數(shù)字全像顯微鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露一種數(shù)字全像顯微鏡，包含光源、光柵、影像感測裝置與光學(xué)模塊。光源用以提供光束。光柵置于光源與待測物之間，用以將光束分為參考光與物光。影像感測裝置用以收集參考光以及自待測物反射的物光。光學(xué)模塊置于光源與待測物之間，用以將參考光導(dǎo)引至影像感測裝置，且將物光導(dǎo)引至待測物。
【專利說明】數(shù)字全像顯微鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明是有關(guān)于一種數(shù)字全像顯微鏡。

【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字全像顯微鏡的原理是利用兩道光束的干涉條紋，以記錄待測物的外觀。詳細(xì)而言，一道光束(下稱物光)打至待測物上，自待測物反射的物光被導(dǎo)引至影像感測裝置，并與一參考光產(chǎn)生干涉條紋。此干涉條紋被影像感測裝置記錄下后，可被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理，而處理過后即可推算出待測物的外觀。
[0003]請參照圖1，其繪示已知的一種數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。數(shù)字全像顯微鏡包含光源910、分光鏡(beam splitter) 920、影像感測裝置930、承載基板940與反射鏡950。承載基板940用以承載待測物300。首先光源910發(fā)出的光束912在通過分光鏡920后，即分成參考光914與物光916。物光916穿過承載基板940后打至待測物300，接著反射至影像感測裝置930。另一方面參考光914打至反射鏡950，接著被反射回分光鏡920，分光鏡920再將參考光914反射至影像感測裝置。然而在本已知方式中，分光鏡920需置于待測物300與影像感測裝置930之間，且分光鏡920需與影像感測裝置930的收光面932傾斜一角度(例如45度)，如此一來待測物300與影像感測裝置930之間必須間隔一距離h，因此增加了顯微鏡本身的尺寸，以至于無法將數(shù)字全像顯微鏡微型化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此本發(fā)明的一方面提供一種數(shù)字全像顯微鏡，主要利用光柵取代分光鏡，通過調(diào)整光柵的位置或改變與影像感測裝置的收光面的夾角，而使數(shù)字全像顯微鏡的尺寸得以縮小。
[0005]一種數(shù)字全像顯微鏡包含光源、光柵、影像感測裝置與光學(xué)模塊。光源用以提供光束。光柵置于光源與待測物之間，用以將光束分為參考光與物光。影像感測裝置用以收集參考光以及自待測物反射的物光。光學(xué)模塊置于光源與待測物之間，用以將參考光導(dǎo)引至影像感測裝置，且將物光導(dǎo)引至待測物。
[0006]在一或多個實施方式中，光學(xué)模塊具有測量區(qū)與非測量區(qū)，待測物置于測量區(qū)。物光穿透光學(xué)模塊的測量區(qū)而打至待測物，且參考光打至光學(xué)模塊的非測量區(qū)而反射至影像感測裝置。
[0007]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含光強調(diào)制元件，置于光柵與光學(xué)模塊之間。光強調(diào)制元件用以調(diào)制物光與參考光其中一者的光強度。
[0008]在一或多個實施方式中，光柵與光強調(diào)制兀件共同組成主動式分光兀件。
[0009]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含疏水材質(zhì)層，覆蓋光學(xué)模塊面向待測物的一側(cè)的非測量區(qū)的至少一部分，且圍繞測量區(qū)。
[0010]在一或多個實施方式中，光學(xué)模塊具有凹槽，位于光學(xué)模塊面向待測物的一側(cè)的測量區(qū)。
[0011]在一或多個實施方式中，光學(xué)模塊與光柵共同形成具有繞射圖案的全像光學(xué)元件。
[0012]在一或多個實施方式中，全像光學(xué)兀件的繞射效率小于20%且大于0.1%。
[0013]在一或多個實施方式中，全像光學(xué)元件與影像感測裝置的收光面大致平行。
[0014]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含光強調(diào)制元件，置于全像光學(xué)元件與待測物之間。光強調(diào)制元件用以調(diào)制物光的光強度。
[0015]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含至少一反射側(cè)壁，置于全像光學(xué)元件與影像感測裝置之間。反射側(cè)壁用以將自待測物反射的物光導(dǎo)引至影像感測裝置。
[0016]在一或多個實施方式中，反射側(cè)壁與全像光學(xué)元件的法線之間具有一夾角，且夾角的范圍大于O度并小于或等于60度。
[0017]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含載板，用以承載待測物。
[0018]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含疏水材質(zhì)層，覆蓋載板面向待測物的一側(cè)的至少一部分，且圍繞待測物。
[0019]在一或多個實施方式中，載板具有凹槽，用以容納待測物。
[0020]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含透鏡，置于光源與光學(xué)模塊之間。
[0021]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含反射元件，置于光源與光學(xué)模塊之間。
[0022]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含導(dǎo)引介質(zhì)，置于光學(xué)模塊與影像感測裝置之間。導(dǎo)引介質(zhì)具有一導(dǎo)引面。
[0023]在一或多個實施方式中，影像感測裝置為電荷耦合元件或互補金屬氧化物半導(dǎo)體。
[0024]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡還包含反射蓋，置于待測物相對于光學(xué)模塊的一側(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1繪示已知的一種數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0026]圖2繪示依照本發(fā)明第一實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0027]圖3繪示本發(fā)明一實施方式的待測物與光學(xué)模塊的局部示意圖；
[0028]圖4繪示本發(fā)明另一實施方式的待測物與光學(xué)模塊的局部示意圖；
[0029]圖5繪示本發(fā)明再一實施方式的待測物與光學(xué)模塊的局部示意圖；
[0030]圖6繪示本發(fā)明第二實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0031]圖7A繪示本發(fā)明第三實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0032]圖7B繪示圖7A的導(dǎo)引介質(zhì)與影像感測裝置的上視圖；
[0033]圖8繪示本發(fā)明第四實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0034]圖9A繪示本發(fā)明第五實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0035]圖9B繪示圖9A的反射側(cè)壁與影像感測裝置的上視圖；
[0036]圖10繪示本發(fā)明一實施方式的待測物與載板的局部示意圖；
[0037]圖11繪示本發(fā)明又一實施方式的待測物與載板的局部示意圖；
[0038]圖12繪示本發(fā)明再一實施方式的待測物與載板的局部示意圖；
[0039]圖13繪示本發(fā)明第六實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0040]圖14A繪示本發(fā)明第七實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖；
[0041]圖14B繪示圖14A的導(dǎo)引介質(zhì)與影像感測裝置的上視圖；
[0042]圖15繪示本發(fā)明第八實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。

【具體實施方式】
[0043]以下將以附圖揭露本發(fā)明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應(yīng)了解到，這些實務(wù)上的細(xì)節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實施方式中，這些實務(wù)上的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡化附圖起見，一些已知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。
[0044]圖2繪示依照本發(fā)明第一實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。數(shù)字全像顯微鏡包含光源110、光柵120、影像感測裝置130與光學(xué)模塊140。光源110提供光束112。光柵120置于光源110與待測物300之間，用以將光束112分為參考光114與物光116。影像感測裝置130用以收集參考光114以及自待測物300反射的物光116。光學(xué)模塊140置于光源110與待測物300之間，用以將參考光114導(dǎo)引至影像感測裝置130，且將物光116導(dǎo)引至待測物300。
[0045]詳細(xì)而言，光源110例如可為激光，然而本發(fā)明并不以此為限。光源110發(fā)出的光束112首先到達光柵120。光束112通過光柵120的分光作用而在空間上分為至少兩道光束，其中可選擇兩道光束作為參考光114與物光116。參考光114與物光116分別沿著不同的路徑而到達光學(xué)模塊140。在本實施方式中，光學(xué)模塊140具有測量區(qū)I與非測量區(qū)II，而待測物300置于光學(xué)模塊140相對于光源110的一側(cè)面142，且位于光學(xué)模塊140的測量區(qū)I中。物光116自光學(xué)模塊140的另一側(cè)面144射入，到達光學(xué)模塊140的測量區(qū)I，穿透光學(xué)模塊140后打至待測物300。因此自待測物300反射的物光116則再度穿透光學(xué)模塊140，接著到達影像感測裝置130。另一方面，到達光學(xué)模塊140的參考光114會打至光學(xué)模塊140的非測量區(qū)II，而被光學(xué)模塊140反射至影像感測裝置130。因此到達影像感測裝置130的參考光114與物光116便能夠干涉以形成干涉圖案。此干涉圖案則被影像感測裝置130記錄下來，之后可被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理。而處理過后即可推算出待測物300的外觀，以產(chǎn)生待測物300的影像。
[0046]本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，因由光柵120代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字全像顯微鏡的分光鏡，待測物300與影像感測裝置130之間不必再容納具傾斜角的分光鏡，因此待測物300與影像感測裝置130之間的距離H即可小于傳統(tǒng)的數(shù)字全像顯微鏡的距離h(如圖1所標(biāo)示)。如此一來，因本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡整體的尺寸得以縮小，因此有助于數(shù)字全像顯微鏡的微型化，對于觀測微小的待測物較具有優(yōu)勢。
[0047]在本實施方式中，光柵120為穿透式光柵。當(dāng)光束112通過光柵120后會產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，且主要產(chǎn)生一道零階的繞射光與二道一階的繞射光，其中可選擇任兩道繞射光分別作為參考光114與物光116。
[0048]另外，本實施方式的光學(xué)模塊140可具有承載待測物300的功能，即待測物300可置于光學(xué)模塊的側(cè)面142。光學(xué)模塊140可為透明板，例如為玻璃板或塑膠板，因此物光116可穿透透明板而打至待測物300上。另一方面，參考光114在自光學(xué)模塊140 (即透明板)的側(cè)面144進入后，到達光學(xué)模塊140的另一側(cè)面142。因透明板與周遭環(huán)境(在本實施方式中為空氣)的折射率的差異，使得部分的參考光114得以被側(cè)面142反射。此部分的參考光114則再度通過光學(xué)模塊140而到達影像感測裝置130。更甚者，為了增加參考光114于側(cè)面142的反射量，一反射層可選擇性地置于光學(xué)模塊140的側(cè)面142，例如是以鍍膜的方式將反射層鍍于光學(xué)模塊140上，且反射層僅覆蓋光學(xué)模塊140的非測量區(qū)II。因此到達影像感測裝置130的參考光114的強度可增加，同時不影響物光116于光學(xué)模塊140的測量區(qū)I的穿透量。
[0049]在一或多個實施方式中，影像感測裝置130例如可為電荷耦合元件(Charge-Coupled Device ；CCD)或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor ；CM0S),然而本發(fā)明不以此為限。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，應(yīng)視實際需要，彈性選擇影像感測裝置130的種類。
[0050]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含透鏡150，置于光源110與光學(xué)模塊140之間。透鏡150可將參考光114與物光116發(fā)散成球面波,其中具球面波的參考光114可涵蓋較多方向的光，而具球面波的物光116可放大與參考光114所形成的干涉條紋，即干涉條紋的條紋寬度會較寬，以利于后續(xù)的數(shù)字信號處理。另外雖然在本實施方式中，透鏡150置于光柵120與光學(xué)模塊140之間，即光束112先被分為參考光114與物光116后，參考光114與物光116再一并通過透鏡150。然而在其他實施方式中，透鏡150也可置于光源110與光柵120之間，即光束112先形成球面波后，再通過光柵120而分成參考光114與物光116。另一方面，雖然圖1所繪的透鏡150為凸透鏡，然而本發(fā)明不以此為限。在其他的實施方式中，透鏡150亦可為凹透鏡。
[0051]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160，置于光柵120與光學(xué)模塊140之間，用以調(diào)制參考光114與物光116其中一者的光強度。為了得到品質(zhì)較好的干涉圖案，到達影像感測裝置130的參考光114與物光116的光強度需互相配合。因此在本實施方式中，光強調(diào)制元件160可置于物光116的行經(jīng)路徑上。如此一來，SP可以到達影像感測裝置130的參考光114為基準(zhǔn)，調(diào)制物光116的光強度，使得影像感測裝置130所測得的參考光114與物光116的光強度相匹配，以得到較佳品質(zhì)的干涉圖案。然而在其他的實施方式中，光強調(diào)制元件160亦可置于參考光114的行經(jīng)路徑上。如此一來，即可以到達影像感測裝置130的物光116為基準(zhǔn)，調(diào)制參考光114的光強度。
[0052]上述的光強調(diào)制元件160可包含液晶光偏振調(diào)制器與至少一偏振片。舉例而言，光束112具有一特定的偏振方向，其偏振方向由兩互相正交的偏振態(tài)所組成,此兩偏振態(tài)具有不同或相同的分量。而液晶光偏振調(diào)制器可用以改變光束的兩正交的偏振態(tài)的分量，即光束的偏振方向在經(jīng)過液晶光偏振調(diào)制器后可能會改變，其中光束的偏振方向會隨著提供至液晶光偏振調(diào)制器的電壓不同而不同。另外偏振片用以選取特定偏振方向的光。詳細(xì)而言，在本實施方式中，當(dāng)光束112的兩正交的偏振態(tài)組成特定的偏振方向時，通過光強調(diào)制元件160的物光116或參考光114亦具有該偏振方向。以物光116為例，首先物光116進入液晶光偏振調(diào)制器后，其偏振方向可被改變。之后物光116通過偏振片后,一部分的物光116即被偏振片濾除，而當(dāng)提供至液晶光偏振調(diào)制器的電壓不同時，被偏振片所濾除的光強度也不同。另外，若光束112不具有特定的偏振態(tài)時，物光116或參考光114在通過液晶偏振調(diào)制器前，可先通過另一偏光片，使得物光116或參考光114先成為偏振光后再進入液晶偏振調(diào)制器。
[0053]應(yīng)注意的是，雖然上述的光強調(diào)制元件160是由偏振方向而控制光強度，然而在其他實施方式中，光強調(diào)制元件160亦可為光強度衰減片，本發(fā)明不以此為限。
[0054]在一或多個實施方式中，上述的光柵120與光強調(diào)制元件160可結(jié)合成一主動式分光元件，即當(dāng)光束112通過主動式分光元件后，不但可經(jīng)過繞射而形成參考光114與物光116,亦可同時調(diào)整參考光114與物光116的光強比例。此一主動式分光兀件可以為聲光調(diào)制器(Acousto-Optic Modulator ;Α0Μ),然而本發(fā)明不以此為限。
[0055]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含反射蓋170，置于待測物300相對于光學(xué)模塊140的一側(cè)。當(dāng)待測物300為一透明物質(zhì)時，到達待測物300的一部分的物光116 (如圖1的虛線箭頭路徑所示)會穿透待測物300。而反射蓋170可將這部分的物光116反射回影像感測裝置130，以增強物光116的光強度。另外反射蓋170可為平坦的反射面，也可為粗糙的反射面。其中當(dāng)反射蓋170為粗糙的反射面時，反射后的物光116會存在大角度照射光，可使物光116在影像感測裝置130上，與參考光114形成較寬的干涉條紋，以獲得更多待測物300的細(xì)節(jié)。
[0056]接著請參照圖3，其繪示本發(fā)明一實施方式的待測物300與光學(xué)模塊140的局部示意圖。在一或多個實施方式中，當(dāng)待測物300處于液態(tài)時，用以承載待測物300的光學(xué)模塊140可具有一凹槽146，位于光學(xué)模塊140的側(cè)面142的測量區(qū)I。凹槽146即可容納待測物 300。
[0057]然而凹槽146并不限于圖3的結(jié)構(gòu)。接著請參照圖4，其繪示本發(fā)明另一實施方式的待測物300與光學(xué)模塊140的局部示意圖。光學(xué)模塊140具有一凸出部148，位于光學(xué)模塊140的側(cè)面142，且凸出部148圍繞光學(xué)模塊140的測量區(qū)I，以形成凹槽146。凹槽146即可容納待測物300。
[0058]接著請參照圖5，其繪示本發(fā)明再一實施方式的待測物300與光學(xué)模塊140的局部示意圖。在本實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含疏水材質(zhì)層105，覆蓋光學(xué)模塊140的側(cè)面142的非測量區(qū)II的至少一部分，且圍繞測量區(qū)I。如此一來，呈液體狀的待測物300即可被疏水材質(zhì)層105局限于測量區(qū)I中。
[0059]接著請參照圖6，其繪示本發(fā)明第二實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。第二實施方式與第一實施方式的不同處在于反射兀件180,置于光源110與光學(xué)模塊140之間。反射兀件180用以改變參考光114與物光116的傳播方向。換言之，加入反射兀件180后，光柵120與光源110便可移至反射元件180相對于影像感測裝置130的另一側(cè)。因此相較于第一實施方式，本實施方式的待測物300與影像感測裝置130之間的距離H又可再進一步縮小,且本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡亦可容納體積較大的光源110。
[0060]另外，雖然本實施方式的透鏡150位于反射元件180與光學(xué)模塊140之間，然而在其他的實施方式中，透鏡150亦可置于反射元件180與光柵120之間，亦或者置于光柵120與光源110之間，本發(fā)明不以此為限。
[0061]另一方面,雖然在圖6中未繪不,然而本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160與/或反射蓋170 (皆如圖1所繪示)。至于第二實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，其余的細(xì)節(jié)皆與第一實施方式相同，因此便不再贅述。
[0062]請參照圖7A，其繪示本發(fā)明第三實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。第三實施方式與第一實施方式的不同處在于導(dǎo)引介質(zhì)190，置于光學(xué)模塊140與影像感測裝置130之間。導(dǎo)引介質(zhì)190的材質(zhì)例如可為玻璃或塑膠，本發(fā)明不以此為限。導(dǎo)引介質(zhì)190具有一導(dǎo)引面192，用以將參考光114與物光116導(dǎo)引至光學(xué)模塊140。此導(dǎo)引面192的作用與第二實施方式的反射兀件180相似，皆用以改變參考光114與物光116的傳播方向，差別在于本實施方式的導(dǎo)引面192是以折射的方束改變參考光114與物光116的傳播方向。因此相較于第一實施方式，本實施方式的待測物300與影像感測裝置130之間的距離H亦可進一步縮小。
[0063]在本實施方式中，導(dǎo)引介質(zhì)190與光學(xué)模塊140之間存在一間隙198,此間隙198例如為空氣間隙。然而在其他的實施方式中，導(dǎo)引介質(zhì)190也可與光學(xué)模塊140—體成型，即導(dǎo)引介質(zhì)190與光學(xué)模塊140之間不存在間隙198，以增加參考光114與物光116到達光學(xué)模塊140的強度，然而本發(fā)明不以此為限。
[0064]接著請同時參照參照圖7A與圖7B，其中圖7B繪示圖7A的導(dǎo)引介質(zhì)190與影像感測裝置130的上視圖，而圖7A是沿圖7B的線段A-A的剖面圖。因為折射率的不同，導(dǎo)引介質(zhì)190的側(cè)面199可增加光束的反射率。換句話說，自光學(xué)模塊140反射的參考光114與物光116，在經(jīng)過導(dǎo)引介質(zhì)190的側(cè)面199的反射后，可增加到達影像感測裝置130的光強度。因此，影像感測裝置130于導(dǎo)引介質(zhì)190的垂直投影可與導(dǎo)引介質(zhì)190的底面191實質(zhì)重合，而具導(dǎo)引面192的部分導(dǎo)引介質(zhì)190則可設(shè)計成凸出狀。
[0065]另外，雖然本實施方式的透鏡150位于導(dǎo)引介質(zhì)190的導(dǎo)引面192與光柵120之間，然而在其他實施方式中，透鏡150亦可置于光柵120與光源110之間，本發(fā)明不以此為限。另一方面，雖然在圖7A中未繪示，然而本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160與/或反射蓋170 (皆如圖1所繪示)。至于第三實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，其余的細(xì)節(jié)皆與第一實施方式相同，因此便不再贅述。
[0066]請參照圖8，其繪示本發(fā)明第四實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。第四實施方式與第三實施方式的不同處在于導(dǎo)引介質(zhì)190的形狀。在本實施方式中，導(dǎo)引介質(zhì)190具有導(dǎo)引面194，用以將參考光114與物光116導(dǎo)引至光學(xué)模塊140。此導(dǎo)引面194的作用與第二實施方式的反射兀件180相同，皆用以通過反射的方式而改變參考光114與物光116的傳播方向。因此相較于第一實施方式，本實施方式的待測物300與影像感測裝置130之間的距離H亦可進一步縮小，且本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡亦可容納體積較大的光源110。
[0067]另外，在一或多個實施方式中，導(dǎo)引介質(zhì)190亦可具有一曲面196。曲面196的作用與第三實施方式的透鏡150 (如圖7A所繪示)相同，皆用以使得參考光114與物光116皆發(fā)散為球面波。另外，雖然圖8的曲面196往導(dǎo)引介質(zhì)190的內(nèi)部凹陷，然而在其他實施方式中，曲面196亦可為往導(dǎo)引介質(zhì)190的外側(cè)凸出，本發(fā)明并不以此為限。而在本實施方式中，除了導(dǎo)引面196的形狀不同外，導(dǎo)引介質(zhì)190的上視圖可與圖7B相同。
[0068]另一方面，雖然在圖8中未繪示，然而本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160與/或反射蓋170 (皆如圖1所繪示)。至于第四實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，其余的細(xì)節(jié)皆與第三實施方式相同，因此便不再贅述。
[0069]接著請參照圖9A，其繪示本發(fā)明第五實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。第五實施方式與第一實施方式的差異在于光柵與光學(xué)模塊。在本實施方式中，光柵與光學(xué)模塊共同形成具有繞射圖案的全像光學(xué)元件210。換言之，全像光學(xué)元件210不但能夠?qū)⒐馐?12分為參考光114與物光116，且能夠?qū)⒖脊?14導(dǎo)引至影像感測裝置130，并將物光116導(dǎo)引至待測物300。
[0070]詳細(xì)而言，光源110發(fā)出的光束112首先到達全像光學(xué)元件210。其中全像光學(xué)元件210由照射待測物300的物光116與參考光114，于全像光學(xué)元件210的全像儲存材質(zhì)中干涉且儲存而成。因此一部分的光束112會在全像光學(xué)元件210上繞射，產(chǎn)生參考光114后，被全像光學(xué)元件210反射至影像感測裝置130。另一部分的光束112會穿透全像光學(xué)元件210，而打至待測物300上，此部分的光束112則為物光116。自待測物300反射的物光116會再度穿透全像光學(xué)元件210，接著到達影像感測裝置130。因此到達影像感測裝置130的參考光114與物光116便能夠干涉以形成干涉圖案。此干涉圖案則被影像感測裝置130記錄下來，之后可被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理，而處理過后即可推算出待測物300的外觀，以產(chǎn)生待測物300的影像。
[0071]在一或多個實施方式中，全像光學(xué)兀件210的繞射效率小于20%且大于0.1%,因此大部分的光束112可穿透全像光學(xué)元件210而形成物光116，藉此增加物光116的強度。
[0072]在本實施方式中，全像光學(xué)元件210與影像感測裝置130的收光面132可大致平行，因此待測物300與影像感測裝置130之間的距離H即可小于傳統(tǒng)的數(shù)字全像顯微鏡的距離h (如圖1所標(biāo)示)。如此一來，因本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡整體的尺寸得以縮小，因此有助于數(shù)字全像顯微鏡的微型化，對于觀測微小的待測物較具有優(yōu)勢。
[0073]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160，置于全像光學(xué)元件210與待測物300之間，用以調(diào)制物光116的光強度。為了得到品質(zhì)較好的干涉圖案，到達影像感測裝置130的參考光114與物光116的光強度需互相配合。因此在本實施方式中，光強調(diào)制元件160可置于物光116的行經(jīng)路徑上。如此一來，即可以到達影像感測裝置130的參考光114為基準(zhǔn)，調(diào)制物光116的光強度，使得影像感測裝置130所測得的參考光114與物光116的光強度相匹配，以得到較佳品質(zhì)的干涉圖案。
[0074]接著請同時參照圖9A與圖9B，其中圖9B繪示圖9A的反射側(cè)壁230與影像感測裝置130的上視圖，而圖9A是沿圖9B的線段A-A的剖面圖。在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含至少一反射側(cè)壁230，置于全像光學(xué)元件210與影像感測裝置130之間。反射側(cè)壁230用以將自待測物300反射的物光116導(dǎo)引至影像感測裝置130。詳細(xì)而言，自待測物300反射的物光116，當(dāng)待測物300的空間頻率越高，物光116的對應(yīng)角頻譜越高，散射角度就越大，即越高空間頻率的物光116，反射至影像感測裝置130的強度就越低。因此反射側(cè)壁230可幫助具高空間頻率的物光116被反射至影像感測裝置130。更甚者，影像感測裝置130的收光面132可毗鄰反射側(cè)壁230相對于全像光學(xué)元件210的一側(cè)，且除了靠近光源110的位置外，反射側(cè)壁230可環(huán)繞收光面132設(shè)置，以較有效率地收集自待測物300反射的物光116。其中反射側(cè)壁230與全像光學(xué)元件210的法線212之間具有夾角Θ，且0〈 Θ蘭60度。
[0075]接著請回到圖9A。在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含透鏡150，置于全像光學(xué)兀件210與光源110之間。透鏡150可將光束112發(fā)散成球面波,藉此放大干涉條紋的條紋寬度，以利于后續(xù)的數(shù)字信號處理。更進一步地，透鏡150可通過調(diào)整其橫向位置，以改變光束112射向全像光學(xué)元件210的角度，其中橫向定義為全像光學(xué)元件210的延伸方向。另一方面，雖然圖9A所繪的透鏡150為凸透鏡，然而本發(fā)明不以此為限。在其他的實施方式中，透鏡150亦可為凹透鏡。
[0076]在一或多個實施方式中，數(shù)字全像顯微鏡可還包含一載板220，用以承載待測物300。因此自全像光學(xué)元件210射出的物光116會穿透載板220而到達待測物300。而自待測物300反射的物光116亦會再度穿透載板220而射向全像光學(xué)元件210。因此載板220可為透明載板，其材質(zhì)例如可為玻璃或塑膠，本發(fā)明并不以此為限。
[0077]另一方面，本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡亦可還包含反射蓋170，置于待測物300相對于全像光學(xué)元件210的一側(cè)。至于第五實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，其余的細(xì)節(jié)皆與第一實施方式相同，因此便不再贅述。
[0078]接著請參照圖10，其繪示本發(fā)明一實施方式的待測物300與載板220的局部示意圖。在一或多個實施方式中，當(dāng)待測物300處于液態(tài)時，用以承載待測物300的載板220可具有一凹槽226，位于載板220面向待測物300的側(cè)面222。凹槽226即可容納待測物300。
[0079]然而凹槽226并不限于圖10的結(jié)構(gòu)。接著請參照圖11，其繪示本發(fā)明另一實施方式的待測物300與載板220的局部示意圖。載板220具有一凸出部228，位于載板220的側(cè)面222，且凸出部228定義出凹槽226。凹槽226即可容納待測物300。
[0080]接著請參照圖12，其繪示本發(fā)明再一實施方式的待測物300與載板220的局部示意圖。在本實施方式中,數(shù)字全像顯微鏡可還包含疏水材質(zhì)層205，覆蓋載板220的側(cè)面222的至少一部分，且圍繞定義出一測量區(qū)207。如此一來，呈液體狀的待測物300即可被疏水材質(zhì)層205局限于測量區(qū)207中。
[0081]接著請參照圖13，其繪示本發(fā)明第六實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。第六實施方式與第五實施方式的不同處在于反射元件180，置于光源110與全像光學(xué)元件210之間。反射元件180用以改變光束112的傳播方向。換言之，加入反射元件180后，光源110便可移至反射元件180相對于影像感測裝置130的另一側(cè)，因此本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡可容納較大體積的光源110。
[0082]另外，雖然本實施方式的透鏡150位于反射元件180與光源110之間，然而在其他的實施方式中，透鏡150亦可置于反射元件180與全像光學(xué)元件210之間，本發(fā)明不以此為限。
[0083]另一方面，雖然在圖13中未繪示，然而本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160、反射蓋170與/或反射側(cè)壁230 (皆如第9圖所繪示)。至于第六實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，其余的細(xì)節(jié)皆與第五實施方式相同，因此便不再贅述。
[0084]請參照圖14A，其繪示本發(fā)明第七實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。第七實施方式與第五實施方式的不同處在于導(dǎo)引介質(zhì)240，置于全像光學(xué)元件210與影像感測裝置130之間。導(dǎo)引介質(zhì)240的材質(zhì)例如可為玻璃或塑膠，本發(fā)明不以此為限。導(dǎo)引介質(zhì)240具有一導(dǎo)引面242，用以將光束112導(dǎo)引至全像光學(xué)元件210。此導(dǎo)引面242的作用與第六實施方式的反射兀件180相似，皆用以改變光束112的傳播方向，差別在于本實施方式的導(dǎo)引面242是以折射的方束改變光束112的傳播方向。如此一來，本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡亦可容納較大的光源110。
[0085]接著請同時參照圖14A與圖14B，其中圖14B繪示圖14A的導(dǎo)引介質(zhì)240與影像感測裝置130的上視圖，而圖14A是沿圖14B的線段A-A的剖面圖。在本實施方式中，導(dǎo)引介質(zhì)240還具有反射側(cè)面248，用以將自待測物300反射的物光116導(dǎo)引至影像感測裝置130。此反射側(cè)面248的作用與第五實施方式的反射側(cè)壁230相同。而反射側(cè)面248與全像光學(xué)元件210的法線212也具有一具有夾角Θ，且0〈θ =60度。另外，影像感測裝置130于導(dǎo)引介質(zhì)240的垂直投影可與導(dǎo)引介質(zhì)240的底面241實質(zhì)重合，而具導(dǎo)引面242的部分導(dǎo)引介質(zhì)240則可設(shè)計成凸出狀。
[0086]另一方面，雖然在圖14Α中未繪示，然而本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160與/或反射蓋170 (皆如圖9Α所繪示)。至于第七實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，其余的細(xì)節(jié)皆與第五實施方式相同，因此便不再贅述。
[0087]請參照圖15，其繪示本發(fā)明第八實施方式的數(shù)字全像顯微鏡的示意圖。第八實施方式與第七實施方式的不同處在于導(dǎo)引介質(zhì)240的形狀。在本實施方式中，導(dǎo)引介質(zhì)240具有導(dǎo)引面244，用以將光束112導(dǎo)引至全像光學(xué)元件210。此導(dǎo)引面244的作用與第六實施方式的反射兀件180相同，皆用以通過反射的方式而改變光束112的傳播方向。
[0088]另外，在一或多個實施方式中，導(dǎo)引介質(zhì)240亦可具有一曲面246。曲面246的作用與第七實施方式的透鏡150 (如圖14Α所繪示)相同，皆用以使得光束112皆發(fā)散為球面波。另外，雖然圖15的曲面246往導(dǎo)引介質(zhì)240的內(nèi)部凹陷，然而在其他實施方式中，曲面246亦可為往導(dǎo)引介質(zhì)240的外側(cè)凸出，本發(fā)明并不以此為限。而在本實施方式中，除了導(dǎo)引面240的形狀不同外，導(dǎo)引介質(zhì)240的上視圖可與圖14Β相同。
[0089]另一方面，雖然在圖15中未繪示，然而本實施方式的數(shù)字全像顯微鏡可還包含光強調(diào)制元件160與/或反射蓋170 (皆如圖9Α所繪示)。至于第八實施方式的數(shù)字全像顯微鏡，其余的細(xì)節(jié)皆與第七實施方式相同，因此便不再贅述。
[0090]雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，包含: 一光源，用以提供一光束； 一光柵，置于該光源與一待測物之間，用以將該光束分為一參考光與一物光； 一影像感測裝置，用以收集該參考光以及自該待測物反射的該物光；以及 一光學(xué)模塊，置于該光源與該待測物之間，用以將該參考光導(dǎo)引至該影像感測裝置，且將該物光導(dǎo)引至該待測物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該光學(xué)模塊具有一測量區(qū)與一非測量區(qū)，該待測物置于該測量區(qū)，該物光穿透該光學(xué)模塊的該測量區(qū)而打至該待測物，且該參考光打至該光學(xué)模塊的該非測量區(qū)而反射至該影像感測裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一光強調(diào)制元件，置于該光柵與該光學(xué)模塊之間，該光強調(diào)制兀件用以調(diào)制該物光與該參考光其中一者的光強度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該光柵與該光強調(diào)制元件共同組成一主動式分光元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一疏水材質(zhì)層，覆蓋該光學(xué)模塊面向該待測物的一側(cè)的該非測量區(qū)的至少一部分，且圍繞該測量區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字全像顯微鏡,其特征在于,該光學(xué)模塊具有一凹槽,位于該光學(xué)模塊面向該待測物的一側(cè)的該測量區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該光學(xué)模塊與該光柵共同形成一具有繞射圖案的全像光學(xué)元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該全像光學(xué)元件的繞射效率小于20%且大于0.1%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該全像光學(xué)元件與該影像感測裝置的一收光面平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一光強調(diào)制元件，置于該全像光學(xué)元件與該待測物之間，該光強調(diào)制元件用以調(diào)制該物光的光強度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含至少一反射側(cè)壁，置于該全像光學(xué)元件與該影像感測裝置之間，該反射側(cè)壁用以將自該待測物反射的該物光導(dǎo)引至該影像感測裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該反射側(cè)壁與該全像光學(xué)元件的法線之間具有一夾角，且該夾角的范圍大于O度并小于或等于60度。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一載板，用以承載該待測物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一疏水材質(zhì)層，覆蓋該載板面向該待測物的一側(cè)的至少一部分，且圍繞該待測物。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該載板具有一凹槽，該凹槽用以容納該待測物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一透鏡，置于該光源與該光學(xué)模塊之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一反射元件，置于該光源與該光學(xué)模塊之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一導(dǎo)引介質(zhì)，置于該光學(xué)模塊與該影像感測裝置之間，該導(dǎo)引介質(zhì)具有一導(dǎo)引面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，該影像感測裝置為一電荷耦合元件或一互補金屬氧化物半導(dǎo)體。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全像顯微鏡，其特征在于，還包含一反射蓋，置于該待測物相對于該光學(xué)模塊的一側(cè)。
【文檔編號】G02B21/18GK104166228SQ201310180813
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】孫慶成, 余業(yè)緯 申請人:中央大學(xué)