专利名称：光均匀化显微影像装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种区域影像(Global Image)装置，尤指一种光均匀化的显微影像装置，其可应用到许多领域，例如区域影像式的萤光系统或区域影像式的拉曼系统。
背景技术：
在检测物体的化学成分杂质和缺陷时，一般光学影像方式无法观察，必须借助化学影像技术。即利用激光激发样品所量测到的电子能阶(Electronic State)或振动能阶(Vibration State)光谱，来获得样品的化学键结资讯。而化学影像技术的点扫描(Point Scan)、线扫描(Line Scan)和区域影像(Global Imaging)三种量测方法中，在光能量密度(W/cm 2)固定的情况下，以区域影像的取向速度最快，因为可直接以光照明的大面积为范围用阵列侦测器取像，不需扫描样品或入射光束，即可获得二维的化学影像，有量测速度上的优越性。
但因入射光为高斯光束(Gaussian Beam)，光束截面有中央强、周围弱的不均匀特性(如图1所示)，造成所激发出来的化学影像会有严重的不均匀性，极易造成样品浓度辨识的误判，例如图2显示样品A及样品C的光谱反应并不等于样品B的光谱反应，因而限制了区域影像的发展，迫切需要能解决此不均匀问题的新方法。
已知的化学影像量测系统，有三种方式来克服激光光不均匀所引起的问题(1)利用光通过介质介面的斯涅耳(Snell)折射定律，使激光光束截面中央光强的部分在介质中发散快，而光束外围光强弱的部分在介质中发散慢。在光脱离介质后，即得到光强均匀的平顶(Flat-Top)光束，实际的元件如Powell Lens。但由于此元件研磨不易，只能做成二维的元件，因而仅能将激光光修正成均匀线光源，用途限制在线扫描的化学影像范围中，并无法应用到区域影像中。
(2)利用中央衰减强，周围衰减弱的特殊光衰减滤光片(NaturalDensity Filter)，使激光光通过后变成Flat-Top的形式。此设计虽可应用到区域影像形式的化学影像光谱系统，但元件的损坏阈值低，且会吸收光所带来的热，用途限制在低激光功率照明的萤光化学影像系统，无法应用到高激光功率照明的拉曼化学影像系统。
(3)利用高斯光束入射光学全像片(Holographic Optical Element)，此片已纪录高斯光束和Flat-Top的干涉图形，而可复原得到Fla-Top的光束。但受限于元件的能量转换效率低，且损坏阈值低，故应用在化学影像系统中的情况并不理想。综观以上方法，均无法有效应用到所有区域影像系统中，发明内容本发明的主要目的是在提供一种光均匀化的显微影像装置，以便能克服激光高斯光束所引起的区域影像不均匀的问题，以大幅增加区域影像的实用性，并建立一创新的快速且不失真的化学影像显微装置。
本发明的次要目的是在提供一种光均匀化的显微影像装置，以便能一制造容易、体积小、可耐高功率且能达到高能量转换效率。
为达成上述目的，本发明一种光均匀化的显微影像装置，其特征在于，主要包括一入射光源，是提供一入射光；一光绕射单元，是接收该入射光，并使得该入射光成为一均匀化入射光；一分光单元，是反射该均匀化入射光，并使得该均匀化入射光照射至少一样品，以供由该至少一样品激发一光信号，该光信号并能穿透该分光单元；以及一影像撷取单元，是接收穿透该分光单元的光信号，以获得该至少一样品的影像。
其中，该光绕射单元的表面为光滑连续面，且其中心厚度小于周缘厚度。
其中，该光绕射单元的形式是为阶梯状。
其中，该入射光为高斯光束，该光绕射单元是使得该入射光成为一平顶状波形的入射光。
其还包括一可调波长滤光单元，该可调波长滤光单元位于该分光单元与该影像撷取单元之间，以选择不同波长的侦测影像。
其中，该可调波长滤光单元是为液晶波长可调滤光器或声光波长可调滤光器。
其还包括一扩束单元，该扩束单元位于该光绕射单元与该分光单元之间，以对该均匀化入射光进行扩束处理。
其还包括一物镜单元，该物镜单元位于该分光单元与该至少一样品之间，以传递该侦测影像与改变放大倍率。
其中，该光绕射单元的材质是为可见光或红外光能穿透的材质。
其中，该光绕射单元的材质是为石英、压克力或硅。
其还包一滤光片，该滤光片位于该分光单元与该可调波长滤光单元之间，以避免该影像撷取单元侦测到该入射光。
其中，该滤光片是为高通滤光片。
其还包括一成像镜，该成像镜位于该可调波长滤光单元与该影像撷取单元之间，以供该成像镜将该侦测影像成像于该影像撷取单元。
其中，该影像撷取单元是为电荷耦合元件侦测器、影像加强电荷耦合元件侦测器、光二极管阵列侦测器或摄像管。
由于本发明构造新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请发明专利。


为进一步说明本发明的具体内容，以下结合实施例及附图对本发明作一详细的描述，其中图1是已知区域影像显微装置的照明与化学影像的示意图。
图2是已知区域影像显微装置所得到的样品光谱反应图。
图3是本发明一较佳实施例的显微影像装置示意图。
图4是本发明一较佳实施例的光绕射单元示意图。
图5是本发明一较佳实施例的显微影像装置所得到的化学影像图。
图6是本发明一较佳实施例的显微影像装置所得到样品的光谱反应图。
具体实施例方式
有关本发明的较佳实施例，是以侦测聚苯乙烯微球(Polystyrenemicro-sphere)来加以说明，敬请参照图1显示的示意图，其主要由入射光源1、光绕射单元2、扩束单元3、分光单元4、物镜单元5、滤光片6、可调波长滤光片7、成像镜8、影像撷取单元9、样品10及样品座11等构件所组成。
于本实施例中，入射光源1可为任何光源，较佳为发光二极管(LED)，最佳为激光二极管(LD)。光绕射单元2是为绕射元件，其材质可为任何可见光波长或红外光波长能穿透的材质，较佳为石英(Quartz)、压克力(PMMA)或硅(Si)，且光绕射单元2依据标量绕射理论来设计。样品10于本实施例中是为聚苯乙烯微球。分光单元4较佳为双色镜。滤光片6较佳为高通滤光片。可调波长滤光片7较佳为声光调变滤光器(AOTF)，最佳为液晶波长可调滤光器(LCTF)。影像撷取单元9较佳为电荷耦合元件(CCD)侦测器或其他阵列侦测器单元，例如影像加强电荷耦合元件侦测器(ICCD)、光二极管阵列侦测器(photodiode array，PDA)或摄像管(vidicon)。
入射光源1发射的激光，其波形如A1所示。此激光入射光绕射单元2，由于光绕射单元2的表面为光滑连续面，如图4的例子，光绕射元件中心厚度小于周缘厚度，使得入射光截面各位置的光，所经过元件的路径不同，在元件后形成破坏性和建设性干涉的能量重新分配，而成为一均匀化入射光，其波形形状是为平顶(Flat-Top)状，如A2所示。图4显示光绕射单元2的实体示意图。当然，光绕射单元2表面不一定为光滑连续面及中心薄旁边厚的形式，其亦可设计成其他型式，例如阶梯状。
均匀化入射光入射于扩束单元3，以成为一略为发散的光束，继而，透过分光单元4反射至物镜单元5而照射样品座11上的样品10，此样品包含A、B及C三等浓度的聚苯乙烯微球。样品10被略为扩散的均匀化入射光照射后，将激发出化学影像，反向散射光由物镜单元5收集，并导入分光单元4与滤光片6。滤光片6置于此处的目的，是避免入射光穿透成像镜8而被影像撷取单元9接收，造成影像撷取单元9的损坏或信号的干扰。
穿透滤光片6的化学影像将再入射可调波长滤光片7。可调波长滤光片7于本实施例中采用LCTF，其可利用偏压来改变此晶体极化，以快速改变带通(Bandpass)中心波长。例如可设定中心波长为510nm、520nm、530nm、…、600nm等不同波长，以过滤出各个不同波长的化学影像信号。当化学影像通过可调波长滤光片7后，将透过成像镜8成像在影像撷取单元9上，而得到一均匀的化学影像，如图5所示，即视野内样品10中央样品(B)处及周围样品(A及C)处光谱反应均相同，如图6所示，即样品10上各处的光谱反应均相同。
由以上的说明可知，本发明主要在入射光源发射激光光束后，先经过一光绕射单元，以使得原本为高斯光束的激光光成为一平顶的均匀化入射光，继而再透过分光单元与物镜单元照射样品座上的样品，样品被光束照射后将激起化学影像而由物镜单元收集，再经过分光单元及一可调波长滤光单元，最后由成像镜成像在影像撷取单元上，由影像撷取单元撷取影像。此设计能克服激光高斯光束所引起的区域影像不均匀的问题，以大幅增加区域影像的实用性，并建立一创新的快速且不失真的化学影像显微装置。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种光均匀化的显微影像装置，其特征在于，主要包括一入射光源，是提供一入射光；一光绕射单元，是接收该入射光，并使得该入射光成为一均匀化入射光；一分光单元，是反射该均匀化入射光，并使得该均匀化入射光照射至少一样品，以供由该至少一样品激发一光信号，该光信号并能穿透该分光单元；以及一影像撷取单元，是接收穿透该分光单元的光信号，以获得该至少一样品的影像。
2.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该光绕射单元的表面为光滑连续面，且其中心厚度小于周缘厚度。
3.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该光绕射单元的形式是为阶梯状。
4.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该入射光为高斯光束，该光绕射单元是使得该入射光成为一平顶状波形的入射光。
5.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其还包括一可调波长滤光单元，该可调波长滤光单元位于该分光单元与该影像撷取单元之间，以选择不同波长的侦测影像。
6.如权利要求2所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该可调波长滤光单元是为液晶波长可调滤光器或声光波长可调滤光器。
7.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其还包括一扩束单元，该扩束单元位于该光绕射单元与该分光单元之间，以对该均匀化入射光进行扩束处理。
8.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其还包括一物镜单元，该物镜单元位于该分光单元与该至少一样品之间，以传递该侦测影像与改变放大倍率。
9.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该光绕射单元的材质是为可见光或红外光能穿透的材质。
10.如权利要求9所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该光绕射单元的材质是为石英、压克力或硅。
11.如权利要求4所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其还包一滤光片，该滤光片位于该分光单元与该可调波长滤光单元之间，以避免该影像撷取单元侦测到该入射光。
12.如权利要求9所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该滤光片是为高通滤光片。
13.如权利要求4所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其还包括一成像镜，该成像镜位于该可调波长滤光单元与该影像撷取单元之间，以供该成像镜将该侦测影像成像于该影像撷取单元。
14.如权利要求1所述的光均匀化的显微影像装置，其特征在于，其中，该影像撷取单元是为电荷耦合元件侦测器、影像加强电荷耦合元件侦测器、光二极管阵列侦测器或摄像管。
全文摘要
本发明是有关于一种光均匀化的显微影像装置，其主要是在入射光源与分光单元之间置放一光绕射单元，以使得入射光源所提供的入射光成为一均匀化入射光，该均匀化入射光经由分光单元以大面积照射样品，由样品激发出来的光信号透射分光单元，继而透射滤光片，而被影像撷取单元接收获得该样品的影像。
文档编号G01N21/64GK1515923SQ0310090
公开日2004年7月28日 申请日期2003年1月2日 优先权日2003年1月2日
发明者王浩伟, 叶迎春, 柯俊宏 申请人:财团法人工业技术研究院