[0001] 本发明是关于一种光学检测模组、光学检测装置、以及光学检测方法及其应用。

[0002] 生化参数的非侵入式检测影响着现代医疗保健质量。人类极度渴望有一种精确、有效、安全的检测。现代技术致力于用传统分析方法去获取光学特性和化合物之间的关联性。通常，一个混合化合物的被分析物首先要纯化以减少实验误差。然后，一个单一的光学参数，例如吸光率，被用于估算生化溶液的浓度。但是，被分析物例如生物样品的成份复杂，导致精确检测困难。因此，市场需求仍未被满足，迫切需要更好的解决方案。

[0003] 通过单一光学参数去检测一个复合被分析物，其他复合物可能干挠检测结果并降低检测的可靠度。虽然可以通过不同检测仪器去应用不同模式，但动态的改变和有限的样品数量极大地减少了实验的一致性。因此，本发明包括一种能减少不必要的杂讯和增强检测准度及一致性的多模式光学检测装置和方法。本领域具有普通技能的人员可依据本发明和所描述的实施方式但不背离本发明的范围。

[0019] 为了简洁的阐述本发明内容，参考图号会被适当的于不同图式中重复使用以指明相关或类似的组成元素。此外，许多特定细节被用来提供对各个实施例完整的了解。然而，可以被该领域习知技艺者理解的是，某些实施例可以不需这些特定细节也能实施。其他未被提及的示例、方法、程序、和组件等是为了不让相关的特征难以理解。图式不必然与实际情形等比例，某些组件还会为了更好的阐述细节与特征而被彰显。在此的描述并不被限定于所揭露的实施例。

[0020] 在本发明揭露中所使用的定义说明如下。

[0021] 所述「光束」一词是指光能量的指向性投射，而不限定于直接连接于两的光学组件间的光路径。举例而言，一光束可以来自于光源到达光电探测器，在光源与光电探测器其中可经过或不经过分光器。一光束的方向或光学性质可能在经过一光学组件时被改变。所述「准直」一词是指缩窄一光束的光束发散度或汇聚一光束，并不限定于使光束成为平行光。

[0022] 在本发明揭示中，一光学检测模块是用于检测一被分析物的光学特性，该光学检测模块可以被整合在一个装置或系统内以供进一步的应用。一光学检测装置是用于检测一被分析物的光学特性，因此可以估计目标分子的存在或浓度，或化合物的成分。该被分析物可以是化合物的混合或者是一体内生物样品(例如血液、皮肤、眼睛、或粘膜)或体外生物样品(例如血液、活检样本、尿、或粪便)的一部分。一被分析物(例如葡萄糖、乳酸、或血红蛋白)的特定生化成分的存在或浓度可以被相关的光学特性的组合来衡量。另外，受试者的一些疾病状况也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，或者组织活检的异常增生。这此相关光学特性是吸光率、折光率、偏振性、荧旋旋光性、和非弹性散射。

[0023] 一光学检测装置包括至少一光源、一准直器、一第一分光器、一第二分光器、一第一光接收模块、以及一第二光接收模块。此外，光源和准直器之间的特定距离可根据特定应用来设置。随着准直光束聚集在限定区域，大部分获取的信息可从目标区域提取出来。另一方面，该准直光束可被投射成平行光束，去获取目标的指定区域的平均信息，使得本发明可以极大地减少区域差异，特别是当目标是非均质构成或非静态流体。具体实施例将描述如下。

[0024] 光源是一发光组件或者是多种发光组件的组合。光源可以是单色光源或多色光源。光源可以是激光二极管、发光二极管、或者有机发光二极管。在某些实施例中，光源可以具有多个激光二极管、发光二极管、或者有机发光二极管，并且每个发光组件可以有不同的波长和偏振。多色光源可以是白炽灯光源或者校准白色光源。在本发明中，所述光是电磁辐射，具有从紫外线，可见光，到红外线区域的波长。光源还可以包括一光学组件用来改变发射光束的光学性质。所述光学组件可以是线性偏振器、分色滤光镜或准直器。

[0025] 准直器是一光学组件，其收窄了光束的发射角度。准直器具有一由其焦平面到其光心距离所定义的焦距(标为f)。当光源位于焦点，所发射的光束会被引导成一组平行光，根据准直器的结构这组平行光具有一个有限的横截面积；当光源位于焦点附近，所发射的光束会被导成一组有限制发射角度的光束；当光源的位置远离焦点，所发射的光束被汇聚在离准直器某一限定距离上。准直器在实施例中可以是会聚透镜、聚光镜、凸透镜、平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、或者双凹透镜。此外，光学检测装置可以包括一用于调节光源和准直器之间距离的机构件。

[0026] 分光器能根据光学特性，例如波长、偏振、或中性划分一定比例，把光束分成两个方向。分光器的结构可以是棱镜、透镜、或者镜子。分光器也能将一部分的光束经由穿透或反射导引至一特定方向。一个分光器可以棱镜、透镜或镜面制作而成。例如，一个中性分光器可以分解光束而无需改变光谱分割；一个分色滤光镜可以依光谱分离光束。分光器也可以是偏振光束分光器，把光分离成不同偏振的光束，例如沃拉斯顿棱镜。

[0027] 光接收模块是用于侦测具有特殊光学特性的光束，其包括至少一光电探测器。该光电探测器可以是单一光电二极管、光电晶体管、光敏电阻器、光电放大器、或者金属氧化物半导体(MOS)。光接收模块也可以包括以一维阵列或二维阵列排布的上述光电探测器，或者以一维阵列或二维阵列排布的电荷耦合装置(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)。该光接收模块也可以是一图像传感器或相机。根据不同实施例，光接收模块可以进一步包括一光学组件，用于隔绝出或调整成具有特殊光学特性的光束，使得光电探测器能够把光束转换成电信号。光接收模块中的光学组件可以是过滤器、偏光器、或者散光组件，也可以是透镜、镜子、棱镜、或者光栅。一光接收模块可以进一步包括一机械旋转器或法拉第旋转器用以量测旋亮度。可预期地，光接收模块可以进一步包括放大器和/或模数转换器用于信号处理。在本发明揭示中，所述第一光接收模块与第二光接收模块的位置可互相调换，原因是第二分光器的穿透与反射是功能等效的。

[0028] 一从光源所发射出的原始光束被准直器汇聚成准直光束。所述准直光束可以根据光源与准直器间的距离而是一平行光束或聚焦光束。

[0029] 一光学检测模块可以包括一光源、一准直器、一第一分光器、一第二分光器、一第一光接收模块、以及一第二光接收模块。其中光源和准直器之间的特定距离(标为d)根据准直器的焦距(标为f)参考来确定。位于焦距上，并且准直光束是一平行光束(图1A)。一从该光源所发射出来的原始光束经由准直器汇聚成准直光束。该准直光束可以根据光源和准直器之间的距离而成为平行光束或聚焦光束。

[0030] 如图1A所示，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、以及一第二光接收模块22。其中，光源10和准直器15之间的距离(标为d)为准直器的焦距(标为f)而使准直光束为一平行光束。

[0031] 通常，一光束是光能量沿指定光路传播的一个定向投影。为了清楚描述，光束的定义是根据相应组件之间的定向光路来描述的。原始光束110是从光源10射向准直器15的光束，它可以是具有某些特性，例如窄波长、光谱波长、同调性、偏振、或者是具有混合特性的光束。原始光束110在穿过准直器15后变成了准直光束115。该准直光束115从该准直器15发出，经过该第一分光器31到达被分析物99。一量测光束120是与被分析物99相互作用后保留在该光路的光束，其中该相互的作用可以是折射、反射、漫射、吸收、荧光发射、旋光、弹性散射、和/或非弹性散射。从该被分析物99发出的量测光束120的一部分，从第一分光器31传到第二分光器32，被第二分光器32分成第一检测光束121和第二检测光束122。从第二分光器32出来的第一检测光束121被第一光接收模块21侦测到，从第二分光器32出来的第二检测光束122被第二光接收模块22侦测到。

[0032] 在一实施例中，第一光接收模块21用于检测光束的偏光面的轴线，或者被分析物99的旋亮度。一种材料的旋亮度或者旋旋旋光性指得是旋转线偏振光的能力。光源10发出一偏振光，光源10可以是线偏振光源或者是一具有偏光器的非偏振光源。该第一光接收模块21还包括一偏光器，并且旋亮度可根据马吕斯定律通过光电探测器探测到的功率强度和旋光及偏光器之间的轴向角估算出来。在本实施例中，第二光接收模块22可用于检测被分析物99的其他光学特性，例如折光率、吸光率、荧旋旋光性、或非弹性散射。首先，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的折光率。如果在该第二光接收模块22中的是单一光电探测器，分析物99的折光率可以从该光电探测器测出的功率强度根据菲涅耳方程式计算出来，或者从由光路改变引起的功率强度变化计算出来。如果是阵列式的光电探测器，被分析物99的折光率可以根据斯涅尔定律或棱镜方程式从由这阵列式的光电探测器侦测到的光路改变计算出来。根据被分析物99的偏振和折光率信息，葡萄糖或乳酸的存在或浓度可以被估算出来。第二，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的吸光率。如果在该第二光接收模块22中的是单一光电探测器，被分析物99的特定光波的吸光率可以从该光电探测器测出的功率强度根据比尔-朗伯定律计算出来。如果是阵列式的光电探测器和分光组件，再加上校准光谱光源10，被分析物99的折光率可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的旋亮度和吸光率信息，葡萄糖、乳酸、血红蛋白、氧合血红蛋白、尿素、酒精、或癌细胞的存在或浓度可以被估算出来。第三，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的荧旋旋光性。如果该第二光接收模块22中用的是单一光电探测器和长通滤波器(或陷波滤波器)以及一个适当窄波长光源10，被分析物99的荧光强度可以从该光电探测器测出的功率强度计算出来。如果该第二光接收模块22中用的是阵列式的光电探测器和适当窄波长的光源10，被分析物99的荧光发射光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的旋亮度和荧光信息，葡萄糖或者乳酸存在或浓度可以被估算出来。第四，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的非弹性散射。如果用阵列式的光电探测器和分光组件以及适当窄波长的光源10，被分析物99的拉曼光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物
99的旋亮度和非弹性散射信息，葡萄糖或者乳酸存在或浓度可以被估算出来。

[0033] 在一个实施例中，第一光接收模块21用于检测被分析物99的折光率。光源10在此可以是窄带宽的光源。如果在该第一光接收模块21中的是单一光电探测器，被分析物99的折光率可以从该光电探测器测出的功率强度根据菲涅耳方程式计算出来。如果是阵列式的光电探测器，被分析物99的折光率可以根据斯涅尔定律或棱镜方程式从由这阵列式的光电探测器侦测到的光路改变计算出来。在同一实施例中，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的其他光学特性，例如吸光率、荧旋旋光性、或者非弹性散射。首先，该第二光接收模块22可以被用来检测被分析物99的吸光率。如果在该第二光接收模块22中的是单一光电探测器，被分析物99的特定光波的吸光率可以从该光电探测器测出的功率强度根据比尔-朗伯定律计算出来。如果是阵列式的光电探测器和分光组件，再加上校准光谱光源10，被分析物99的折光率可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的折光率和吸光率信息，葡萄糖、乳酸、血红蛋白、氧合血红蛋白、尿素、酒精、或癌细胞的存在或浓度可以被估算出来。第二，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的荧旋旋光性。如果该第二光接收模块22是用单一光电探测器和滤波器以及一个适当窄波长光源10，被分析物99的荧光强度可以从该光电探测器检测出的功率强度计算出来。如果该第二光接收模块22中用的是阵列式的光电探测器和适当窄波长的光源10，被分析物99的荧光发射光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的折光率和荧光信息，葡萄糖、乳酸、血红蛋白、氧合血红蛋白、尿素、酒精、或癌细胞的存在或浓度可以被估算出来。第三，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的非弹性散射。如果用阵列式的光电探测器和分光组件以及适当窄波长的光源10，被分析物99的拉曼光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的折光率和非弹性散射信息，葡萄糖、乳酸、血红蛋白、氧合血红蛋白、尿素、酒精、或癌细胞的存在或浓度可以被估算出来。

[0034] 在一个实施例中，第一光接收模块21用于检测被分析物99的吸光率。光源10在此可以是窄带宽的光源或者是校准光谱的光源。如果在该第一光接收模块21中的是单一光电探测器，被分析物99的吸光率可以从该光电探测器测出的功率强度根据比尔-朗伯定律计算出来。如果第一光接收模块21具有阵列式的光电探测器与散光组件，被分析物99的吸收光谱可由这阵列式的光电探测器计算出来。在同一实施例中，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的其他光学特性，例如荧旋旋光性、或者非弹性散射。首先，该第二光接收模块22可以被用来检测被分析物99的荧旋旋光性。如果该第二光接收模块22是用单一光电探测器和一个适当窄波长光源10，被分析物99的荧光强度可以从该光电探测器测出的功率强度计算出来。如果该第二光接收模块22中用的是阵列式的光电探测器和分光组件，以及一适当窄波长的光源10，被分析物99的荧光发射光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的吸光率和荧光信息，葡萄糖、乳酸、血红蛋白、氧合血红蛋白、尿素、酒精、或癌细胞的存在或浓度可以被估算出来。此外，该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的非弹性散射。如果用阵列式的光电探测器和分光组件，以及一适当窄波长的光源10，被分析物99的拉曼光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的吸光率和非弹性散射信息，葡萄糖、乳酸、血红蛋白、氧合血红蛋白、尿素、酒精、或癌细胞的存在或浓度可以被估算出来。

[0035] 在一个实施例中，第一光接收模块21用于检测被分析物99的荧旋旋光性。光源10在此可以是窄带宽的光源。如果在该第一光接收模块21中的是单一光电探测器和一适当窄波长光源10，被分析物99的荧光强度可以从该光电探测器测出的功率强度计算出来。如果是阵列式的光电探测器和散光组件，以及一适当窄波长的光源10，被分析物99的荧光发射光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。该第二光接收模块22可用来检测被分析物99的非弹性散射。如果用阵列式的光电探测器和分光组件，以及一适当窄波长的光源10，被分析物99的拉曼光谱可以根据这阵列式的光电探测器侦测到的功率强度分布计算出来。根据被分析物99的荧旋旋光性和非弹性散射信息，葡萄糖或乳酸的存在或浓度可以被估算出来。

[0036] 如图1B所示，一光学检测装置也可以包括一光源10、一准直器15、一第一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、以及一第二光接收模块22，其中该光源10位于远离焦距以外，并且准直光束是一聚焦光束。

[0037] 如图1C所示，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、以及一可调动机械模块。
准直器15和光源10之间的距离可以调节成焦距以投射出平行光束或者调节。该可调动机械模块是用于准直器15和光源10之间的距离，该距离可以调节成焦距以投射出平行光束或者调节成大于焦距以投射出聚焦光束。

[0038] 一光学检测模块可以进一步包括一光学组件。该光学组件置于光源10和准直器15之间，去确定原始光束110的光学特性，例如强度、带宽、和/或偏振，精准度和一致性可以因此而提高。在一实施例如图2A所示，该光学组件可以是一个置于该光源10和准直器15之间的带通滤波器。该光源10的带宽由于检测的一些特别目的例如荧旋旋光性，可以不足够宽。通过一个带通滤波器，射出的光在半峰值(FWHM)的全宽被进一步收窄为接近于单色光。

[0039] 如图2B所示，一光学检测模块可以包括一四分之一波片14。通常，该准直器15不可避免会反射部分原始光束110，而干挠原始光束110，因此该噪声反馈极大降低了检测结果的信号杂讯比。为了解决这个问题，一四分之一波片被置于该偏光片和准直器15之间把原始光束110圆偏振化。如此使得圆偏振化光束的反射部分不能影响该原始光束110，因此减少了光源10的输出杂讯。因此，输出的准直光束便会是一个偏振光。此外，由于检测的多样性，原始光束110的限制要求很关键，需要控制半峰值和偏振度来满足精准和一致性要求。例如，该光源可以发出单色偏振光。

[0040] 如图2C所示，该光学组件也可以是线偏振片。该线偏振片可以增加偏振度(DOP)，使旋光检测的信号杂讯比大幅提升。线偏振片13被置于该光源10和准直器15之间，四分之一波片被置于线偏振片和准直器15之间，带通滤波器可以置于光源10和线偏振片之间或者四分之一波片和准直器15之间。因此，输出的准直光束便会是一个单色偏振光。

[0041] 一光学检测装置可以包括一光学检测模块、一存储器、一微处理器、一电源、和一壳体。微处理器41是一种集成电路，用于接收、处理、和传输电子信号从/到其他电子组件，例如光源、光电探测器、存储器、图像传感器、显示器、空间传感器、或驱动器模块，等等。存储器用于存储经微处理器41或预设程序处理的数据，它可以是非永久性存储器例如随机存储器(RAM)，或者是非易失性存储器例如闪存。在本发明的年代，为了成本效益与功能性，微处理器和存储器可以整合成一系统级封装(system in package，SiP)；同样，一微处理器可以进一步包括一放大器和/或一模数转换器(ADC)。一电源用于给所有电子组件提供充足电能，它可以是锂电池或者是电源插座输出和转换交流电的电源供应器。一壳体则是被设置用于容纳光学检测装置中的组件以得到更好的整合与应用。

[0042] 如图3A所示，一光学检测装置可以进一步包括一第四光接收模块20。该第四光接收模块20是用于检测反馈光束125的功率强度，并且进一步估算从于光源10发出的准直光束115。在激光二极管作为光源10的实施例中，激光功率控制是防止被分析物99损坏的重要安全问题。因此，光学检测模块、微处理器41和光源10之间的连接需要紧密配合。

[0043] 原始光束110经由准直器15汇聚成准直光束115。该准直光束115从该准直器15发出，穿过该第一分光器31到达被分析物99。该准直光束115的一部分经第一分光器31引导成为一反馈光束125，其从第一分光器31发送到第四光接收模组20。反馈光束125从而被第四光接收模组20转换成电信号。量测光束的一部分也从被分析物99经过该第一分光器31传送到该第二分光器32，然后被第二分光器32分成第一检测光束121和第二检测光束122。从第二分光器32出来的第一检测光束被第一光接收模块21侦测到，从第二分光器32出来的第二检测光束被第二光接收模块22侦测到。

[0044] 如图3B所示，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、以及一第四光接收模块20。例如一具有反馈控制的光学检测装置中的光源10可以是一激光模块。第四光接收模块20可以是一光电探测器用来检测由光源所发出并且经第一分光器31引导之反馈光束125。在一实施例中，该激光模块发出一激光束，该激光束被光电二极管侦测并转换成光电流。该光电流被放大器放大，光强度的模拟信号被模拟输入端传入微处理器。该微处理器可以从存储器获得一预设的反馈控制功能，去根据模拟信号确定反馈控制信号，并且控制该激光模块的激光功率。在一实施例中，被放大的光电流可以被模数转换器转换成数字光功率，并且传送到该微处理器。该微处理器可以从存储器获得一预设的反馈控制功能，以根据模拟信号确定反馈控制信号，并且控制该激光模块的激光功率。此外，该激光模块还可以把激光电流传送回微处理器用于作为反馈控制功能的一个决定因素。在一实施例中，该微处理器、放大器、数模转换器、存储器可以全部集成在一个紧凑型单一芯片中。

[0045] 如图3C所示，流程图显示了光学检测装置的反馈控制过程。一激光驱动器从微处理器41接收控制信号以触发一激光二极管发出原始光束。原始光束110经由准直器15变成准直光束115，一部分准直光束115经第一分光器31引导成为一反馈光束125，其从第一分光器31被发送至第四光接收模组20。然后，通过该反馈光束125被第四光接收模组20接收，激光功率强度被送至微处理器41，反馈控制功能因此能够决定该激光功率是否足以检测该被分析物99。如果激光功率太低，控制信号会控制激光功率逐步提高。如果侦测到足够的激光功率，该第四光接收模块会被启动把反馈光束125转换成电信号。该激光驱动器和激光二极管亦可被整合成一激光模块，用作该光学检测装置的光源10。

[0046] 一光学检测模块可以进一步包括一第三分光器、以及一第三光接收模块。所述第三分光器将量测光束的第二部分导引至所述第三光接收模块。其中所述第三光接收模块可以是一个温度计、遥测计或一图像传感器。

[0047] 如图4所示，一光学检测模块可以包括一温度计分光器34、以及一温度计模块54。被分析物99的温度影响所测得的光学性能，例如旋亮度。因此，温度是光学性能计算的一个重要参数。温度计模块54用于检测目标对象的温度。人们能藉由包括所述光学检测模块的光学检测装置所测得的温度就是被测区域的温度。温度计模块54可以包括一光电探测器以及一光学组件。所述光电探测器是一个光电二极管、两个光电二极管、或一光电二极管阵列，用于检测一个特定波长、两个不同波长，或特定区域的光谱。在每个实施例中，光学组件分别是聚焦透镜、分色滤光镜、或者散光组件。

[0048] 热辐射光束154是从被分析物99自发发出的光束。该热辐射光束154从被分析物99经过温度计分光器传送到温度计模块54。原始光束110在穿过准直器15后变成了准直光束115。该准直光束115从该准直器15发出，穿过该第一分光器31到达被分析物99。量测光束的一部分从被分析物99发出，经由温度计分光器34到第二分光器32，然后被第二分光器32分成一第一检测光束和一第二检测光束。第一检测光束被第一光接收模块21所侦测，第二检测光束被第二光接收模块22所侦测。

[0049] 在一实施例中，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源
45、一存储器42、以及一温度计模块54。该温度计模块54接收从被分析物99发出的热辐射光束154，并且把热辐射光束154转换成电信号。然后，微处理器41可以根据所接收到的热辐射计算温度，而且微处理器41还可以根据测出的温度修正第一光接收模块21和第二光接收模块22的检测值。可以预见，温度的估算可用斯忒藩-玻耳兹曼定律就单一波长、双波长、或热辐射光谱分别得出。

[0050] 如图5A所示，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、以及一显示器56。对位光发射器17用于把对位光束的投射到被分析物99上从而产生一对位光点117。对位光发射器17可以是LED或激光二极管。图像传感器53用于获取图像，图像传感器53可包括图像传感器阵列，例如电荷耦合装置(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)，图像可以是即时图像或者时间序列图像。图像传感器53可以进一步包括光学组件用以适当的对焦或成像。显示器
56用于接收和显示从微处理器而来的图像信息，显示器56可包括光发射组件面板，例如液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、或者有机发光二极管(OLED)。图像分光器33用于把从分析物表面而来的光束引导到图像传感器53，而不会改变量测光束的光学特性。准直光束的投射产生一参考光点116；根据出厂设置，无论光学检测装置和被分析物99之间的相对位置如何，该参考光点116总是在图像的同一区域被图像传感器53获取。对位光点117是由对位光发射器17发出的光的投射产生，并且被图像传感器53获取；对位光点117与参考光点116之间的距离和位置可变。可以预见，为了更好地对位，可以有多个对位光发射器17产生多个对位光点117。人们能藉由光学检测装置可以在被分析物与检测区域相同的区域上精准地对位。

[0051] 一种光学检测方法，包括：由光源发射一原始光束到准直器；经由该准直器将该原始光束聚集到第一分光器；将准直光束经由该第一分光器导向一被分析物；将由该被分析物反射回来的量测光束重新导向一第二分光器；将该检测光束分割成一第一检测光束和一第二检测光束；由一第一光接收模块接收该第一检测光束；以及由一第二光接收模块接收该第二检测光束。检测方法可进一步包括多个对位方法中的步骤。

[0052] 在图5B中，对位方法可包括：在被分析物表面产生光点，其中这些光点包括一对位光点和一参考光点；获取该参考光点、该对位光点、和该被分析物表面的图像；显示包括预设对位信息的图像，其中该预设对位信息包括一参考光点、一对位光点、以及一地标的信息。预设的对准信息被存储于存储器中，包括地标、参考点和对准点。该对位方法可由一对位装置所执行。该对位装置，包括：一光源，发射出参考光束；一对位光发射器，用于在被分析物上产生一对位光点；一图像分光器，用于引导该参考光束将准直光束导向被分析物，该被分析物将准直光束转换成量测光束；第二分光器，引导该参考光束，以在被分析物上形成参考光点；一图像传感器，其通过该图像分光器获取该被分析物的图像；一微处理器处理要对位的图像信息；以及一存储器存储该图像信息和一预设对位信息，其中，该图像信息包括该参考光点、该对位光点、以及该被分析物的特征，其中，该预设对位信息包括一参考光点、一对位光点、以及一地标的信息。在部分实施例中，该对位装置可以进一步包括一准直器使得该参考光束为一准直光束。

[0053] 在一实施例中，使用者可以在把光学检测装置置于被分析物时开始一手动对准步骤。预设的对准信息被存储于存储器42中，包括地标、参考点和对准点。在步骤501中，光学检测装置产生该光点，包括在分析物表面上的参考光点和对位光点。准直光束投射了参考光点116，对准光发射器17投射了对位光点117。步骤502中，图像传感器53获取了包括分析物表面，参考光点和对位光点的图像，并且把获取的图像以电信号形式传输到微处理器41。步骤503中，该显示器56显示获取的图像和从微处理器41传送来的预设对准信息。最后步骤
504中，使用者可以通过输入确认信号来确定该对准步骤。该预设的对准信息可以是存储在存储器中的预设值或者是在对准过程中的更新值。

[0054] 如图6A所示的半自动对位实施例中，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、和一显示器56。该对位步骤的原理是比对获取的对位信息和预设的对位信息是否一致。对位信息包括地标、参考点和对位点。通过微处理器进行的图像识别，从获取的图像可以提取对位信息。特别地，地标可以从分析物表面、参考光点116的参考点、及对位光点117的对位点的图像提取出来。特别地，地标可以是，例如，瞳孔的中心、角膜的轮廓、或者虹膜的条纹。该获取的对位信息是在对位的过程中获取的。该预设的对位信息可以是存储于存储器的预设值或者是在对位过程中的更新值。

[0055] 如图6B所示的实施例中，使用者可以开启一半自动对位步骤。首先，使用者把装置对位被分析物。然后在步骤601中，准直光束投射参考光点116，对位光发射器17投射对位光点117。步骤602中，图像传感器53获取了包括分析物表面，参考光点116和对位光点117的图像，并且把获取的图像以电信号形式传输到微处理器41。步骤603中，该微处理器41根据获取的图像去识别对位信息。然后，该显示器56显示获取的图像和从微处理器41传送来的预设对位信息。步骤604中，微处理器判断获取的对位信息与预设的对位信息之间的差异，并决定获取的对位信息与预设的对位信息是否一致。否则转到步骤605，微处理器在屏幕上通过指示灯118去告知使用者，对位步骤需要重来。可以预见，微处理器可以计算正确对位的方向并且通过指示灯118协助对位过程。在步骤611中，准直光束投射了参考光点116，对准光发射器17投射了对准光点117。在步骤612中，图像传感器53获取了包括分析物表面，参考光点116和对位光点117的图像，并且把获取的图像以电信号形式传输到微处理器41。在步骤613中，该微处理器41根据获取的图像去识别对位信息。然后，该显示器56显示获取的图像和从微处理器41传送来的预设对位信息。获取的对位信息可以存储于存储器中(步骤614)而且预设的对位信息可以被更新(步骤615)(图6C)。

[0056] 如图7A所示的自动对位实施例中，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、和一驱动器模块80。

[0057] 如图7B所示的实施例中，使用者可以开启一自动对位步骤。首先，使用者把装置对着被分析物。在步骤701中，准直光束投射参考光点116，对位光发射器17投射一对位光点117。下一步骤702中，图像传感器53获取了包括分析物表面，参考光点116和对位光点117的图像，并且把获取的图像以电信号形式传输到微处理器41。然后步骤703中，该微处理器41根据获取的图像去识别对位信息。结果步骤704中，微处理器判断获取的对位信息与预设的对位信息之间的差异，并决定获取的对位信息与预设的对位信息是否一致。否则转到步骤
705，微处理器计算正确对位的方向并且驱动该驱动模块80重复该对位步骤。另外，根据用户的指令或者对位步骤的完成(图6C)，获取的对位信息可以存储于存储器中(步骤614)而且预设的对位信息可以被更新(步骤615)。

[0058] 一光学检测装置同时具有对位和反馈控制功能。一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第四光接收模块20、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、一显示器56，以及一驱动模块80。如图7C所示，前面描述的组件可以是商业产品，例如把MCU作为带存储器42的微处理器41，把带激光驱动器的激光器作为光源，把带LED驱动器的LED作为对位光发射器17。可以预见，为了用户友好的环境和微妙的信号处理，光学检测装置还可以包括一人机界面(例如，LCD，键盘，触摸屏，或扬声器)，一多任务器(MUX)，放大器，和模数转换器。

[0059] 一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、和一空间传感器。空间传感器是用于侦测装置的相对空间位置、移动、和倾斜，协助检测装置更好的对位以达成精准和一致的检测。该空间传感器可以是一侦测加速度或倾斜度的惯性传感器52，一光学检测装置和被分析物之间的距离的遥测计55，或者其组合用于收集更多空间信息。此处，该惯性传感器52可以是加速计或陀螺仪。

[0060] 实际上，光束的功率强度会沿着传输距离损耗。在一些实施例中，检测的距离不仅影响对位的一致性，也影响了被测功率强度的基线基准点。因此，功率强度修正的基线对于精准检测来说很有必要。人们希望光学检测装置可从与被分析物相同的检测区域测得距离。如图8所示，光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、和一遥测计55，遥测计55是用于检测被分析物99与其他组件之间的距离，以在检测一致性方面协助光学检测装置更好地检测。在此，遥测计5可以是装设于微处理器41的快速反应光电探测器，用于根据光源10和遥测计55之间的飞行时间来计算距离，也可以是通过干涉来获得距离的干涉计。

[0061] 在此实施例中，一原始光束110在穿过准直器15后变成一准直光束115。该准直光束115从该准直器15发出，穿过该第一分光器31到达被分析物99。从该被分析物99发出的量测光束120的第一部分，经由遥测分光器35到遥测计55；量测光束120的第二部分从该被分析物99经由遥测分光器35到第二分光器32，然后被第二分光器32分成第一检测光束和第二检测光束。从第二分光器32出来的第一检测光束被第一光接收模块21侦测到，从第二分光器32出来的第二检测光束被第二光接收模块22侦测到。

[0062] 一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、和一惯性传感器52。惯性传感器是用于侦测组件的相对空间位置、移动、和倾斜，协助检测装置更好的对位以达成检测的一致性。在此，该惯性传感器52可以是一侦测光学检测装置的加速度或倾斜度的加速计或陀螺仪。

[0063] 遥测计55和惯性传感器52都可以提供额外的空间信息以协助光学检测装置的对位。在手动对位的实施例中，空间信息可以显示在显示器56上，并且指示使用者去获得想要的对位。在半自动对位的实施例中，该光学检测装置可以根据空间信息和对位信息计算该光学检测装置与被分析物99之间的相对位置，以致于可以用一指示灯118协助使用者正确对位该光学检测装置。此外，自动对位可以根据空间信息和对位信息通过控制驱动器模块80完成。

[0064] 如图9A-C所示，一光学检测装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源
45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、一显示器56，和一手持壳体。该光学检测装置可以应用于眼科学，去检测眼球中的被分析物99，例如葡萄糖、乳酸、血红蛋白、氧合血红蛋白、尿素、酒精、或癌细胞。但是，眼科学的精准和一致性应该基于良好的对位和实际操作。特别地，该手持壳体是用于方便对位步骤以及整合所有的组件。

[0065] 在双筒式光学检测装置这一实施例中，光学检测装置还包括一双筒式手持壳体62(图9A)。双筒式手持壳体62是用于容纳光学检测装置的所有组件。该双筒式手持壳体包括一检测窗口和一观察窗口。该检测窗口是让准直光束115和量测光束的光路通过。该图像传感器53可以通过图像分光器33获取眼睛和对位光点117的影像。该观察窗口是用于让另一只眼睛观察该显示器56，该显示器56显示由微处理器处理的图像信息。

[0066] 在可折叠式光学检测装置这一实施例中，光学检测装置还包括一可折叠手持壳体63(图9B)。可折叠手持壳体63包括一可折叠框架和一目镜筒。可折叠框架用于安置该显示屏56，目镜筒用于安置光学检测装置的其他组件。该目镜筒包括一检测窗口用于让准直光束115和量测光束的光路通过。而且，图像传感器53可以通过图像分光器33获取眼睛和对位光点117的图像。该可折叠框架用于安置该显示屏56并让另一只眼睛观察该显示器56，该显示器56显示由微处理器处理的图像信息。

[0067] 在单筒式光学检测装置这一实施例中，该光学对位装置还包括一单筒式手持壳体和一显示分光器(图9C)。单筒式手持壳体66是用于容纳光学检测装置的所有组件，方便自己检测和对位单眼。该单筒式手持壳体还包括一检测窗口，让准直光束115和量测光束的光路通过。该图像传感器53可以通过图像分光器33获取眼睛和对位光点117的影像。同一只眼睛可以观察该显示器56上显示的投射在分光器36上的图像信息。

[0068] 如图10A-C所示，一光学检测装置包括该光学检测装置和一感应器模块57。感应器模块57用于在使用者使用光学检测装置的时候提供额外的生理信息。该感应器模块57可以是一反射脉搏血氧计用于检测血氧的饱和度，或者是一双感应器模块用于通过一简单的触碰检测多个生理参数。这些感应器模块57也可以安装于手持壳体的两侧(图10A)。通过单手握持，每一独立的感应器模块57可以检测多个生理参数(图10B)。在双手握持的实施例中，感应器模块57能通过检测双手的电位差从而获得一个心电图(ECG)。而且，血压可以通过从血氧饱和度和ECG得出的脉搏传导时间来估算出来。

[0069] 在本发明的时代，一些电学、光电学、光力学、以及光学的模块可以设计成紧凑尺寸，上述光学检测装置因此可以整合成一个可移动装置(例如，光检测手表)或者一个智能装置的附件(例如，智能手表、智能手机、平板电脑、超极本)。该光学检测装置可以整合成智能装置的一部分并且共享电脑资源(例如，MCU、存储介质、通信模块)，以及人机界面(例如，手持机壳、触摸屏面板、虚拟现实目镜、HUD头盔)。可预见地，该光学检测装置也可以是智能配件，一种通过应用程序连接到智能装置的配件。而且，为了大数据和统计应用，检测的数据可以传送到云服务器。

[0070] 如图11A和11B所示，一光检测系统可以包括上述的光学检测装置以及一平台壳体70。该平台壳体70可以包括一连接模块、一支撑座、以及一壳体。该连接模块可以提供该光学检测装置与平台壳体70之间的机械连接和/或电连接。通过机械连接，该光学检测装置稳固地安装于该连接模块上，使得空间位置与倾斜度能被预设成初始状态。该连接模块可以通过电连接提供电源和电信号给该光学检测装置。而且，该平台壳体70可以进一步包括一驱动模块80用于协助对位。在这些实施例中，使用者可以控制该驱动模块去对位光学检测装置或者可以根据显示在显示屏56上的指示灯118去控制该驱动模块80。另外，该驱动模块
80可以根据微处理器41发出的电信号去达成自动调节对位。

[0071] 在眼科检测技术中，对于检测的准确性和一致性，对位是非常重要的。现代技术允许操作者达成检测装置与患者眼睛之间的可以接受的对位。可是，随着个人保健的日益增长的需要，不用额外协助的自我对位仍然未能实现。本发明提供了一种自我对位的解决方案，并且可以合理地整合到其他眼科检测装置中，以协助个人保健和可移动合用。

[0072] 一对位装置可以包括一光源，发射出参考光束；一对位光发射器，用于在被分析物上产生一对位光点；一图像分光器，用于将该参考光束导向被分析物；图像分光器，引导该参考光束，以在被分析物上形成参考光点；一图像传感器，其通过该获取该被分析物的图像；一微处理器处理要对位的图像信息；以及一存储器存储该图像信息和一预设对位信息，其中，该图像信息包括该参考光点、该对位光点、以及该被分析物的特征，其中，该预设对位信息包括一参考光点、一对位光点、以及一地标的信息。而且，该光学检测装置可预留一光路给第一光接收模块25。在这些实施例中，该第一光接收模块25可应用于对位装置，来根据其检测目的获取一些特别的光信息。因此，该光学检测装置可以在与检测区域相同的被分析物的区域实现精确对位。这些实施例被举例如下，不偏离本发明描述的范围。

[0073] 如图12A所示，一对位装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一微处理器41、一电源45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、以及一显示器56。一对位光发射器17用于通过投射一对位光束在在被分析物99上产生一对位光点117，其中该对位光发射器17可以是LED或者激光二极管。该图像传感器53用于获取图像，其中该图像传感器53可以包括图像传感器阵列，例如电荷耦合装置(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)，图像可以是即时图像或者时间序列图像。显示器56用于接收和显示从微处理器而来的图像信息，显示器56可以包括光发射组件面板，例如液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、或者有机发光二极管(OLED)。图像分光器33用于把从被分析物表面而来的光束引导到图像传感器53，而不会改变检量测光束的光学特性。准直光束的投射产生一参考光点116；根据出厂设置，无论光学对位装置和被分析物99之间的相对位置如何，该参考光点116总是在图像的同一区域被图像传感器53获取。对位光点117是由对位光发射器17发出的光的投射产生，并且被图像传感器53获取；对位光点117与参考光点116之间的距离和位置可变。可以预见，为了更好地对位，可以有多个对位光发射器17产生多个对位光点117。

[0074] 在如图12B所示的半自动对位的实施例中，一光学对位装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一微处理器41、一电源45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、以及一显示器56。该对位步骤的原理是比对获取的对位信息和预设的对位信息是否一致。对位信息包括地标、参考点和对位点。通过微处理器进行的图像识别，从获取的图像可以提取对位信息。特别地，地标可以从分析物表面、参考光点116的参考点、及对位光点117的对位点的图像提取出来。特别地，地标可以是，例如，瞳孔的中心、角膜的轮廓、或者虹膜的条纹。该获取的对位信息是在对位的过程中获取的。该预设的对位信息可以是存储于存储器的预设值或者是在对位过程中的更新值。

[0075] 在如图12C所示，一光学对位装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第一光接收模块25、一微处理器41、一电源45、一存储器42、一对位光发射器17、一图像分光器33、一图像传感器53、以及一驱动模块80。空间传感器是用于侦测组件的相对空间位置、移动、和倾斜，协助检测装置更好的对位以达成精准和一致的检测。该空间传感器可以是一侦测加速度或倾斜度的惯性传感器52、一侦测光学系统和目标之间的距离的遥测计
55、或者其组合用于收集更多空间信息。此处，该惯性传感器52可以是加速计或陀螺仪。

[0076] 一光学对位装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、以及一空间传感器。

[0077] 实际上，光束的功率强度会沿着传输距离损耗。在一些实施例中，检测的距离不仅影响对位的一致性，也影响了被测功率强度的基线基准点。因此，功率强度修正的基线对于精准检测来说很有必要。人们希望光学检测装置可从与被分析物相同的检测区域测得距离。对位装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一微处理器41、一电源45、一存储器42、和一遥测计55，遥测计55是用于检测被分析物99与其他组件之间的距离，以在检测一致性方面协助光学检测装置更好地检测。在此，遥测计5可以是装设于微处理器41的快速反应光电探测器，用于根据光源10和遥测计55之间的飞行时间来计算距离，也可以是通过干涉来获得距离的干涉计。

[0078] 在此实施例中，一原始光束110在穿过准直器15后变成一准直光束115。该准直光束115从该准直器15发出，穿过该第一分光器31到达被分析物99。从该被分析物99发出的量测光束120的第一部分，经由遥测分光器35到遥测计55；量测光束120的第二部分从该被分析物99经由遥测分光器35到第二分光器32，然后被第二分光器32分成第一检测光束和第二检测光束。从第二分光器32出来的第一检测光束被第一光接收模块21侦测到，从第二分光器32出来的第二检测光束被第二光接收模块22侦测到。

[0079] 一对位装置可以包括一光源10、一准直器15、一第一分光器31、一第二分光器32、一第一光接收模块21、一第二光接收模块22、一微处理器41、一电源45、一存储器42、和一惯性传感器52。惯性传感器52用于侦测组件的相对空间位置、移动、和倾斜，协助检测装置更好的对位以达成检测的一致性。在此，该惯性传感器52可以是一侦测光学检测装置的加速度或倾斜度的加速计或陀螺仪。

[0080] 遥测计55和惯性传感器52都可以提供额外的空间信息以协助光学对位装置的对位。在手动对位的实施例中，空间信息可以显示在显示器56上，并且指示使用者去获得想要的对位。在半自动对位的实施例中，该光学对位装置可以根据空间信息和对位信息计算该光学对位装置与被分析物99之间的相对位置，以致于可以用一指示灯118协助使用者正确对位该对位装置。此外，自动对位可以根据空间信息和对位信息通过控制驱动器模块80完成。

[0081] 一对位装置可以进一步包括一壳体。该壳体是用于方便对位步骤以及整合所有的组件。

[0082] 如图13A所示，该壳体是双筒式壳体。双筒式手持壳体62是用于容纳光学对位装置的所有组件。该双筒式手持壳体包括一检测窗口和一观察窗口。该检测窗口是让准直光束115和量测光束的光路通过。该图像传感器53可以通过图像分光器33获取眼睛和对位光点
117的影像。该观察窗口是用于让另一只眼睛观察该显示器56，该显示器56显示由微处理器处理的图像信息。

[0083] 如图13B所示，该壳体是可折叠壳体63。可折叠手持壳体63包括一可折叠框架和一目镜筒。可折叠框架用于安置该显示屏56，目镜筒用于安置对位装置的其他组件。该目镜筒包括一检测窗口用于让准直光束115和量测光束的光路通过。而且，图像传感器53可以通过图像分光器33获取眼睛和对位光点117的图像。该可折叠框架用于安置该显示屏56并让另一只眼睛观察该显示器56，该显示器56显示由微处理器41处理的图像信息。

[0084] 如图13C所示，在包括单筒式壳体66的对位装置这一实施例中，该对位装置还包括一显示分光器。单筒式手持壳体66是用于容纳对位装置的所有组件，使自己用单眼检测和对位变得方便。该单筒式手持壳体还包括一检测窗口，让准直光束115和量测光束的光路通过。该图像传感器53可以通过图像分光器33获取眼睛和对位光点117的影像。同一只眼睛可以观察该显示器56上显示的投射在分光器36上的图像信息。

[0085] 在本发明的时代，一些电学、光电学、光力学、以及光学的模块可以被实现在紧凑尺寸上，上述对位装置因此可以整合成一个可移动装置(例如，光检测手表)或者一个智能装置的附件(例如，智能手表、智能手机、平板电脑、超极本)。该光学对位装置可以整合成智能装置的一部分并且共享电脑资源(例如，MCU、存储介质、通信模块)，以及人机界面(例如，手持机壳、触摸屏面板、虚拟现实目镜，HUD头盔)。可预见地，该光学对位装置也可以是智能配件，一种通过应用程序连接到智能装置的配件。而且，为了大数据和统计应用，检测的数据可以传送到云服务器。

[0086] 如图14A和14B所示，一对位装置可以包括一平台壳体70。该平台壳体70可以包括一连接模块、以及一支撑座。该连接模块可以提供该光学对位装置与平台壳体70之间的机械连接和/或电连接。通过机械连接，该对位装置稳固地安装于该连接模块上，使得空间位置与倾斜度能被预设成初始状态。该连接模块可以通过电连接提供电源和电信号给该对位装置。而且，该平台壳体70可以进一步包括一驱动模块80用于协助对位。在这些实施例中，使用者可以控制该驱动模块去对位装置或者可以根据显示在显示屏56上的指示灯118去控制该驱动模块80。另外，该驱动模块80可以根据微处理器41发出的电信号去达成自动调节对位。

[0087] 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。因此，许多这些特征就不再显示和描述了。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，包括形状和组件排列，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。