[发明专利]用于将光束耦合到箔中的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于将光束耦合到透明组件中，特别是耦合到例如箔的平面组件中，的方法和光学设备。

背景技术

WO2009/016533A2公开了用于在盒（cartridge）中进行光学检查，特别是用于通过受抑全内反射（FTIR）对磁性颗粒的探测，的微电子传感器设备。盒包括用于光并且相对于盒的平面具有特定倾斜度的入口和出口窗口。

发明内容

本发明的目的是提供容许光至平面透明组件中的有效入耦合（incoupling）并且能够有成本效益地实现的构件。

此目的通过根据权利要求1和2的方法、根据权利要求3的光学设备、以及根据权利要求13的用途来实现。在从属权利要求中公开了优选实施例。

本发明的方法容许光束至透明组件中的入耦合，光束能够通过所述透明组件，所述组件具有矩形或椭圆形（oblong）入口窗口，所述入口窗口具有给定的延伸轴。入口窗口的实际形状相当任意，然而，其典型地将是矩形的（或至少包括矩形区），具有沿所述窗口的所述延伸轴延伸的长度和比所述长度小的宽度。入口窗口的典型的纵横比（即长度与宽度之间的比率）的范围在约20:1与3:2之间。

该方法包括光束至入口窗口上的散光聚焦，使得焦线（focal line）（典型地两个焦线中的第一焦线）沿入口窗口的轴延伸。

在此上下文中，术语“散光聚焦”意指（例如对称）光束的聚焦，使得——甚至理论上，不是光束的所有射线在相同的焦点处相遇。而是，存在光束的射线通过的至少一个1维线段（以下称作“焦线”）。通常，能够识别彼此倾斜（典型地垂直）且沿光轴间隔开的两个该焦线。

此外，沿入口窗口的轴的（第一）焦线的延伸应当意指（第一）焦线与入口窗口的轴之间的角小于约45°，优选地小于20°。更优选地，焦线和入口窗口的轴基本是平行的（其中，关于取向的公差取决于焦线的实际形状，由入耦合NA和第一及第二焦距和入口窗口的高度限定。

在使用第一焦线在平面光学组件中耦合入光后，使用全内反射沿光轴在组件内部引导该光。结果，将在组件内部在第二焦线的位置处，离入口窗口宏观距离处，引起高强度的区域，此距离由散光光学器件的两个焦距之间的差给出。这些特征主要与具有距组件的边缘数毫米的传感器区段的薄的光学组件（例如盒）相关。

本发明还涉及光学设备，该光学设备包括两个主要组件，即：

a）容纳空间（或支架），能够将具有矩形或椭圆形入口窗口的透明组件布置在该容纳空间（或支架）处，或者具有矩形或椭圆形入口窗口的透明组件布置在该容纳空间（或支架）处。在第一种情况下（“能够将…布置在”），透明组件将典型地为不属于光学设备的可交换的元件。在第二种情况下（“布置在”），透明组件可以永久布设在容纳空间处并且可以视为光学设备的部分。

b）聚焦光学器件，用于将光束散光聚焦至容纳空间处的透明组件的入口窗口上，使得（优选地第一）焦线沿入口窗口的轴延伸。

所述方法和光学设备是本发明的相关实施例。给这些实施例之一提供的解释和限定因此对于其它实施例也是有效的。

所述方法和光学设备具有如下优点：它们容许使用矩形或椭圆形入口窗口，全部光束至平面透明组件中的入耦合，其通常甚至对于透明组件的简单形状是可用的。通过使用光束的散光聚焦，且使焦线沿所述窗口的轴延伸，最佳地利用了该入口窗口的矩形或椭圆形形状。这给予了关于光束的其它焦点特性，特别是关于第二焦线，的自由，如以下更详细地解释的。

下面，将描述与上述方法和光学设备相关的本发明的各种实施例。

已经提到，散光聚焦的光束通常包括第二焦线。在本发明的优选实施例中，将光学设计参数选择为使得第二焦线设置在透明组件内部。这容许在所述透明组件内部生成会聚所有光线的区。

通常，只要提供矩形或椭圆形入口窗口，则透明组件可以具有任何三维形状。此外，优选地满足了用于全内反射的波导条件。在优选实施例中，透明组件是（透明）材料板或片，从而具有能够最容易地实现的形式。特别是，透明组件可以是箔，优选地厚度在约50μm与1000μm之间的箔。例如能够利用该箔有效地实现其中能够提供样品用于光学调研的一次性盒。

透明组件和聚焦光学器件的设计优选地是使得光束——或光束的至少一个射线——在透明组件内部至少全内反射一次。以此方式，光束或其部分可以在透明组件内部无损失地传播，并且从而到达远离入口窗口的目标区域。优选地，光束例如在两个相对表面处全内反射数次，从而如在波导中传播。