本發(fā)明涉及一種檢查物體的方法及其測量物體的裝置，且特別是涉及一種以多光子激發(fā)技術(shù)檢查物體的方法和以改良式激光掃描顯微鏡(modifiedlaserscanningmicroscopy)測量物體的裝置。

背景技術(shù)：

通過摻雜不同活性材料于基板或基體中，可進(jìn)行各種不同光學(xué)操作，例如光放大(opticalamplification)、光吸收、波長過濾、固態(tài)發(fā)光和偏振區(qū)分等等。以下是其中一些例子。首先，由活性離子摻雜至一塊狀晶體所形成的激光晶體是光放大的要素。例如鈦藍(lán)寶石激光晶體(ti:sapphirelasercrystal)是一藍(lán)寶石(al2o3)晶體摻雜鈦離子。第二，對于光吸收和波長過濾，可使用吸收濾光片和有色玻璃濾光片(colorglassfilters，cgf)，其通常由添加了吸收活性離子(absorptiveactive-ions)的玻璃或塑膠所制得。這些活性離子傳送光的某些波長部分但對于其他波長部分則具有相當(dāng)高的吸收常數(shù)使此部分的光衰減。在許多濾光問題中，這些有摻雜離子的波長過濾片(ion-dopedwavelengthfilters)比起干涉濾光片(interference-typefilters)具有更好的波長消光比，因此是較佳的選擇。第三，在白光有機(jī)發(fā)光二極管(oleds)元件中，低能階摻雜物分散在發(fā)光層的內(nèi)部深處。通過電子撞擊，可自發(fā)光層釋放出可見光波長成分。再者，在液晶顯示面板要素之一的偏光板制作工藝中，碘染料離子添加至聚乙烯醇(polyvinylalcohol，pva)層內(nèi)以做為偏振相關(guān)的光吸收劑。

如上述提到的白光有機(jī)發(fā)光二極管元件和偏光板，監(jiān)測基板或基體(例如激光晶體和有色玻璃濾光片)內(nèi)摻雜物的空間分布和分布均勻度是必要的。激光晶體的摻雜情況會強(qiáng)烈影響到激光表現(xiàn)，包括臨界激發(fā)功率(thresholdpumpingpower)、斜率效能(slopeefficiency)和輸出功率(outputpower)。當(dāng)?shù)湍茈A摻雜物沒有均勻地分布于oled元件的發(fā)光層中，會導(dǎo)致白光發(fā)光元件的光色產(chǎn)生變異，進(jìn)而影響發(fā)光應(yīng)用。而pva高分子膜中的摻雜碘離子的良好空間分布有助于提取和映射出偏光板的更多性質(zhì)。

物體結(jié)構(gòu)內(nèi)的摻雜物的空間分布(dopantspatialdistributions)或濃度的傳統(tǒng)分析方法需要進(jìn)行組織切片檢查(biopsy)，包括從欲檢查的目標(biāo)物切除(例如切片)一試樣片，且固定和染色試樣片于顯微鏡下，檢查和分析試樣片的影像以呈現(xiàn)摻雜物的相關(guān)濃度。然而，傳統(tǒng)對于摻雜物的空間分布或均勻度的分析牽涉到許多耗費(fèi)時間和復(fù)雜的步驟，例如取樣準(zhǔn)備、處理和分析等步驟。再者，傳統(tǒng)切片程序是侵入式、破壞性和耗費(fèi)時間的，且在制造過程期間是無法迅速、即時和準(zhǔn)確地檢測相關(guān)離子濃度。因此相關(guān)研究者無不希望可以發(fā)展出更簡單和更省時的摻雜物分布的裝置與方法，特別是快速和無須切片的方式以分析待檢測物體的標(biāo)靶材料，例如可以快速和準(zhǔn)確地分析一光學(xué)基板的摻雜離子濃度。

雙光子熒光(two-photonfluorescence，tpf)顯微鏡已經(jīng)廣泛使用于生物、化學(xué)和臨床等方面的應(yīng)用。tpf程序通常是與三階非線性熒光分子(fluorescentmoleculeswiththird-ordernonlinearity)有關(guān)，其中通過雙光子吸收效應(yīng)(tpaeffect)，具相同能量的兩個激發(fā)光子被熒光分子同時吸收，并產(chǎn)生出更高能量的一個激發(fā)光子?？赏ㄟ^測量更高能量的熒光光子強(qiáng)度，以呈現(xiàn)聚焦平面上具自然深度探測能力和高空間分辨率的分子濃度影像。然而，由于某些摻雜離子或分子在tpa效應(yīng)激發(fā)下會產(chǎn)生非輻射(/非熒光放射)情況，因此雙光子顯微鏡并非總是適合用來檢測分子濃度。據(jù)此，對于傾向于產(chǎn)生非輻射(/非熒光放射)情況的摻雜離子或分子，用傳統(tǒng)的tpf顯微鏡是無法準(zhǔn)確得知其摻雜濃度的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種以多光子激發(fā)技術(shù)檢查物體的方法和測量物體的裝置。實(shí)施例的方法和裝置可以迅速且非破壞性的檢測一標(biāo)靶材料于物體內(nèi)的空間分布，對于科學(xué)研究和工業(yè)發(fā)展都有很大助益。

為達(dá)上述目的，根據(jù)一實(shí)施例，提出一種檢查物體的方法，包括提供包括一標(biāo)靶材料(targetmaterial)的物體；對物體的一試樣位置(samplingposition)照射一激光光束，激光光束具有波長λ；聚焦激光光束的一焦點(diǎn)(focalpoint)于物體的試樣位置上，通過同時吸收n個激光光束的入射光子而產(chǎn)生標(biāo)靶材料的分子激發(fā)，其中n等于或大于2；以及以一檢測器分析自物體發(fā)出的一輸出光，其中分析的輸出光的波長范圍在0.8λ至1.2λ之間。

根據(jù)一實(shí)施例，提出一種以多光子激發(fā)技術(shù)測量一物體的裝置，至少包括平臺組件(stagemeans)以置放包括一標(biāo)靶材料的一物體；至少一同調(diào)性脈沖光的光源(sourceofcoherentpulsedlight)具有波長λ；鏡頭組件(lensmeans)，在一物鏡平面(objectlensplane)上聚焦同調(diào)性脈沖光于物體的一試樣位置，因而造成標(biāo)靶材料同時吸收同調(diào)性脈沖光的n個光子，其中n等于或大于2；以及一檢測器(detector)，檢測物體發(fā)出的一輸出光的光強(qiáng)度，其中輸出光的波長范圍在0.8λ至1.2λ之間。

為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。然而，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明一實(shí)施例的一改良式雙光子熒光(m-tpf)顯微鏡通過輸入/輸出光譜的工作原理與設(shè)計；

圖1b為本發(fā)明另一實(shí)施例的一改良式多光子熒光(m-mpf)顯微鏡通過輸入/輸出光譜的工作原理與設(shè)計；

圖1c為一實(shí)施例的一偏光板多層結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2a和圖2b分別為耐久性良好和耐久性差的偏光板，及偏光板的標(biāo)靶材料的對應(yīng)濃度分布；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的改良式雙光子熒光顯微鏡所測量的一偏光板(試樣)的穿透頻譜；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡裝置的示意圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的一種檢查物體的方法流程圖；

圖6a和圖6b為利用實(shí)施例的改良式雙光子熒光(m-tpf)顯微鏡，分別對耐久性良好和耐久性差的偏光板進(jìn)行深度(沿z-方向)掃描軌跡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖7a和圖7b分別為耐久性良好和耐久性差的偏光板的顯微鏡影像圖，其中偏光板包括pva層；

圖7c為通過實(shí)施例的m-tpf顯微鏡所獲得的一偏光板在x-z平面的二維虛擬切片影像圖。

符號說明

10、20、20’：偏光板

11a、11b、21a、22b：三醋酸纖維素(tac)膜

12、22、22’：聚乙烯醇(pva)層

13、23：感壓膠(psa)層

ls：掃描軌跡

c1、c2：實(shí)驗(yàn)曲線

cideal：理想曲線

rl：線性吸收區(qū)域

rtpa：雙光子吸收區(qū)域

401：平臺組件

402：光源

403：鏡頭組件

iso：光隔離器

l1、l2、l3：透鏡

obj1、obj2：物鏡

405：檢測器

m1：第一反射鏡

m2：第二反射鏡

408：鎖相放大器

501-504：步驟

tpf：雙光子熒光

mpf：多光子熒光

具體實(shí)施方式

以下所公開的內(nèi)容中，配合附圖以詳細(xì)說明實(shí)施例所提出的一種檢查物體的方法和改良激光掃描顯微鏡(modifiedlaserscanningmicroscopy)的裝置結(jié)構(gòu)。但實(shí)施例并不限制于此。然而本發(fā)明并不僅限于此，本發(fā)明并非顯示出所有可能的實(shí)施例?？蓪?shí)施的細(xì)部結(jié)構(gòu)和步驟可能有些不同，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而加以變化與修飾。因此，未于本發(fā)明提出的其他實(shí)施態(tài)樣也可能可以應(yīng)用。再者，附圖上的尺寸比例并非按照實(shí)物等比例繪制。因此，說明書和圖示內(nèi)容僅作敘述實(shí)施例之用，而非作為限縮本發(fā)明保護(hù)范圍之用。

本發(fā)明是關(guān)于一種非侵入式的分析方法，利用一多光子激發(fā)技術(shù)可分析一物體內(nèi)的一標(biāo)靶材料，以及提出可進(jìn)行分析的裝置。在本發(fā)明中，提出一種檢查物體的方法和以改良式激光掃描顯微鏡測量物體的一裝置。更進(jìn)一步地說，實(shí)施例提出一種光學(xué)切層(opticalsectioning)診斷方法以判斷一試樣中的某一特殊物質(zhì)的存在，以及，在許多例子中，利用雙光子激發(fā)技術(shù)可以量化該物質(zhì)或呈現(xiàn)試樣的一標(biāo)靶材料沿著檢測軌跡的分布曲線。實(shí)施例中也提出一種可進(jìn)行前述測量的裝置。實(shí)施例的方法是一種迅速和可信賴的方法，可以即時和高精準(zhǔn)度的分析光學(xué)物件的一標(biāo)靶材料(例如分析相關(guān)離子濃度，或呈現(xiàn)深度-濃度的分布曲線)，因而能及時和準(zhǔn)確的改進(jìn)光學(xué)物件的性質(zhì)。因此，應(yīng)用此光學(xué)物件的元件具有可信賴的操作表現(xiàn)，并可滿足元件操作所需的要求。

本發(fā)明可以應(yīng)用在具有待檢測物體的各種不同應(yīng)用中，例如光學(xué)物件，特別是適合應(yīng)用于光學(xué)物件具有在多光子吸收(multi-photonabsorption)期間會產(chǎn)生非輻射(/非熒光放射)情況的材料。實(shí)施例中，一具有摻雜離子的光學(xué)基板，例如包括碘染色的聚乙烯醇(pva)高分子膜的一偏光板，提出做為一示例。但本發(fā)明并不僅限制于偏光板應(yīng)用。再者，實(shí)施例中，一改良式雙光子熒光(modifiedtwo-photonfluorescence，m-tpf)顯微鏡，可用來追蹤于透明光學(xué)基板內(nèi)部深處摻雜離子濃度。然而，其他多光子熒光顯微鏡，例如三(或更多)光子熒光顯微鏡，也可被改良和使用于相關(guān)應(yīng)用中。本發(fā)明并不僅限制于使用m-tpf來分析待檢測物體。

實(shí)施例所提出的檢查方法與傳統(tǒng)雙光子熒光顯微鏡的激發(fā)光子的熒光測量完全不同。在此實(shí)施例的檢查方法中，使用一脈沖光的光源以對包括一標(biāo)靶材料的一物體進(jìn)行照射，通過同時吸收激光光束的多個入射光子因而產(chǎn)生標(biāo)靶材料的分子激發(fā)。物體的標(biāo)靶材料造成的多光子吸收(multi-photonabsorption，mpa)效應(yīng)可通過入射物體的光線與穿過物體后的光線衰減(attenuation)的比較而迅速獲得。因此，根據(jù)多光子吸收效應(yīng)，可迅速檢測出物體的標(biāo)靶材料的存在。根據(jù)實(shí)施例，脈沖激光光束聚焦于物體處，其中標(biāo)靶材料同時吸收n個激光光束的入射光子。然后，分析自物體發(fā)出的一輸出光的光密度(lightdensity)，以決定多光子吸收效應(yīng)的變化，其中輸出光波長約為入射光波長λ(輸出光的波長范圍例如是0.8λ至1.2λ之間)。據(jù)此，可獲得物體的標(biāo)靶材料沿著檢測軌跡的相對濃度或濃度分布。以雙光子(tpa)吸收為例，tpa效應(yīng)與靠近聚焦平面的小體積的局部離子濃度成比例，且可通過測量激發(fā)入射光子的強(qiáng)度損失而直接檢測。實(shí)施例中，以偏光板的碘染色pva高分子膜為示例作說明。通過簡單改變偏光板與m-tpf顯微鏡的聚焦物鏡之間的相對位置(例如：在z-方向進(jìn)行掃描，其垂直于偏光板延展的xy-平面)。摻雜離子(例如碘染色離子)于軸向上(ex:z-方向)的分布，其可用來區(qū)分一偏光板的耐久性，可以迅速和準(zhǔn)確的以一種非侵入式的方法進(jìn)行測量。再者，相較于傳統(tǒng)對切片試樣的顯微鏡影像，使用實(shí)施例的方法，不需要進(jìn)行物理切片也可以得到相關(guān)離子濃度的2d組織切片影像(i.e.結(jié)合于不同焦平面所檢測到的mpa效應(yīng)結(jié)果的一虛擬影像)。結(jié)果顯示，實(shí)施例的改良式雙光子熒光(m-tpf)方法在快速和非侵入式的監(jiān)控光學(xué)物件(例如光學(xué)基板)內(nèi)的摻雜離子空間分布上具有很大潛力，因此本發(fā)明對于科學(xué)研究和工業(yè)發(fā)展的應(yīng)用上都有很大助益。

以下進(jìn)一步敘述工作原理。改良式多光子熒光(modifiedmulti-photonfluorescence，m-mpf)顯微鏡(例如二個、三個或更多個光子)可應(yīng)用于本發(fā)明中。以下敘述雙光子熒光顯微鏡與多光子熒光顯微鏡的工作原理。請參照圖1a、圖1b和圖1c。

圖1a為本發(fā)明一實(shí)施例的一改良式雙光子熒光顯微鏡通過輸入/輸出光譜的工作原理與設(shè)計。具有波長λ和強(qiáng)度i0的激發(fā)入射光子(pumpedincidentphotons)的輸入光譜顯示于圖1a的左側(cè)(即雙光子吸收前部分)。通過一光學(xué)物件例如透明基板的內(nèi)部局部摻雜物的雙光子吸收過程，飛秒激光和雙光子熒光的輸出光譜顯示于圖1a的右側(cè)(即雙光子吸收后部分)。在某些情況下，對于一對較低能量光子進(jìn)行雙光子吸收后會產(chǎn)生非輻射(/非熒光放射)程序，而非雙光子熒光程序。再者，具有較高光子能量的雙光子熒光信號可能會被再吸收或不會穿透基板。由于這兩個理由，在此實(shí)施例中，通過測量激發(fā)入射光子于某特定波長(例如波長λ)的光強(qiáng)度損失來檢測局部離子濃度。據(jù)此，可通過檢測激發(fā)入射光子的光強(qiáng)度損失來映射和得到光學(xué)物件的摻雜離子(i.e.標(biāo)靶材料)濃度。

圖1b為本發(fā)明另一實(shí)施例的一改良式多光子熒光顯微鏡通過輸入/輸出光譜的工作原理與設(shè)計。類似于上述雙光子熒光顯微鏡的工作原理，具有波長λ和強(qiáng)度i0的激發(fā)入射光子的輸入光譜顯示于圖1b的左側(cè)(即多光子吸收前部分)。多光子吸收(mpa)的飛秒激光和多光子熒光(mpf)的輸出光譜顯示于圖1b的右側(cè)(即多光子吸收后部分)。圖1b中，“n”表示n個光子吸收；舉例來說，若應(yīng)用一改良式三光子熒光(modifiedthree-photonfluorescence)顯微鏡，則n等于3。類似的，通過測量激發(fā)入射光子于某特定波長(例如波長λ)的光強(qiáng)度損失來檢測物體內(nèi)的局部離子濃度。

圖1c為一實(shí)施例的一偏光板10多層結(jié)構(gòu)的示意圖。自偏光板表面到液晶顯示面板，偏光板10例如是包括經(jīng)表面處理的一三醋酸纖維素膜(tri-acetylcellulosefilm，tacfilm)11a、一單軸聚乙烯醇(uniaxialpolyvinylalcohol，pva)層12、一三醋酸纖維素膜11b做為視覺補(bǔ)償層和感壓膠層(pressuresensitiveadhesive，psa)13，如圖1c所示。這些功能層組成一復(fù)合多層偏光板10。除了厚的單軸pva層(ex:25μm)，其他層對于可見光和近紅外線(nir)光都是高度透明。虛線ls代表一改良式多光子熒光顯微鏡的一掃描軌跡，且此掃描軌跡在z-方向延伸(i.e.垂直于xy-平面)。

在實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)中，耐久性良好和耐久性差的兩種偏光板都進(jìn)行測試。請參照圖2a和圖2b，其分別為耐久性良好和耐久性差的偏光板，及偏光板的標(biāo)靶材料的對應(yīng)濃度分布。偏光板20/20’包括pva層22/22’夾置于tac層21a和22b，psa層23形成于tac層21b。如圖2a所示，在耐久性良好的偏光板20中，碘染料離子均勻分布于pva層22中(即圖2a中斜線部分)，因此偏振消光比(polarizationextinctionratio)可持續(xù)一長時間。圖2a中，耐久性良好的偏光板20中碘染料離子的對應(yīng)濃度分布以一實(shí)驗(yàn)曲線c1表示，其顯示一個單一光強(qiáng)度低點(diǎn)(i.e.激發(fā)入射光子于波長λ的光強(qiáng)度損失峰值)。受限于多光子熒光顯微鏡的軸向分辨率(例如實(shí)施例的z-方向分辨率)，實(shí)驗(yàn)曲線c1近似但不完全等于理想曲線cideal。如圖2b所示，在耐久性差的偏光板20’中，碘染料離子叢聚于接近pva層22’和tac層21a/21b的界面(即圖2b中斜線部分)，叢聚的碘染料離子容易隨著時間而擴(kuò)散至tac層21a/21b，而隨著碘染料離子逐漸擴(kuò)散至tac層21a/21b，將導(dǎo)致偏光板20’的偏光能力退化，因而對應(yīng)用的液晶顯示器的光學(xué)表現(xiàn)造成無法忽略的影響。圖2b中，耐久性差的偏光板20’中碘染料離子的對應(yīng)濃度分布以一實(shí)驗(yàn)曲線c2表示，其顯示對應(yīng)pva層22’和tac層21a/21b界面處的碘染料離子的兩個光強(qiáng)度低點(diǎn)(i.e.激發(fā)入射光子于波長λ的兩個光強(qiáng)度損失峰值)。圖2a和圖2b的結(jié)果顯示，實(shí)施例的多光子吸收具有很大潛力，可以快速和非侵入式地監(jiān)測物體內(nèi)(光學(xué)物件例如上述示例的偏光板)的摻雜離子(例如碘染料離子)的空間分布。

以下進(jìn)一步敘述波長或波段范圍的選擇。實(shí)施例的一改良式多光子熒光顯微鏡的波長選擇由于和空間分辨率與深度切層能力(depthsectioningcapability)相關(guān)，因此也是重要的一環(huán)。短波長的激發(fā)光在三維空間中具有較佳的空間分辨率，但若是激發(fā)光的波長過短，產(chǎn)生了線性吸收(linearabsorption)效應(yīng)而非多光子(mpa)吸收效應(yīng)，將會破壞了實(shí)施例的自然深度探測能力。因此，在操作實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡前，需先測量試樣的穿透頻譜(transmissionspectrum)。以一改良式雙光子熒光顯微鏡為例，測量的試樣(即偏光板)的穿透頻譜如圖3所示。圖3的測量結(jié)果顯示，在可見光波長范圍(約400nm-約780nm)的穿透率在30％到40％范圍內(nèi)。這是因?yàn)樵谀骋黄穹较虻拇蟛糠值墓庾颖黄獍宓膒va層線性吸收(吸收軸)，垂直于偏振方向的其他光子則穿過偏光板(穿透軸)。當(dāng)波長超過約900nm，偏光板整體的穿透率提升至約80％。圖3也顯示，當(dāng)波長小于約780nm，即對應(yīng)線性吸收區(qū)域rl(單光子吸收區(qū)域)，偏光板是高度吸收的。而在波長大于約900nm，偏光板是相當(dāng)透明的。當(dāng)激發(fā)一飛秒激光光束其波長大于約900nm，在焦點(diǎn)處單光子吸收效應(yīng)被抑制而僅發(fā)生雙光子吸收效應(yīng)(tpaeffect)，其中輸出光波長大于約900nm是對應(yīng)雙光子吸收區(qū)域rtpa。因此，圖3指出從400nm-800nm波長范圍的區(qū)域(i.e.rl)是pva層的碘染料離子的單光子吸收區(qū)域，而大于900nm的波長范圍(i.e.rtpa)則產(chǎn)生雙光子吸收的現(xiàn)象。據(jù)此，實(shí)施例的改良式雙光子熒光(m-tpf)顯微鏡的激光激發(fā)光束的波長λ可為大于900nm至小于1600nm的范圍內(nèi)。另一實(shí)施例中，激光激發(fā)光束的波長λ在大于900nm但小于1200nm的范圍內(nèi)；例如(但不限制在)，一應(yīng)用中為約1030nm(中心波長)。

據(jù)此，如應(yīng)用一改良式多光子熒光(m-mpf)顯微鏡于實(shí)施例中，則使用于m-mpf顯微鏡的激光波長選擇視標(biāo)靶材料的光子吸收波長區(qū)域而定。例如，若測量到標(biāo)靶材料的單光子吸收區(qū)域是在波長λ1至λ2(例如400nm-800nm)的區(qū)域，則雙光子吸收區(qū)域則在波長2×λ1至2×λ2(例如800nm-1600nm)的區(qū)域，三光子吸收區(qū)域則在波長3×λ1至3×λ2(例如1200nm-2400nm)，多光子吸收區(qū)域則在波長n×λ1至n×λ2。再者，提供不同光子吸收的脈沖光源(例如一激光光源)，如提供雙光子吸收和三光子吸收的脈沖光源，視欲達(dá)目的而可具有不同波長，不同的輸出脈沖時間或脈沖能量。舉例來說，應(yīng)用于一改良式雙光子熒光顯微鏡的一激光光源，其輸出脈沖時間為250飛秒(fs)，而應(yīng)用于一改良式三光子熒光顯微鏡的激光光源其輸出脈沖時間的數(shù)值則更小。

圖4為實(shí)施例的一改良式多光子熒光顯微鏡裝置的示意圖。然而圖4僅為示例之用，并非限制實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡裝置之用，其裝置細(xì)節(jié)可以稍加調(diào)整或微幅改變亦可。一改良式多光子熒光顯微鏡裝置至少包括平臺組件(stagemeans)401；至少一同調(diào)性脈沖光(coherentpulsedlight)的光源402(例如一激光光源)具有一光隔離器(isolator)iso；鏡頭組件(lensmeans)403例如透鏡l1、l2、l3和聚焦光線與收集光線的物鏡obj1和obj2；以及檢測器(detector)405。實(shí)施例中，光源402對一具標(biāo)靶材料的物體的一試樣位置照射一同調(diào)性脈沖光(ex:激光)，同調(diào)性脈沖光具有波長λ。鏡頭組件403將同調(diào)性脈沖光的焦點(diǎn)聚焦于該物體的標(biāo)靶材料的一物鏡平面上，因而造成標(biāo)靶材料可同時吸收同調(diào)性脈沖光的至少2個或更多個光子而產(chǎn)生熒光光子。不同于傳統(tǒng)的多光子熒光顯微鏡，實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡裝置中以檢測器405對物體發(fā)出的一輸出光進(jìn)行分析，其中被分析的輸出光的波長范圍在0.8λ至1.2λ之間。例如，被分析的輸出光波長范圍近似于入射光的波長λ。一實(shí)施例中，被分析的輸出光波長范圍在0.9λ至1.1λ之間。一實(shí)施例中，以檢測器405檢測脈沖光通過物體(ex:偏光板)后于波長λ所發(fā)出的一輸出光的光強(qiáng)度，以得到波長λ的激發(fā)入射光子的光強(qiáng)度損失(intensitylossofthepumpedincidentphotons)(請同時參照圖1a和圖1b)。

再者，實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡裝置還包括濾光組件406，例如一片或多片有色玻璃濾光片(colorglassfilters，cgf)以過濾掉自物體(ex:偏光板)發(fā)出后波長小于0.8λ和/或大于1.2λ的光。一實(shí)施例中，濾光組件406過濾掉自物體發(fā)出后波長小于0.9λ和/或大于1.1λ的光。一實(shí)施例中，濾光組件406過濾掉自物體發(fā)出后波長小于λ和/或大于λ的光。因此，除了使用單片有色濾光片(光學(xué)濾片)，也可采用二片或更多片的有色濾光片于實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡裝置中，以過濾掉待分析輸出光的波長以外的光線。

再者，實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡裝置還包括反射鏡組件(mirrormeans)例如第一反射鏡m1和第二反射鏡m2以引導(dǎo)同調(diào)性脈沖光沿一光路前進(jìn)，其中第一反射鏡m1引導(dǎo)同調(diào)性脈沖光至鏡頭組件403，以造成同調(diào)性脈沖光于物鏡平面上撞擊物體的標(biāo)靶材料。第二反射鏡m2引導(dǎo)通過物體后自物體發(fā)出的同調(diào)性脈沖光至檢測器405處。另外，檢測器405可進(jìn)一步連結(jié)至一鎖相放大器(lock-inamplifier)408以提高注入信號對雜訊的比例。

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的一種檢查物體的方法流程圖。根據(jù)實(shí)施例，步驟501是提供一物體，此物體包括一標(biāo)靶材料(例如具有一pva層的一偏光板，pva層中包括碘染色離子)。步驟502是對物體的一試樣位置照射一激光光束，此激光光束具有波長λ。步驟503是聚焦激光光束的焦點(diǎn)于物體的試樣位置上，標(biāo)靶材料同時吸收n個激光光束的入射光子而產(chǎn)生分子激發(fā)，其中n等于或大于2。然后，步驟504是以一檢測器分析自物體發(fā)出的一輸出光，其中分析的輸出光波長范圍在0.8λ至1.2λ之間。例如，當(dāng)激光光束通過物體(例如光學(xué)物件)后自物體發(fā)出后，輸出光的光強(qiáng)度被檢測器所檢測，以得到波長λ的激發(fā)入射光子的光強(qiáng)度損失。一實(shí)施例中，激光光束的波長λ大于900nm。一些實(shí)施例中，激光光束的波長λ在大于900nm但小于1600nm的范圍。一些實(shí)施例中，激光光束的波長λ在大于900nm但小于1200nm的范圍。再者，一實(shí)施例的檢查物體的方法可還包括過濾輸出光的步驟，在激光光束通過物體并自物體發(fā)出后，濾光組件406(顯示于圖4，例如一或多個光學(xué)濾片)濾掉輸出光的波長在0.8λ-1.2λ范圍以外的部分。例如將輸出光的波長實(shí)質(zhì)上為λ以外的部分濾掉。

實(shí)施例中，假設(shè)位于平臺組件上的物體(例如偏光板)具有一表面，此表面平行于xy-平面，實(shí)施例的方法包括在垂直于xy-平面的z-方向?qū)ξ挥谠嚇游恢玫奈矬w進(jìn)行掃描，且每次掃描包括前述步驟502(照射步驟)、步驟503(聚焦步驟)和步驟504(分析步驟)，通過非侵入式的方式可獲得物體(例如偏光板)內(nèi)的標(biāo)靶材料(例如碘染料離子)在z-方向上的軸向分布。

再者，對于一待檢測物體，可以選擇多個試樣位置進(jìn)行檢測。因此，根據(jù)一實(shí)施例的檢查物體的方法可包括：選擇其他試樣位置；對選擇的試樣位置進(jìn)行如上述的照射步驟、聚焦步驟和分析步驟，并且沿z-方向掃描位于選擇的試樣位置的物體。

以下提出其中一組實(shí)驗(yàn)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)設(shè)置中包括實(shí)施例的一改良式雙光子熒光(m-tpf)顯微鏡裝置的相關(guān)元件。然而該些數(shù)值與相關(guān)元件的規(guī)格僅作參考之用，并非用以限制本發(fā)明。

<實(shí)驗(yàn)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果>

如圖4所示，應(yīng)用于一實(shí)施例的m-tpf顯微鏡的光源402為一摻鐿激光(compactytterbiumlaser)并具有光隔離器(isolator)iso，其輸出脈沖時間250飛秒(fs)和中心波長1.03μm。.光源402輸出激光光束的偏振態(tài)通過一四分之一波板轉(zhuǎn)變成圓偏振。并采用一組透鏡l1和l2以擴(kuò)張光束，使最大光圈的聚焦物鏡obj1可用來使側(cè)邊(x和y)和軸向方向(z-方向)的空間分辨率最大化。聚焦物鏡obj1具有數(shù)值孔徑0.75(na值)。剩余的激發(fā)入射光子(中心波長1030nm)則被數(shù)值孔徑0.9na的另一聚焦物鏡obj2所收集，并聚焦于一信號未放大的檢測器405(型號det36a，購自thorlabs公司)。試樣的平均功率衰減至1mw以避免碘離子染色的pva高分子膜受到光子漂白和光子破壞。一長波通有色玻璃濾光片(rg-850；i.e.濾光組件406)放置在檢測器405前，以過濾掉背景中不需要的可見光波長雜訊。通過掃描偏光板與聚焦物鏡obj1的相對位置，可測量出pva膜內(nèi)的碘染料離子在z-方向上的軸向分布。從高斯光束和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，達(dá)計算的繞射極限的光點(diǎn)大小(2ω0)以及對應(yīng)的聚焦深度b分別為1.65μm和6.22μm。

在雙光子顯微鏡中，由于tpf或tpa的強(qiáng)度等于1.03μm激發(fā)高斯光束的強(qiáng)度平方，在x、y和z方向上的空間分辨率上會小于傳統(tǒng)顯微鏡的空間分辨率。改良式tpf顯微鏡于x、y方向上的空間分辨率為0.57μm，其等于ω0除以√2。另一方面，z方向上的空間分辨率，定義為tpf或tpa強(qiáng)度的半高寬值，等于0.643b。在此示例中，軸向分辨率為4.13μm。

由于碘摻雜離子于軸向上的分布狀態(tài)與偏光板的耐久性有關(guān)，如能即時測量碘摻雜離子于深度方向(z方向)上的分布將對于了解偏光板性質(zhì)有很大的助益。在耐久性良好的偏光板中，碘染料離子是均勻地分散在pva層中。相反的，在耐久性差的偏光板中，pva層中的碘染料離子可能是叢聚于接近pva層和tac層的界面。這些叢聚的碘染料離子隨著時間過去容易擴(kuò)散至tac層因而導(dǎo)致偏光板的偏光性質(zhì)消失，進(jìn)而使應(yīng)用的液晶顯示面板的對比值(contrastratio)和色調(diào)平衡(huebalance)退化。因此，在偏光板的制造過程中即時地檢測碘離子深度分布(depth-dependentiodinetraces)是很重要的。如果觀察到碘離子有任何不尋常的軸向分布，則可即時地中止或改善制造過程，以節(jié)省成本和時間。

圖6a和圖6b為利用實(shí)施例的改良式雙光子熒光(m-tpf)顯微鏡，分別對耐久性良好和耐久性差的偏光板進(jìn)行深度(沿z-方向)掃描軌跡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中，在z-方向的步進(jìn)尺寸為1μm。實(shí)施例根據(jù)掃描軌跡上與深度相關(guān)的激發(fā)光子強(qiáng)度損失，可以監(jiān)測到碘染色離子的軸向分布，進(jìn)而在包裝前就能以此種迅速又非侵入式的檢測方式預(yù)測到偏光板的耐久性。圖6a和圖6b顯示于耐久性良好和耐久性差的偏光板中，由于在碘離子發(fā)生強(qiáng)烈的tpa效應(yīng)，其剩余激發(fā)入射光子中光強(qiáng)度下降的最大值分別為2.5％和1.7％。圖6a和圖6b中碘染色層的測量寬度，定義為掃描過程中tpa效應(yīng)發(fā)生的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，皆為31μm，此與碘染色層的厚度25μm和計算的m-tpf顯微鏡4.1μm軸向分辨率的結(jié)果相符。對深度有關(guān)的一激發(fā)光強(qiáng)度損失其擷取時間(acquisitiontime)約1分鐘，此受限于鎖相放大器408(型號sr830，美國斯坦福)的積分時間和控制軟件(labview2010，美國國家儀器股份有限公司)的程序時間。

從圖6a和圖6b測量的z-軌跡結(jié)果可看出，實(shí)施例的方法提供了一種快速且有效的方式，可于碘離子摻雜的制造過程中監(jiān)測偏光板品質(zhì)，而無須使用具破壞性且十分耗時的物理取樣進(jìn)行檢測。再者，實(shí)施例的一改良式多光子熒光(m-mpf)顯微鏡，例如所述的改良式雙光子熒光(m-tpf)顯微鏡，在對于摻雜有離子態(tài)光學(xué)物件(例如激光晶體和有機(jī)發(fā)光二極管的發(fā)光元件)的品質(zhì)進(jìn)行非侵入式的監(jiān)控或預(yù)測的應(yīng)用上具有很大潛力。

雖然z方向相關(guān)的掃描軌跡足以用來判斷偏光板的耐久性，實(shí)驗(yàn)中仍進(jìn)行了影像比對。圖7a和圖7b分別為耐久性良好和耐久性差的偏光板的顯微鏡影像，其中偏光板包括pva層。圖7c則為一偏光板在x-z平面的二維虛擬切片影像，此影像是以一實(shí)施例的m-tpf顯微鏡檢測物體在不同聚焦平面所產(chǎn)生的tpa效應(yīng)，將該些tpa效應(yīng)結(jié)果經(jīng)過再建構(gòu)而得。圖7a-圖7c中所有影像尺寸為100μm×100μm。pva層則垂直地置于三個影像的中心，其厚度為25μm。

在傳統(tǒng)檢查方式中，需要進(jìn)行侵入式和耗費(fèi)時間的采樣準(zhǔn)備才能獲得如圖7a和圖7b所示的顯微鏡影像，包括移除、切片、固定和以顯微鏡觀察pva層中的染色分布。因此，無法在缺少專業(yè)技術(shù)和特殊切片機(jī)器的情況下進(jìn)行。圖7a是碘摻雜物均勻分布在一耐久性良好的偏光板的pva層中的顯微鏡影像。相反的，圖7b是一耐久性差的偏光板中碘摻雜物叢聚于接近pva層和tac層的界面的顯微鏡影像。除了耗費(fèi)時間，傳統(tǒng)方式所得到的顯微鏡影像也相當(dāng)小，因此需要專業(yè)技術(shù)操作者才能判斷偏光板的耐久性是否良好。而實(shí)施例提出的使用激光掃描的檢查方式與其改良式多光子熒光顯微鏡裝置解決了上述問題。圖7c則顯示以一實(shí)施例的m-tpf顯微鏡所得到的一偏光板在x-z平面的二維虛擬切片影像。如圖7c所示，可以容易地分辨出碘離子的分布。其中，pva層中大部分的碘離子都均勻地分布，因此偏光板的耐久性良好。在靠近如圖7c所示的影像底端，pva層中一小部分(虛線圈選處)碘離子沒有均勻分布。如果在制作工藝中此瑕疵沒有即時地被檢測出來并中止制作工藝，則應(yīng)用此瑕疵偏光板的液晶顯示面板有很高的機(jī)率會有白點(diǎn)或黑點(diǎn)產(chǎn)生。

根據(jù)所述，實(shí)施例提出一種檢查物體的新方法和以一改良式激光掃描顯微鏡裝置測量物體的標(biāo)靶材料(例如位于光學(xué)物件內(nèi)部的離子分布)。如上示例的觀察偏光板內(nèi)部的pva層的碘離子濃度，使用實(shí)施例的改良式多光子熒光顯微鏡裝置可以快速和非侵入式地測量到碘離子的一維和二維空間分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚顯示，可以從實(shí)施例的非切片檢測方法所觀察到的碘離子一維空間分布清楚了解和區(qū)分出偏光板的品質(zhì)。而示例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，實(shí)施例對于物體的標(biāo)靶材料(例如摻雜離子的光學(xué)物件)的空間分布進(jìn)行不耗時、快速和非破壞式監(jiān)測的應(yīng)用上十分具有潛力，因此不論是在科學(xué)研究上幫助獲得更多欲知的摻雜離子的空間分布，或是工業(yè)應(yīng)用上在制造光學(xué)物件期間協(xié)助即時找到問題所在，都有極大助益。

其他實(shí)施例，例如多光子熒光顯微鏡的相關(guān)元件具有不同構(gòu)型或設(shè)置也可能可以應(yīng)用，可視應(yīng)用時實(shí)際狀況而作適當(dāng)選擇與改變。因此，如圖4所示的元件安排與設(shè)置僅作說明之用，并非用以限制本發(fā)明欲保護(hù)的范圍。相關(guān)技術(shù)者當(dāng)知，標(biāo)靶材料所吸收光子的數(shù)目(ex:2個、3個或更多個光子)、物鏡孔徑的數(shù)值、相關(guān)層的厚度數(shù)值、空間分辨率數(shù)值、軸向分辨率數(shù)值…等等，并不限于圖示與上述示例的說明，而可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用時的需求和/或制作工藝作相應(yīng)調(diào)整。

綜上所述，雖然結(jié)合以上實(shí)施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。