專利名稱：讀取編碼微珠的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于讀取光學(xué)元件上的代碼的方法和設(shè)備；并且尤其是涉及一種利用傅里葉平面分析技術(shù)來讀取微珠上的代碼的方法和設(shè)備，所述微珠的尺寸通常是1-1000微米。
2.
背景技術(shù)：
單獨(dú)可識(shí)別的微小微珠在藥品發(fā)現(xiàn)、染色體組(genomic)、化學(xué)和安全中有許多應(yīng)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，微珠由基于硅石的玻璃構(gòu)成。編碼微珠是單獨(dú)可識(shí)別的。有許多方法可用于對(duì)微珠進(jìn)行編碼。用于對(duì)微珠進(jìn)行編碼的公知方法包括熒光強(qiáng)度和/或色彩、化學(xué)技術(shù)、粒子上的空間標(biāo)記和射頻編碼。但是，公知的方法包含利用昂貴的、高分辨率的光學(xué)技術(shù)來對(duì)微珠的代碼進(jìn)行成像和讀取。
例如，圖1示出了本領(lǐng)域公知的用于讀取編碼粒子或微珠的空間成像技術(shù)，該空間成像技術(shù)通常被標(biāo)為10′，并且包括入射光源12′，用于使入射光穿過微珠14；和包括成像透鏡16的成像光學(xué)系統(tǒng)，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、高分辨率的成像設(shè)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(gè)都相隔兩個(gè)焦距的距離處。成像光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于提供讀取或解釋微珠上的代碼所需的高分辨率圖像也是很昂貴的。
鑒于此，在工業(yè)上需要一種對(duì)微珠進(jìn)行編碼和解碼的不太昂貴的方法。


發(fā)明內(nèi)容
在最廣泛的意義上，本發(fā)明提供一種用于讀取其上具有代碼的微珠的新穎且獨(dú)特的方法和設(shè)備，其中代碼被投射在傅里葉平面上并且從傅里葉平面讀取該代碼。
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里葉平面上。從微珠散射的光被引導(dǎo)通過具有將代碼投射在傅里葉平面上的變換透鏡的光學(xué)裝置，并且利用傅里葉平面讀取裝置在傅里葉平面上進(jìn)行讀取，該傅里葉平面讀取裝置包括電荷耦合器件(CCD)或其他適當(dāng)?shù)母道锶~平面讀取裝置以及用于執(zhí)行傅里葉平面分析的處理器。在微珠和傅里葉平面之間，變換透鏡被布置在與微珠和傅里葉平面中的每一個(gè)都相隔一個(gè)焦距的距離處，而電荷耦合器件(CCD)或其他適當(dāng)?shù)母道锶~平面讀取裝置被布置在傅里葉平面上。本發(fā)明的核心在于對(duì)從微珠和光學(xué)裝置散射之后投射在傅里葉平面上的光的空間頻率進(jìn)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(diào)制；用于對(duì)傅里葉平面內(nèi)的信息進(jìn)行編碼的周期性的二元相位變化；用于對(duì)微珠上的信息進(jìn)行編碼的光子晶體，其中穿孔圖案導(dǎo)致在入射光和散射光之間的干涉形成遠(yuǎn)場中的空間和光譜特性曲線，這些空間和光譜特性曲線對(duì)于穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)、一連串縱向孔、不同的熒光區(qū)、或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)而在微珠中形成代碼。實(shí)際上，本發(fā)明應(yīng)用于讀取在微珠中形成的任何唯一和可重復(fù)的代碼，所述代碼可被投射在傅里葉平面上并且從傅里葉平面讀取，這些代碼包括現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明還提供用于對(duì)微珠進(jìn)行編碼的新穎且獨(dú)特的傅里葉散射技術(shù)，以及提供其上具有代碼的一種或多種新穎且獨(dú)特的微珠，根據(jù)這里公開的方法可以將代碼投射在傅里葉平面上并且從傅里葉平面讀取代碼。
本發(fā)明的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于，傅里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(xué)系統(tǒng)(諸如CCD陣列)，因?yàn)槲⒅樯系拇a并不必為了被解釋而以高級(jí)分辨率來成像。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)為了制作微珠而從預(yù)制件抽出光學(xué)細(xì)絲然后切成更小的部分時(shí)，可以在大面積上寫入不變(translationallyinvariant)的代碼。
又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)樵摯a被投射在傅里葉平面或“遠(yuǎn)場”中并且在該傅里葉平面或“遠(yuǎn)場”中讀取代碼，所以讀取器并不需要昂貴或強(qiáng)大的成像和放大光學(xué)系統(tǒng)來形成珠/粒子的高分辨率的放大圖像，以讀取該代碼。這與例如針對(duì)其上印刷有條形碼的小粒子實(shí)際上將珠本身成像來確定代碼的現(xiàn)有技術(shù)不同。



沒有按照比例繪制的附圖包括下圖 圖1示出本領(lǐng)域中公知的用于讀取編碼粒子或微珠的空間成像技術(shù)的圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用于讀取編碼粒子或微珠的新技術(shù)的圖。
圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的用于讀取編碼粒子或微珠的新技術(shù)的另一幅圖。
圖3示出如圖2中所示的微珠或光學(xué)元件102的圖。
圖4示出多層金屬粒子的傅里葉平面讀出(readout)的例子，其不需要高分辨率成像系統(tǒng)。
圖5示出基于從預(yù)制件抽出并切割從而形成根據(jù)本發(fā)明的微珠的細(xì)絲中的不同內(nèi)區(qū)幾何形狀的傅里葉散射技術(shù)的例子。
圖6示出利用光子晶體微粒的傅里葉散射技術(shù)的另一例子，光子晶體微粒根據(jù)本發(fā)明對(duì)信息進(jìn)行編碼。

具體實(shí)施例方式 圖2示出了利用傅里葉變換技術(shù)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(dāng)光學(xué)元件的光學(xué)裝置，傅里葉變換技術(shù)一般被標(biāo)為100，光學(xué)元件一般被標(biāo)為102，其中將代碼104投射在傅里葉平面106上并且從傅里葉平面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(xué)裝置而將代碼104投射在傅里葉平面106上，該變換透鏡110用于將代碼104集中在傅里葉平面106上，并且利用傅里葉平面讀取裝置112來在傅里葉平面106上讀取代碼104，該傅里葉平面讀取裝置112包括電荷耦合器件(CCD)或其他適當(dāng)?shù)母道锶~平面讀取裝置以及用于執(zhí)行傅里葉平面分析的處理器。在微珠102和傅里葉平面106之間，變換透鏡110被布置在與微珠102和傅里葉平面106中的每一個(gè)都相隔大約一個(gè)焦距f的距離處，同時(shí)電荷耦合器件(CCD)或其他適當(dāng)?shù)母道锶~平面讀取裝置被布置在該傅里葉平面上。CCD裝置112處的光位于傅里葉平面處，并且代表微珠102中的合成折射率變化的傅里葉變換。本發(fā)明的核心在于對(duì)穿過微珠和光學(xué)裝置或者散射離開微珠和光學(xué)裝置之后被投射在傅里葉平面106上的光的空間頻率進(jìn)行分析。
用于將代碼104(圖3)集中在傅里葉平面106上的、包括變換透鏡110的傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是公知的，并且本發(fā)明的范圍不意圖被限制為任何特定類型或種類的傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的范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?qū)硌邪l(fā)出的其他光學(xué)裝置。
電荷耦合器件(CCD)或其他適當(dāng)?shù)母道锶~平面讀取裝置是本領(lǐng)域公知的不昂貴的光學(xué)裝置，并且本發(fā)明的范圍不意圖被限制為任何特定類型或種類的傅里葉平面讀取裝置。
光學(xué)裝置100也包括傅里葉平面變換處理器114，用于執(zhí)行傅里葉平面分析以便根據(jù)合成的折射率變化來確定代碼。傅里葉平面變換處理器114可以利用硬件、軟件、固件或其某種組合來實(shí)現(xiàn)。在典型的軟件實(shí)現(xiàn)方案中，傅里葉平面變換處理器114可以是一個(gè)或多個(gè)基于微處理器的體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)具有微處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、輸入/輸出裝置和控制裝置以及與之連接的數(shù)據(jù)和地址總線。編程領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)@種基于微處理器的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行編程，從而在沒有不當(dāng)實(shí)驗(yàn)的情況下執(zhí)行這里所描述的功能。本發(fā)明的范圍不意圖被限制為利用已知或?qū)硌邪l(fā)出的技術(shù)的任何特定實(shí)現(xiàn)方案。此外，處理器114可以形成傅里葉平面讀取裝置112的部分，或者可被實(shí)現(xiàn)為獨(dú)立的模塊或處理單元。最后，本發(fā)明的范圍還意圖包括實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)步驟而經(jīng)由在傅里葉平面變換處理器、控制器或光學(xué)系統(tǒng)中的其他適當(dāng)模塊中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，這包括但不限于執(zhí)行傅里葉平面分析來根據(jù)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(xué)裝置類似的傅里葉變換技術(shù)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激光器的532nm或者是公知的氦氖激光器的632nm，微珠諸如圖2中的102。假設(shè)λ在襯底的光學(xué)透射范圍內(nèi)(在下文更多地進(jìn)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。其余的光24由光柵12反射并形成多個(gè)光束26-36，每個(gè)光束都具有與入射波長λ相同的波長λ，并且每個(gè)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和傅里葉平面106之間，該變換透鏡37被布置在與微珠102和傅里葉平面106中的每一個(gè)都相隔大約一個(gè)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在傅里葉平面106上被成像在CCD照相機(jī)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(xué)系統(tǒng)來提供照相機(jī)60上的光學(xué)圖像/信號(hào)的所需特性(例如，光點(diǎn)、線、圓、橢圓等)，這取決于襯底的形狀和輸入光學(xué)信號(hào)。并且，可以使用其他裝置來代替CCD照相機(jī)，以便讀取/捕獲出射光。
圖3微珠或光學(xué)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(lǐng)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(qū)來標(biāo)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(biāo)出)，或反之亦然。如圖所示，如果將反射率的邏輯表示法反轉(zhuǎn)，那么代碼104代表二項(xiàng)數(shù)“101110010011001”或“010001101100110”。與上面討論的一致，本發(fā)明的范圍不意圖被限制為任何特定的代碼或編碼方法或技術(shù)。此外，本發(fā)明的范圍意在與公知的編碼技術(shù)、形成如本文描述的本發(fā)明的部分的編碼技術(shù)、以及將來研發(fā)出的編碼技術(shù)結(jié)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(diào)制；用于對(duì)傅里葉平面中的信息進(jìn)行編碼的周期性二元相位變化；用于對(duì)微珠上的信息進(jìn)行編碼的光子晶體，其中穿孔圖案導(dǎo)致入射光和散射光之間的干涉形成遠(yuǎn)場中的空間和光譜特性曲線，這些空間和光譜特性曲線對(duì)于穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)、一系列縱向孔、不同的熒光區(qū)、或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)而在微珠中形成代碼104。實(shí)際上，本發(fā)明應(yīng)用于讀取任何唯一和可重復(fù)的代碼，這些代碼包括為了讀取而在現(xiàn)有技術(shù)中以其他方式被成像在像平面上的代碼。
微珠或光學(xué)元件102的尺寸可以是微觀的，其尺寸為長度在1-1000微米的范圍內(nèi)或更小；或者對(duì)于更大的應(yīng)用來說，微珠或光學(xué)元件102的長度可以是1.0-1000毫米或更大。外徑可以小于1000微米，并且對(duì)于較大的應(yīng)用來說可以是在1.0-1000毫米的范圍內(nèi)。利用與本發(fā)明的研發(fā)結(jié)合研發(fā)的制造技術(shù)，可以抽出一條光纖或一個(gè)襯底并將其處理來產(chǎn)生幾十萬甚至一百萬或更多的這種唯一的微珠?？梢允褂眠@樣的微珠或光學(xué)元件102，其中利用襯底，所述襯底諸如內(nèi)區(qū)的折射率小于或等于外區(qū)的折射率的光學(xué)襯底。舉例來說，讀取器涉及均在2004年2月19日申請(qǐng)的、序列號(hào)為60/546,445(CV-35)、60/546,435(CV-53)、60/547,013(CV-65)的臨時(shí)專利申請(qǐng)以及在2003年9月12日申請(qǐng)的序列號(hào)為661,836(CC-652)的申請(qǐng)中所公開的光學(xué)元件，所有這些申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鳛閰⒖?。本發(fā)明的范圍不意圖被限制為微珠或光學(xué)元件102的類型、種類、形狀或尺寸。本發(fā)明的范圍意在包括目前已知以及將來研發(fā)出的光學(xué)襯底。
圖4 圖4示出多層金屬粒子的傅里葉平面讀出的例子，這種讀出不需要高分辨率成像系統(tǒng)。圖2和4中類似的元件用相同的參考編號(hào)來標(biāo)示。在該例子中，微珠102具有周期性空間調(diào)制(振幅或相位)形式的代碼104，該周期性空間調(diào)制將入射光108通過變換透鏡110反射到傅里葉平面上，其中周期性產(chǎn)生能夠相應(yīng)地讀取和解釋的“點(diǎn)”或位。
重要的是要注意，盡管原則上可以使用模擬圖案在傅里葉平面中進(jìn)行編碼，但是僅利用兩個(gè)“級(jí)”通常是有利的，其中這些級(jí)可以是相位(索引)變化和/或吸收變化。例如，可以在傅里葉平面中讀出一種公知的編碼技術(shù)的金屬分層粒子，從而不需要高分辨率顯微鏡。在從預(yù)制件拉出光學(xué)細(xì)絲之后可以將相位或振幅的周期性調(diào)制“寫”入該光學(xué)細(xì)絲中，從而使在單批中被編碼的粒子的數(shù)量很靈活。
圖5和6用于對(duì)微珠進(jìn)行編碼的其他傅里葉散射技術(shù) 本發(fā)明還提供用于對(duì)微珠進(jìn)行編碼的許多不同類型的傅里葉散射技術(shù)，這些微珠能夠利用本文描述的傅里葉平面分析技術(shù)來進(jìn)行讀取。例如，和/或能夠設(shè)想內(nèi)區(qū)的許多不同的幾何形狀，這些幾何形狀能夠?qū)е虑懈詈玫奈⒅榈奈ㄒ豢勺R(shí)別的標(biāo)記，為列舉一些例子，這些標(biāo)記包括單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)(圖5A)、一系列縱向孔(圖5B)、不同的熒光區(qū)(圖5C)、或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)(圖5D)。這些標(biāo)記或圖案可以在從預(yù)制件抽出并切割以形成微珠的光學(xué)細(xì)絲的內(nèi)區(qū)和/或外區(qū)中形成。微珠上的這些圖案是唯一的且可重復(fù)的，并且可以利用本文中示出和描述的傅里葉平面分析技術(shù)來讀取。
圖6示出利用根據(jù)本發(fā)明對(duì)信息進(jìn)行編碼的光子晶體微粒的傅里葉散射技術(shù)的又一個(gè)例子。穿孔圖案致使入射光和散射光之間的干涉在遠(yuǎn)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(duì)于穿孔圖案是唯一的。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(chǎn)生輻射圖案和光譜，該輻射圖案和光譜對(duì)信息唯一地進(jìn)行編碼，所述信息可以利用本文中描述的傅里葉平面分析技術(shù)來讀取。
本發(fā)明的范圍不意圖被限制為利用目前已知或?qū)硌邪l(fā)出的技術(shù)從預(yù)制件抽出的細(xì)絲的內(nèi)區(qū)和/或外區(qū)中形成的任何特定圖案。
圖7成像屬性 參考圖7，根據(jù)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位于遠(yuǎn)離透鏡402的距離so處，即位于“物平面”內(nèi)，那么透鏡402將在遠(yuǎn)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(guān)系可被寫成如下所述 其中，f是透鏡402的焦距，而so大于透鏡402的焦距。像相對(duì)于物體的尺寸(或者放大率M)具有已知的關(guān)系 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被置于遠(yuǎn)離物體404的距離f處，那么像405在遠(yuǎn)離透鏡402的無窮遠(yuǎn)的距離處成為無窮大。出于討論的目的，假定透鏡402是如位于與透鏡的平面平行的平面上那樣無窮大、無窮薄(即，線)，并且沒有像差。
圖8傅里葉屬性 參考圖8，可以基于下面已知的原理來描述透鏡402的傅里葉屬性。如果將透鏡402放置在電場分布408前面的距離f處，那么透鏡402將在遠(yuǎn)離透鏡402的距離f(即，在“傅里葉平面”411處)形成與初始電場輪廓408的傅里葉變換相對(duì)應(yīng)的電場分布410。傅里葉平面圖像也被稱為具有不同比例的“遠(yuǎn)場”像，例如大于大約20個(gè)瑞利(Rayleigh)范圍。特別地，對(duì)于具有預(yù)定強(qiáng)度或峰值和DC偏移的電場正弦波408，透鏡402所提供的傅里葉平面411中的最終的傅里葉變換強(qiáng)度圖案將是三個(gè)δ函數(shù)(或光點(diǎn))410、412、414，這些函數(shù)對(duì)應(yīng)于在點(diǎn)412處的DC值、點(diǎn)410處的信號(hào)波(sign wave)408的正頻率值以及點(diǎn)414處的信號(hào)波408的負(fù)的頻率值。點(diǎn)412處的光的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于正弦波408的DC值，而點(diǎn)410、414處的光的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于正弦波408的峰值。
將上面的傅里葉平面討論與諸如元件112(圖2)的光學(xué)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(lián)系起來，正弦波408可以對(duì)應(yīng)于具有單個(gè)空間周期的珠102上的條形碼，效率＜100％，并且其中光束412以相對(duì)于光柵矢量的法線(珠的縱軸8)成0度角而入射在該珠上。
根據(jù)圖7和8應(yīng)該進(jìn)一步理解，如果將透鏡402放置在遠(yuǎn)離入射電場408的距離so處，那么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(fā)明檢測傅里葉平面處的珠102上的條形碼的傅里葉變換的像，該像表現(xiàn)為傅里葉平面中的CCD照相機(jī)(或編碼照相機(jī))上的多條線。因此，讀取器112并不需要昂貴的成像光學(xué)系統(tǒng)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，那么讀取器/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(jī)讀取這些條紋并由此獲得珠14上的代碼。
在這點(diǎn)上，如果珠上的代碼的外觀看起來像條形碼或數(shù)字代碼，那么傅里葉平面內(nèi)的像將看起來不像條形碼或數(shù)字代碼，而是像在珠上看到的條形碼或數(shù)字代碼的傅里葉變換。類似地，如果傅里葉平面中的代碼的像看起來像條形碼或數(shù)字代碼，那么珠上的代碼的外觀將不可能看起來像條形碼或數(shù)字代碼，因?yàn)槠鋵⑹窃诟道锶~平面中看到的條形碼或數(shù)字代碼的傅里葉逆變換。因此，可能所希望的是使傅里葉平面具有簡單的數(shù)字圖像，這很容易識(shí)別來保持檢測器簡單。在那種情況下，珠上的實(shí)際代碼本身將可能與條形碼或數(shù)字代碼一樣難理解。
圖9-11讀出光束 投射在傅里葉平面上的讀出光束的技術(shù)要求在于，必須具有足夠大的空間相干性Lc，以分辨用于識(shí)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(gè)相鄰空間頻率之間的關(guān)系(圖9中示意性地示出)?？臻g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。信息被包含在傅里葉分量的功率振幅和空間頻率中。識(shí)別物體的特別穩(wěn)定的方法將是觀察是否存在特定的傅里葉空間頻率，并且選擇閾值來確定特定的頻率是否對(duì)應(yīng)于邏輯“1”或邏輯“0”(即數(shù)字編碼)。如果在圖11的例子中選擇0.1的閾值，那么對(duì)應(yīng)的數(shù)字代碼對(duì)于所分析的五個(gè)空間頻率是11011。
本發(fā)明的范圍 本文中描述的任何一個(gè)實(shí)施例的尺寸和/或幾何形狀僅僅是出于說明的目的，因而，鑒于本文的教導(dǎo)，如果需要可以使用任何其他尺寸和/或幾何形狀，這取決于應(yīng)用、大小、性能、制造要求或其他因素。
應(yīng)該理解，除非本文另作說明，否則關(guān)于本文的特定實(shí)施例所描述的特征、特性、替換方案或修改中的任何一個(gè)也可被應(yīng)用、用于本文描述的任何其他實(shí)施例或與本文描述的任何其他實(shí)施例結(jié)合。并且，本文的附圖沒有按照比例繪制。
盡管已經(jīng)相對(duì)于示范性實(shí)施例描述和說明了本發(fā)明，但是在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)本文進(jìn)行上述和各種其他的增加和省略。
此外，本發(fā)明還包括結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、元件的組合以及部件的布局，這些將在下文闡明的結(jié)構(gòu)中舉例說明。
因此，可以看到，能夠有效地達(dá)到上面闡明的目的以及根據(jù)前面的描述顯而易見的那些目的，并且由于在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以對(duì)上面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行某些改變，所以上面的描述中包含的并且在附圖中示出的所有主題都應(yīng)當(dāng)被解釋為說明性而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于讀取微珠的方法，該微珠上具有代碼，其中，代碼被投射在傅里葉平面上并且從傅里葉平面讀取該代碼。
2.根據(jù)權(quán)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里葉平面上。
3.根據(jù)權(quán)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(dāng)?shù)母道锶~平面讀取裝置從傅里葉平面讀取所述代碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在微珠和傅里葉平面之間，變換透鏡被布置在與微珠和傅里葉平面中的每一個(gè)均相隔大約一個(gè)焦距f的距離處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，傅里葉平面變換處理器執(zhí)行傅里葉平面分析，以根據(jù)合成的折射率變化來確定代碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，微珠中的代碼采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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，微珠中的代碼采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(diào)制；用于在傅里葉平面中對(duì)信息進(jìn)行編碼的周期性二元相位變化；用于對(duì)微珠上的信息進(jìn)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干涉在遠(yuǎn)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(duì)于穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)、一系列縱向孔、不同的熒光區(qū)或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)在微珠中形成代碼。
8.根據(jù)權(quán)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微米的范圍內(nèi)或更小。
9.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，微珠具有內(nèi)區(qū)的折射率小于或等于其外區(qū)的折射率的襯底。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，可以利用許多不同類型的傅里葉散射技術(shù)中的任何一種對(duì)微珠進(jìn)行編碼，所述技術(shù)包括單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)和/或外區(qū)；一系列縱向孔；不同的熒光區(qū)；或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，可以利用傅里葉散射技術(shù)對(duì)微珠進(jìn)行編碼，該傅里葉散射技術(shù)使用對(duì)信息進(jìn)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干涉在遠(yuǎn)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(duì)于穿孔圖案是唯一的。
13.根據(jù)權(quán)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(duì)信息進(jìn)行唯一地編碼，所述信息可以利用傅里葉平面分析技術(shù)來讀取。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，投射在傅里葉平面上的讀出光束具有空間相干性Lc，該空間相干性Lc大得足以分辨用于識(shí)別微珠的相鄰頻率分量。
15.根據(jù)權(quán)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里葉空間頻率來識(shí)別微珠，并且選擇閾值來確定特定的頻率是對(duì)應(yīng)于邏輯“1”還是對(duì)應(yīng)于邏輯“0”。
16.一種用于讀取微珠的光學(xué)裝置，該微珠上具有代碼，其中，代碼被投射在傅里葉平面上，并且由傅里葉平面讀取裝置來讀取該代碼。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)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里葉平面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，利用電荷耦合器件(CCD)或其他適當(dāng)?shù)母道锶~平面讀取裝置從傅里葉平面讀取所述代碼。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，在微珠和傅里葉平面之間，變換透鏡被布置在與微珠和傅里葉平面中的每一個(gè)均相隔大約一個(gè)焦距f的距離處。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，傅里葉平面變換處理器執(zhí)行傅里葉平面分析，以根據(jù)合成的折射率變化來確定代碼。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，微珠中的代碼采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(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，微珠中的代碼采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(diào)制；用于在傅里葉平面中對(duì)信息進(jìn)行編碼的周期性二元相位變化；用于對(duì)微珠上的信息進(jìn)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干涉在遠(yuǎn)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(duì)于穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)、一系列縱向孔、不同的熒光區(qū)或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)在微珠中形成代碼。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，微珠的尺寸是微觀的，其長度在1-1000微米的范圍內(nèi)或更小。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，微珠的長度為1.0-1000毫米或更大。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，微珠具有內(nèi)區(qū)的折射率小于或等于其外區(qū)的折射率的襯底。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，可以利用許多不同類型的傅里葉散射技術(shù)中的任何一種對(duì)微珠進(jìn)行編碼，所述技術(shù)包括單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)和/或外區(qū)；一系列縱向孔；不同的熒光區(qū)；或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，可以利用傅里葉散射技術(shù)對(duì)微珠進(jìn)行編碼，該傅里葉散射技術(shù)使用對(duì)信息進(jìn)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干涉在遠(yuǎn)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(duì)于穿孔圖案是唯一的。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)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(duì)信息進(jìn)行唯一地編碼，所述信息可以利用傅里葉平面分析技術(shù)來讀取。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其中，投射在傅里葉平面上的讀出光束具有空間相干性Lc，該空間相干性Lc大得足以分辨用于識(shí)別微珠的相鄰頻率分量。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光學(xué)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里葉空間頻率來識(shí)別微珠；并且選擇閾值來確定，特定的頻率是對(duì)應(yīng)于邏輯“1”還是對(duì)應(yīng)于邏輯“0”。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括經(jīng)由在處理器、控制器或光學(xué)系統(tǒng)中的其他適當(dāng)模塊中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)該方法的步驟。
全文摘要
提供一種用于讀取其上具有代碼的微珠的方法和設(shè)備，其中代碼被投射在傅里葉平面上并且從傅里葉平面讀取該代碼。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里葉平面上。將從微珠散射的光引導(dǎo)通過具有用于將代碼投射在傅里葉平面上的變換透鏡的光學(xué)裝置，并利用電荷耦合器件(CCD)或其他類似裝置在傅里葉平面上讀取代碼。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(diào)制；用于對(duì)傅里葉平面內(nèi)的信息進(jìn)行編碼的周期性二元相位變化；用于對(duì)微珠上的信息進(jìn)行編碼的光子晶體，其中穿孔圖案導(dǎo)致入射光和散射光之間的干涉在遠(yuǎn)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(duì)于穿孔圖案是唯一的；或者可以利用單個(gè)光敏內(nèi)區(qū)、一系列縱向孔、不同的熒光區(qū)、或者預(yù)制件中的材料的同心環(huán)而在微珠中形成代碼。
文檔編號(hào)G06K7/10GK101116086SQ200580046616
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者J·A·穆恩 申請(qǐng)人:伊路敏納公司