讀取編碼微珠的方法和設備的製作方法

2023-05-14 07:39:51

專利名稱：讀取編碼微珠的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於讀取光學元件上的代碼的方法和設備；並且尤其是涉及一種利用傅立葉平面分析技術來讀取微珠上的代碼的方法和設備，所述微珠的尺寸通常是1-1000微米。
2.
背景技術：
單獨可識別的微小微珠在藥品發現、染色體組(genomic)、化學和安全中有許多應用。微珠是非常小的物體，通常其形體尺寸是1-1000微米(μm)。這些微珠可以是圓柱體、立方體、矩形或任何其他形狀。通常，微珠由基於矽石的玻璃構成。編碼微珠是單獨可識別的。有許多方法可用於對微珠進行編碼。用於對微珠進行編碼的公知方法包括螢光強度和/或色彩、化學技術、粒子上的空間標記和射頻編碼。但是，公知的方法包含利用昂貴的、高解析度的光學技術來對微珠的代碼進行成像和讀取。
例如，圖1示出了本領域公知的用於讀取編碼粒子或微珠的空間成像技術，該空間成像技術通常被標為10′，並且包括入射光源12′，用於使入射光穿過微珠14；和包括成像透鏡16的成像光學系統，以便將微珠14的圖像投射在成像平面18上，用以利用昂貴的、高解析度的成像設備20來讀取該圖像。在微珠14與像平面18之間，成像透鏡16被布置在與微珠14和像平面18中的每一個都相隔兩個焦距的距離處。成像光學系統對於提供讀取或解釋微珠上的代碼所需的高解析度圖像也是很昂貴的。
鑑於此，在工業上需要一種對微珠進行編碼和解碼的不太昂貴的方法。


發明內容
在最廣泛的意義上，本發明提供一種用於讀取其上具有代碼的微珠的新穎且獨特的方法和設備，其中代碼被投射在傅立葉平面上並且從傅立葉平面讀取該代碼。
在操作中，通過首先將入射光(反射或透射地)散射離開微珠而將代碼投射在傅立葉平面上。從微珠散射的光被引導通過具有將代碼投射在傅立葉平面上的變換透鏡的光學裝置，並且利用傅立葉平面讀取裝置在傅立葉平面上進行讀取，該傅立葉平面讀取裝置包括電荷耦合器件(CCD)或其他適當的傅立葉平面讀取裝置以及用於執行傅立葉平面分析的處理器。在微珠和傅立葉平面之間，變換透鏡被布置在與微珠和傅立葉平面中的每一個都相隔一個焦距的距離處，而電荷耦合器件(CCD)或其他適當的傅立葉平面讀取裝置被布置在傅立葉平面上。本發明的核心在於對從微珠和光學裝置散射之後投射在傅立葉平面上的光的空間頻率進行分析。
微珠的形體尺寸可以是1-1000微米(μm)或更小。
代碼可以包括具有不同吸收、折射率或相位、包括折射率差的周期性的材料層；具有不同相位或振幅的周期性的空間調製；用於對傅立葉平面內的信息進行編碼的周期性的二元相位變化；用於對微珠上的信息進行編碼的光子晶體，其中穿孔圖案導致在入射光和散射光之間的幹涉形成遠場中的空間和光譜特性曲線，這些空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個光敏內區、一連串縱向孔、不同的螢光區、或者預製件中的材料的同心環而在微珠中形成代碼。實際上，本發明應用於讀取在微珠中形成的任何唯一和可重複的代碼，所述代碼可被投射在傅立葉平面上並且從傅立葉平面讀取，這些代碼包括現有技術中為了讀取而在目前以其他方式成像在像平面上的代碼。
本發明還提供用於對微珠進行編碼的新穎且獨特的傅立葉散射技術，以及提供其上具有代碼的一種或多種新穎且獨特的微珠，根據這裡公開的方法可以將代碼投射在傅立葉平面上並且從傅立葉平面讀取代碼。
本發明的一個重要優點在於，傅立葉平面分析能夠使用基本上不太昂貴的代碼讀取器和代碼讀取光學系統(諸如CCD陣列)，因為微珠上的代碼並不必為了被解釋而以高級解析度來成像。
另一個優點在於，當為了製作微珠而從預製件抽出光學細絲然後切成更小的部分時，可以在大面積上寫入不變(translationallyinvariant)的代碼。
又一個優點在於，因為該代碼被投射在傅立葉平面或「遠場」中並且在該傅立葉平面或「遠場」中讀取代碼，所以讀取器並不需要昂貴或強大的成像和放大光學系統來形成珠/粒子的高解析度的放大圖像，以讀取該代碼。這與例如針對其上印刷有條形碼的小粒子實際上將珠本身成像來確定代碼的現有技術不同。



沒有按照比例繪製的附圖包括下圖 圖1示出本領域中公知的用於讀取編碼粒子或微珠的空間成像技術的圖。
圖2示出根據本發明的用於讀取編碼粒子或微珠的新技術的圖。
圖2a示出根據本發明的用於讀取編碼粒子或微珠的新技術的另一幅圖。
圖3示出如圖2中所示的微珠或光學元件102的圖。
圖4示出多層金屬粒子的傅立葉平面讀出(readout)的例子，其不需要高解析度成像系統。
圖5示出基於從預製件抽出並切割從而形成根據本發明的微珠的細絲中的不同內區幾何形狀的傅立葉散射技術的例子。
圖6示出利用光子晶體微粒的傅立葉散射技術的另一例子，光子晶體微粒根據本發明對信息進行編碼。

具體實施例方式 圖2示出了利用傅立葉變換技術來讀取具有寫在其上的代碼104(例如參見圖3)的微珠或其他適當光學元件的光學裝置，傅立葉變換技術一般被標為100，光學元件一般被標為102，其中將代碼104投射在傅立葉平面106上並且從傅立葉平面106讀取。
在操作中，通過使入射光從入射光源108穿過微珠102和具有變換透鏡110的光學裝置而將代碼104投射在傅立葉平面106上，該變換透鏡110用於將代碼104集中在傅立葉平面106上，並且利用傅立葉平面讀取裝置112來在傅立葉平面106上讀取代碼104，該傅立葉平面讀取裝置112包括電荷耦合器件(CCD)或其他適當的傅立葉平面讀取裝置以及用於執行傅立葉平面分析的處理器。在微珠102和傅立葉平面106之間，變換透鏡110被布置在與微珠102和傅立葉平面106中的每一個都相隔大約一個焦距f的距離處，同時電荷耦合器件(CCD)或其他適當的傅立葉平面讀取裝置被布置在該傅立葉平面上。CCD裝置112處的光位於傅立葉平面處，並且代表微珠102中的合成折射率變化的傅立葉變換。本發明的核心在於對穿過微珠和光學裝置或者散射離開微珠和光學裝置之後被投射在傅立葉平面106上的光的空間頻率進行分析。
用於將代碼104(圖3)集中在傅立葉平面106上的、包括變換透鏡110的傅立葉變換光學系統在本領域中是公知的，並且本發明的範圍不意圖被限制為任何特定類型或種類的傅立葉變換光學系統。此外，本發明的範圍意在包括利用帶有或不帶有這種變換透鏡的、目前已知或將來研發出的其他光學裝置。
電荷耦合器件(CCD)或其他適當的傅立葉平面讀取裝置是本領域公知的不昂貴的光學裝置，並且本發明的範圍不意圖被限制為任何特定類型或種類的傅立葉平面讀取裝置。
光學裝置100也包括傅立葉平面變換處理器114，用於執行傅立葉平面分析以便根據合成的折射率變化來確定代碼。傅立葉平面變換處理器114可以利用硬體、軟體、固件或其某種組合來實現。在典型的軟體實現方案中，傅立葉平面變換處理器114可以是一個或多個基於微處理器的體系結構，該體系結構具有微處理器、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出裝置和控制裝置以及與之連接的數據和地址總線。編程領域的技術人員能夠對這種基於微處理器的實現方案進行編程，從而在沒有不當實驗的情況下執行這裡所描述的功能。本發明的範圍不意圖被限制為利用已知或將來研發出的技術的任何特定實現方案。此外，處理器114可以形成傅立葉平面讀取裝置112的部分，或者可被實現為獨立的模塊或處理單元。最後，本發明的範圍還意圖包括實現一個或多個步驟而經由在傅立葉平面變換處理器、控制器或光學系統中的其他適當模塊中運行的電腦程式來實現本發明，這包括但不限於執行傅立葉平面分析來根據合成的折射率變化而確定代碼。
圖2a 圖2a示出與圖2中的光學裝置類似的傅立葉變換技術的另一例子，其中波長為λ的入射光24入射在微珠的襯底10中的光柵12上，所述波長λ例如是已知頻率的雙Nd:YAG雷射器的532nm或者是公知的氦氖雷射器的632nm，微珠諸如圖2中的102。假設λ在襯底的光學透射範圍內(在下文更多地進行討論)，則如果需要可以使用任何其他的入射波長λ。入射光24的一部分如虛線25所示的那樣直接穿過光柵12。其餘的光24由光柵12反射並形成多個光束26-36，每個光束都具有與入射波長λ相同的波長λ，並且每個光束都具有表示在光柵12中存在的間距(Λ1-Λn)的不同的角。反射光26-36穿過變換透鏡37，在微珠102和傅立葉平面106之間，該變換透鏡37被布置在與微珠102和傅立葉平面106中的每一個都相隔大約一個焦距f的距離處。變換透鏡37提供聚焦光束46-56，這些光束46-56在傅立葉平面106上被成像在CCD照相機60上的位置122、124、126、128、130、132處。與上面討論的一致，代替透鏡37或者除了透鏡37之外，可以使用其他成像光學系統來提供照相機60上的光學圖像/信號的所需特性(例如，光點、線、圓、橢圓等)，這取決於襯底的形狀和輸入光學信號。並且，可以使用其他裝置來代替CCD照相機，以便讀取/捕獲出射光。
圖3微珠或光學元件102 圖3例如示出微珠102，該微珠102包括具有不同反射率的周期性材料層形式的代碼104，這在本領域是公知的。具有不同反射空間104a、104b、104c、...104o的材料可以包括代表邏輯「 0」的反射率(通常用主線(lead line)104b、104e、104f等表示的空白區來標出)，而具有其他反射率的材料可以代表邏輯「1」(用單元104a、104c、104d等標出)，或反之亦然。如圖所示，如果將反射率的邏輯表示法反轉，那麼代碼104代表二項數「101110010011001」或「010001101100110」。與上面討論的一致，本發明的範圍不意圖被限制為任何特定的代碼或編碼方法或技術。此外，本發明的範圍意在與公知的編碼技術、形成如本文描述的本發明的部分的編碼技術、以及將來研發出的編碼技術結合使用。
可替換地，代碼104可以包括具有不同相位、包括折射率差的周期性材料層；具有不同相位或振幅的周期性空間調製；用於對傅立葉平面中的信息進行編碼的周期性二元相位變化；用於對微珠上的信息進行編碼的光子晶體，其中穿孔圖案導致入射光和散射光之間的幹涉形成遠場中的空間和光譜特性曲線，這些空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個光敏內區、一系列縱向孔、不同的螢光區、或者預製件中的材料的同心環而在微珠中形成代碼104。實際上，本發明應用於讀取任何唯一和可重複的代碼，這些代碼包括為了讀取而在現有技術中以其他方式被成像在像平面上的代碼。
微珠或光學元件102的尺寸可以是微觀的，其尺寸為長度在1-1000微米的範圍內或更小；或者對於更大的應用來說，微珠或光學元件102的長度可以是1.0-1000毫米或更大。外徑可以小於1000微米，並且對於較大的應用來說可以是在1.0-1000毫米的範圍內。利用與本發明的研髮結合研發的製造技術，可以抽出一條光纖或一個襯底並將其處理來產生幾十萬甚至一百萬或更多的這種唯一的微珠。可以使用這樣的微珠或光學元件102，其中利用襯底，所述襯底諸如內區的折射率小於或等於外區的折射率的光學襯底。舉例來說，讀取器涉及均在2004年2月19日申請的、序列號為60/546,445(CV-35)、60/546,435(CV-53)、60/547,013(CV-65)的臨時專利申請以及在2003年9月12日申請的序列號為661,836(CC-652)的申請中所公開的光學元件，所有這些申請在此引入作為參考。本發明的範圍不意圖被限制為微珠或光學元件102的類型、種類、形狀或尺寸。本發明的範圍意在包括目前已知以及將來研發出的光學襯底。
圖4 圖4示出多層金屬粒子的傅立葉平面讀出的例子，這種讀出不需要高解析度成像系統。圖2和4中類似的元件用相同的參考編號來標示。在該例子中，微珠102具有周期性空間調製(振幅或相位)形式的代碼104，該周期性空間調製將入射光108通過變換透鏡110反射到傅立葉平面上，其中周期性產生能夠相應地讀取和解釋的「點」或位。
重要的是要注意，儘管原則上可以使用模擬圖案在傅立葉平面中進行編碼，但是僅利用兩個「級」通常是有利的，其中這些級可以是相位(索引)變化和/或吸收變化。例如，可以在傅立葉平面中讀出一種公知的編碼技術的金屬分層粒子，從而不需要高解析度顯微鏡。在從預製件拉出光學細絲之後可以將相位或振幅的周期性調製「寫」入該光學細絲中，從而使在單批中被編碼的粒子的數量很靈活。
圖5和6用於對微珠進行編碼的其他傅立葉散射技術 本發明還提供用於對微珠進行編碼的許多不同類型的傅立葉散射技術，這些微珠能夠利用本文描述的傅立葉平面分析技術來進行讀取。例如，和/或能夠設想內區的許多不同的幾何形狀，這些幾何形狀能夠導致切割好的微珠的唯一可識別的標記，為列舉一些例子，這些標記包括單個光敏內區(圖5A)、一系列縱向孔(圖5B)、不同的螢光區(圖5C)、或者預製件中的材料的同心環(圖5D)。這些標記或圖案可以在從預製件抽出並切割以形成微珠的光學細絲的內區和/或外區中形成。微珠上的這些圖案是唯一的且可重複的，並且可以利用本文中示出和描述的傅立葉平面分析技術來讀取。
圖6示出利用根據本發明對信息進行編碼的光子晶體微粒的傅立葉散射技術的又一個例子。穿孔圖案致使入射光和散射光之間的幹涉在遠場中形成空間和光譜特性曲線，這些空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的。在操作中，向其中具有光子晶體的微珠102′提供入射光，從而產生輻射圖案和光譜，該輻射圖案和光譜對信息唯一地進行編碼，所述信息可以利用本文中描述的傅立葉平面分析技術來讀取。
本發明的範圍不意圖被限制為利用目前已知或將來研發出的技術從預製件抽出的細絲的內區和/或外區中形成的任何特定圖案。
圖7成像屬性 參考圖7，根據下面公知的原理描述了已知的正透鏡402的成像屬性。如果物體404位於遠離透鏡402的距離so處，即位於「物平面」內，那麼透鏡402將在遠離透鏡402的距離si處形成物體404在「像平面」中的像406。so和si之間的已知關係可被寫成如下所述 其中，f是透鏡402的焦距，而so大於透鏡402的焦距。像相對於物體的尺寸(或者放大率M)具有已知的關係 其中，M是用物體404的尺寸去除像406的尺寸。因此，如果透鏡402被置於遠離物體404的距離f處，那麼像405在遠離透鏡402的無窮遠的距離處成為無窮大。出於討論的目的，假定透鏡402是如位於與透鏡的平面平行的平面上那樣無窮大、無窮薄(即，線)，並且沒有像差。
圖8傅立葉屬性 參考圖8，可以基於下面已知的原理來描述透鏡402的傅立葉屬性。如果將透鏡402放置在電場分布408前面的距離f處，那麼透鏡402將在遠離透鏡402的距離f(即，在「傅立葉平面」411處)形成與初始電場輪廓408的傅立葉變換相對應的電場分布410。傅立葉平面圖像也被稱為具有不同比例的「遠場」像，例如大於大約20個瑞利(Rayleigh)範圍。特別地，對於具有預定強度或峰值和DC偏移的電場正弦波408，透鏡402所提供的傅立葉平面411中的最終的傅立葉變換強度圖案將是三個δ函數(或光點)410、412、414，這些函數對應於在點412處的DC值、點410處的信號波(sign wave)408的正頻率值以及點414處的信號波408的負的頻率值。點412處的光的強度對應於正弦波408的DC值，而點410、414處的光的強度對應於正弦波408的峰值。
將上面的傅立葉平面討論與諸如元件112(圖2)的光學讀取器所讀取的在諸如元件102(圖2)的珠或粒子上印刷的條形碼聯繫起來，正弦波408可以對應於具有單個空間周期的珠102上的條形碼，效率＜100％，並且其中光束412以相對於光柵矢量的法線(珠的縱軸8)成0度角而入射在該珠上。
根據圖7和8應該進一步理解，如果將透鏡402放置在遠離入射電場408的距離so處，那麼該透鏡將在離開距離si處提供放大率為so/si的電場408的圖像(未示出)。
因此，本發明檢測傅立葉平面處的珠102上的條形碼的傅立葉變換的像，該像表現為傅立葉平面中的CCD照相機(或編碼照相機)上的多條線。因此，讀取器112並不需要昂貴的成像光學系統來獲得珠102的圖像。
相反，如圖1中所示，如果通過獲得珠14的像來檢測珠14上的代碼，例如如果代碼僅僅作為珠14上所印刷的系列條紋，那麼讀取器/檢測器20將需要獲得具有足夠放大率的珠14的放大像，以允許編碼照相機讀取這些條紋並由此獲得珠14上的代碼。
在這點上，如果珠上的代碼的外觀看起來像條形碼或數字代碼，那麼傅立葉平面內的像將看起來不像條形碼或數字代碼，而是像在珠上看到的條形碼或數字代碼的傅立葉變換。類似地，如果傅立葉平面中的代碼的像看起來像條形碼或數字代碼，那麼珠上的代碼的外觀將不可能看起來像條形碼或數字代碼，因為其將是在傅立葉平面中看到的條形碼或數字代碼的傅立葉逆變換。因此，可能所希望的是使傅立葉平面具有簡單的數字圖像，這很容易識別來保持檢測器簡單。在那種情況下，珠上的實際代碼本身將可能與條形碼或數字代碼一樣難理解。
圖9-11讀出光束 投射在傅立葉平面上的讀出光束的技術要求在於，必須具有足夠大的空間相干性Lc，以分辨用於識別諸如微珠的物體的相鄰頻率分量。圖9示出空間相干長度和兩個相鄰空間頻率之間的關係(圖9中示意性地示出)。空間相干長度的一般要求是1/Lc＜1/λ1-1/λ2。
圖10示出由圖11中所示的空間頻率分量組成的物體的反射率的例子。信息被包含在傅立葉分量的功率振幅和空間頻率中。識別物體的特別穩定的方法將是觀察是否存在特定的傅立葉空間頻率，並且選擇閾值來確定特定的頻率是否對應於邏輯「1」或邏輯「0」(即數字編碼)。如果在圖11的例子中選擇0.1的閾值，那麼對應的數字代碼對於所分析的五個空間頻率是11011。
本發明的範圍 本文中描述的任何一個實施例的尺寸和/或幾何形狀僅僅是出於說明的目的，因而，鑑於本文的教導，如果需要可以使用任何其他尺寸和/或幾何形狀，這取決於應用、大小、性能、製造要求或其他因素。
應該理解，除非本文另作說明，否則關於本文的特定實施例所描述的特徵、特性、替換方案或修改中的任何一個也可被應用、用於本文描述的任何其他實施例或與本文描述的任何其他實施例結合。並且，本文的附圖沒有按照比例繪製。
儘管已經相對於示範性實施例描述和說明了本發明，但是在不背離本發明的精神和範圍的情況下可以對本文進行上述和各種其他的增加和省略。
此外，本發明還包括結構特點、元件的組合以及部件的布局，這些將在下文闡明的結構中舉例說明。
因此，可以看到，能夠有效地達到上面闡明的目的以及根據前面的描述顯而易見的那些目的，並且由於在不背離本發明範圍的情況下可以對上面的結構進行某些改變，所以上面的描述中包含的並且在附圖中示出的所有主題都應當被解釋為說明性而非限制性的。
權利要求
1.一種用於讀取微珠的方法，該微珠上具有代碼，其中，代碼被投射在傅立葉平面上並且從傅立葉平面讀取該代碼。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，通過使入射光散射離開微珠而將代碼投射在傅立葉平面上。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，利用電荷耦合器件(CCD)或其他適當的傅立葉平面讀取裝置從傅立葉平面讀取所述代碼。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，在微珠和傅立葉平面之間，變換透鏡被布置在與微珠和傅立葉平面中的每一個均相隔大約一個焦距f的距離處。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，傅立葉平面變換處理器執行傅立葉平面分析，以根據合成的折射率變化來確定代碼。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，微珠中的代碼採取具有不同反射率的周期性材料層的形式，該材料包括具有不同反射空間的材料。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，微珠中的代碼採取以下形式具有不同相位、包括折射率差的周期性材料層；具有不同相位或振幅的周期性空間調製；用於在傅立葉平面中對信息進行編碼的周期性二元相位變化；用於對微珠上的信息進行編碼的光子晶體，其中，穿孔圖案致使入射光和散射光之間的幹涉在遠場中形成空間和光譜特性曲線，所述空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個光敏內區、一系列縱向孔、不同的螢光區或者預製件中的材料的同心環在微珠中形成代碼。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，微珠的尺寸是微觀的，其長度在1-1000微米的範圍內或更小。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，微珠的長度為1.0-1000毫米或更大。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，微珠具有內區的折射率小於或等於其外區的折射率的襯底。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，可以利用許多不同類型的傅立葉散射技術中的任何一種對微珠進行編碼，所述技術包括單個光敏內區和/或外區；一系列縱向孔；不同的螢光區；或者預製件中的材料的同心環。
12.根據權利要求1所述的方法，其中，可以利用傅立葉散射技術對微珠進行編碼，該傅立葉散射技術使用對信息進行編碼的光子晶體微粒，其中，穿孔圖案致使入射光和散射光之間的幹涉在遠場中形成空間和光譜特性曲線，所述空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的。
13.根據權利要求1所述的方法，其中，供給其中具有光子晶體的微珠的入射光形成輻射圖案和光譜，該輻射圖案和光譜對信息進行唯一地編碼，所述信息可以利用傅立葉平面分析技術來讀取。
14.根據權利要求1所述的方法，其中，投射在傅立葉平面上的讀出光束具有空間相干性Lc，該空間相干性Lc大得足以分辨用於識別微珠的相鄰頻率分量。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，該方法包括以下步驟通過觀察是否存在特定的傅立葉空間頻率來識別微珠，並且選擇閾值來確定特定的頻率是對應於邏輯「1」還是對應於邏輯「0」。
16.一種用於讀取微珠的光學裝置，該微珠上具有代碼，其中，代碼被投射在傅立葉平面上，並且由傅立葉平面讀取裝置來讀取該代碼。
17.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，通過使來自光源的入射光散射離開微珠而將代碼投射在傅立葉平面上。
18.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，利用電荷耦合器件(CCD)或其他適當的傅立葉平面讀取裝置從傅立葉平面讀取所述代碼。
19.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，在微珠和傅立葉平面之間，變換透鏡被布置在與微珠和傅立葉平面中的每一個均相隔大約一個焦距f的距離處。
20.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，傅立葉平面變換處理器執行傅立葉平面分析，以根據合成的折射率變化來確定代碼。
21.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，微珠中的代碼採取具有不同反射率的周期性材料層的形式，該材料包括具有不同反射空間的材料。
22.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，微珠中的代碼採取以下形式具有不同相位、包括折射率差的周期性材料層；具有不同相位或振幅的周期性空間調製；用於在傅立葉平面中對信息進行編碼的周期性二元相位變化；用於對微珠上的信息進行編碼的光子晶體，其中，穿孔圖案致使入射光和散射光之間的幹涉在遠場中形成空間和光譜特性曲線，所述空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個光敏內區、一系列縱向孔、不同的螢光區或者預製件中的材料的同心環在微珠中形成代碼。
23.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，微珠的尺寸是微觀的，其長度在1-1000微米的範圍內或更小。
24.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，微珠的長度為1.0-1000毫米或更大。
25.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，微珠具有內區的折射率小於或等於其外區的折射率的襯底。
26.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，可以利用許多不同類型的傅立葉散射技術中的任何一種對微珠進行編碼，所述技術包括單個光敏內區和/或外區；一系列縱向孔；不同的螢光區；或者預製件中的材料的同心環。
27.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，可以利用傅立葉散射技術對微珠進行編碼，該傅立葉散射技術使用對信息進行編碼的光子晶體微粒，其中，穿孔圖案致使入射光和散射光之間的幹涉在遠場中形成空間和光譜特性曲線，所述空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的。
28.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，供給其中具有光子晶體的微珠的入射光形成輻射圖案和光譜，該輻射圖案和光譜對信息進行唯一地編碼，所述信息可以利用傅立葉平面分析技術來讀取。
29.根據權利要求16所述的光學裝置，其中，投射在傅立葉平面上的讀出光束具有空間相干性Lc，該空間相干性Lc大得足以分辨用於識別微珠的相鄰頻率分量。
30.根據權利要求29所述的光學裝置，其中，該方法包括以下步驟通過觀察是否存在特定的傅立葉空間頻率來識別微珠；並且選擇閾值來確定，特定的頻率是對應於邏輯「1」還是對應於邏輯「0」。
31.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法進一步包括經由在處理器、控制器或光學系統中的其他適當模塊中運行的電腦程式來實現該方法的步驟。
全文摘要
提供一種用於讀取其上具有代碼的微珠的方法和設備，其中代碼被投射在傅立葉平面上並且從傅立葉平面讀取該代碼。微珠的形體尺寸可以是1-1000微米(μm)或更小。通過使入射光散射離開微珠而將代碼投射在傅立葉平面上。將從微珠散射的光引導通過具有用於將代碼投射在傅立葉平面上的變換透鏡的光學裝置，並利用電荷耦合器件(CCD)或其他類似裝置在傅立葉平面上讀取代碼。代碼可以包括具有不同折射率或相位、包括折射率差的周期性材料層；具有不同相位或振幅的周期性空間調製；用於對傅立葉平面內的信息進行編碼的周期性二元相位變化；用於對微珠上的信息進行編碼的光子晶體，其中穿孔圖案導致入射光和散射光之間的幹涉在遠場中形成空間和光譜特性曲線，這些空間和光譜特性曲線對於穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個光敏內區、一系列縱向孔、不同的螢光區、或者預製件中的材料的同心環而在微珠中形成代碼。
文檔編號G06K7/10GK101116086SQ200580046616
公開日2008年1月30日 申請日期2005年11月16日 優先權日2004年11月16日
發明者J·A·穆恩 申請人:伊路敏納公司