全息传感器制造技术

一种传感器（８），包括介质和位于整个介质中的全息图，其中介质的物理特性变化导致全息图的光学特征发生变化，并且其中全息图被形成为非平面镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及全息传感器。
技术介绍
WO-A-95/26499公开了一种全息传感器。该传感器包括全息支持介质(support medium)以及位于整个介质的全息图。支持介质与分析物相互作用，使得介质物理特性发生变化。该变化引起全息元件的光学特征如可偏转性、反射率、折射率或吸收度发生变化。在重播全息图时(如使用入射宽波、非电离电磁辐射)如果出现任何变化，那么使用光学检测器会观察到如颜色变化。光学检测器可以是光谱仪，也可仅是肉眼。WO-A-99/63408描述了制造全息传感器的另一种方法。使用了序列处理技术，其中首先制造聚合物膜，随后添加感光卤化银微粒。通过向聚合基体中扩散可溶性盐引入这些微粒，他们在其中起反应形成不可溶感光沉淀物。然后全息图像被记录下来。上述全息传感器是通过使用平面镜记录全息图而制成，这是在装有适当液体的槽中全息拍摄的。另外，该传感器的支持介质是平面的。如果在光散射相当大如皮下环境中使用该传感器，那么该装置可能并不总是有效。另外，为了检测反射光，光学检测器必须被放置在相对传感器的特定位置。
技术实现思路
本专利技术是基于上述问题可以通过使全息图成为非平面镜的方式解决这一认识的。这可以通过多种方式实现，如使用非平面镜和使用非平面支持介质来记录全息图。因此，本专利技术的第一方面是包括介质和位于其中的全息图的传感器，其中介质的物理特性变化会导致全息图的光学特征发生变化，并且其中全息图形成非平面镜。本专利技术的第二方面是本专利技术传感器的制造方法，包括使全息图在介质中成为非平面镜。本专利技术的另一方面是分析物的检测方法，包括用光远程询问本专利技术传感器的全息元件；以及检测传感器的光学特征中发生的任何变化。本专利技术的全息传感器的设计能精确按预定反射入射光，本专利技术可以避免要求将光学检测器“引入”传感器。事实上，本专利技术提供的传感器能从较大范围的角度和距离内询问。本专利技术的传感器可以作为皮下植入物或在安全中如作为鉴定标记使用。附图说明图1和图2是分别使用凹面镜和隅角立方棱镜制造本专利技术传感器的示意图。图3是适用于询问本专利技术传感器的探针侧视图。图4是图1中传感器被询问的示意图。图5与图4相同，但传感器处于在皮下环境中。图6是使用凹面镜制成的本专利技术环形传感器的平面图。图7是图6中传感器被询问的示意图。图8和图9是本专利技术不同实施例的平面图，各传感器都适合同时检测多个分析物。图10是作为凹面镜形成的全息图的射线图。图11是本专利技术传感器制造方法的示意图。图12是示出本专利技术传感器的角公差的图。具体实施例方式可以通过多种方式使全息图形成非平面镜。可以理解本文描述的不同技术可以单独使用也可组合使用达到效果。本专利技术的优选实施例包括使用非平面镜记录全息图。所选镜的类型取决于其最终所得全息图对入射光的要求效果。已知多种不同类型的非平面镜，例如凹面镜和凸面镜(如半柱面形镜)、反射珠(reflectivebeads)等等。或者镜也可以棱镜，例如隅角立方棱镜(corner cubeprism)、直角棱镜(right angled prism)、波罗棱镜、阿米西棱镜、道威棱镜、五棱镜、菱形棱镜或Lernan-Springer棱镜在优选实施例中，镜是凹面镜。这允许制造对入射光有聚焦效应的传感器。该传感器潜在使用范围广，例如作为可以用光导纤维束方便询问的小型皮下植入物来使用。另外，为了克服光散射问题这一主要障碍，可以调整重播波长范围扩展到近红外区。使用凹面镜的另一好处在于全息图一般不会聚焦于多余的镜面白光。而且如果从对面观察，凹面全息图对入射光有凹面镜作用，反之亦然。另一优选实施例包括使用凸面镜产生焦距增加并且对入射光有校准作用的全息图。增加的焦距是要求远程检测如检测燃料箱中的分析物的应用中特别需要的。非平面镜为能实现回射的类型，如隅角立方棱镜。隅角立方棱镜通常将达到一定(“公差”)角的进入棱镜的任何光反射回光源，不考虑棱镜的定位。因而使用隅角立方棱镜记录的全息图对入射光可能有回射作用。由于不需在相对传感器的特定位置放置光学检测器，该传感器是有优势的。使用隅角立方棱镜的另一益处是与常规传感器相比较，该传感器的任何响应都可在较大范围角度(即较大角公差)内观察到。回射全息传感器可用于检测有大气层的星球的大气情况(如湿度、温度、二氧化碳或其他化学活性气体水平)的变化。可用准直光束或其他远程光源询问传感器实现检测。该传感器也可用于水下环境的检测。例如可以检测pH值或离子水平的变化。非平面镜也可选择由一个或多个反射珠组成。反射珠可用于增加反射光的强度，也可允许回射。优选镜为电介质材料，因为电介质材料反射效率高。或者可以使用抛物面镜，来减少色像差和球面像差的影响。全息图可在非平面支持介质中记录。在这种情况下，镜不必是非平面的，因为支持介质的几何形状决定了全息图的几何形状。记录过程中，可将透镜和孔/障碍物放置在全息记录材料前来记录全息图。记录全息图时，辐射首先经过孔/障碍物，之后经过记录材料，最后到达镜面。因而，最终获得的全息图有具体的衍射图形。由于该效果会产生明确界定的特定图案的重播光，因此该效果是需要的。也可使用透镜来改变物体尺寸、校准光或给出圆波束。本专利技术使用的全息传感器通常包括全息支持介质以及位于整个介质的全息图。该支持介质与分析物相互作用，使得介质物理特性发生变化。该变化引起全息元件的光学特征如可偏振性、反射率、折射率或吸收度发生变化。在使用入射宽波带、非电离电磁辐射重播全息图时如果出现任何变化，那么可以观察到如颜色或强度变化。有多种基本方法可以改变物理特性，因而改变光学特征。变化的物理特性优选为全息元件的尺寸。可以通过将特殊基团引入到支持基体，这些基团与分析物相互作用而发生构象变化，从而引起支持介质的扩大或缩小来实现该变化。该基团优选为分析物类的特定结合共轭物(binding conjugate)。改变物理特性的另一方法是改变支持介质中的活性水含量。全息传感器可通过改进支持介质的成分用于多种分析物的检测。该介质优选包括聚合物基体，必须优化其成分以包括获得高质量膜，即有形成全息条文的一致的基体膜。基体可以由如(甲基)丙烯酰胺和/或(甲基)丙烯酸酯衍生的单体共聚作用形成，也可交联形成。特别地，单体HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)容易聚合且可交联。由于聚HEMA可膨胀、亲水并且广泛生物相容性，聚HEMA是通用的支持材料。全息支持介质的其他示例有明胶、卡帕卡拉胶、琼胶、琼脂糖、聚乙烯醇(PVA)、(粗略分类的)溶胶-凝胶、(粗略分类的)水凝胶以及丙烯酸脂。其他材料还有聚糖、蛋白质和蛋白质材料，低聚核苷酸、RNA、DNA、纤维素、醋酸纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酰胺。明胶是用于支持感光类如卤化银微粒的标准基体材料。明胶也可通过铬(III)离子光交联于凝胶链上的羧基之间。可以根据WO-A-95/26499和Wo-A-99/63408公开的方法制备传感器。附图中图1示出了为此目的所做的适当装置。另一种方法是PCT/GB 04/00976所述的无银双聚合作用。这些说明书内容包括在此以供参考。现在参照附图，仅通过示例说明本专利技术。图1示出了如何使全息图形成弯曲的凹面镜。全息干版1和凹面镜2处于曝光槽3中。使用扩散激光光束4记录全息图像。本文使用的术语“凹”是广义上的，用于描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，其包括介质和置于其中的全息图，其中作为介质的物理特性变化的结果，全息图的光学特征发生变化，并且其中全息图被形成为非平面镜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里布莱思，克里斯托弗R洛，科林AB戴维森，萨蒂亚穆尔蒂卡比兰，凯瑟琳A多布森，
申请(专利权)人：剑桥大学技术服务有限公司，斯玛特全息摄影有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]