130
公開日2013年7月3日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者Z·拉迪沃杰維克, P·安德魯, C·鮑爾, J·基維奧亞 申請人:諾基亞公司