CN101587236A

CN101587236A - 光源模块、光镊夹产生装置及暗视野显微镜

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Publication number: CN101587236A
Application number: CNA2008100980220A
Authority: CN
Inventors: 徐琅; 黄光荣; 王威; 刘承贤; 杨裕雄; 蔡哲良; 周忠诚
Original assignee: Raydium Semiconductor Corp
Current assignee: Raydium Semiconductor Corp
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2009-11-25

Abstract

一种光源模块，适用于暗视野显微镜并用来照射检测试件。光源模块包括光束、反射构件及聚光构件。光束具有多条光线。反射构件用来将沿初始方向行进的这些光线反射成实质上沿初始方向行进的环状光。环状光为中空，并穿透聚光构件且聚焦于检测试件上。穿透通过聚光构件的部分环状光被检测试件散射。本发明提供了一种光镊夹产生装置，包括光束、反射构件和聚光构件。本发明还提供了一种暗视野显微镜，包括物镜、承载台以及光源模块，该光源模块包括光束、反射构件和聚光构件。

Description

光源模块、光镊夹产生装置及暗视野显微镜

技术领域

本发明涉及一种光源模块、光镊夹产生装置及暗视野显微镜，且尤其是涉及一种可降低光损失率的光源模块、光镊夹产生装置及暗视野显微镜。

背景技术

请参照图1，其示出了传统的暗视野显微镜(dark fieldmicroscope)的示意图。传统的暗视野显微镜100包括光源110、聚光镜120、挡光片(dark field stop)130、承载台140及物镜150。挡光片130、聚光镜120、承载台140及物镜150依次设置于光源110之上。挡光片130用来阻挡光源110所发射出的中间部分的光线112，使中间光线112无法射入聚光镜120。而光源110所发射出的周围部分的光线114具有高倾斜角度，并可射入聚光镜120。

穿透通过聚光镜120的光线114均匀地照射样品，其中只有被样品散射或衍射的光线116才可进入物镜150成像。而原来高倾斜角度的光线则不会进入物镜150造成噪声光。如此一来，暗视野显微镜100所呈现的影像为黑暗的背景及明亮的样品，以使样品影像更加地清晰。然而，传统的暗视野显微镜100具有以下缺点：

第一、低亮度(Low brightness)。为了使呈现的影像具有高对比度，挡光片130阻挡大部分的光线112。如此一来，光源110所发射出的光线中，仅有少部分具有高倾斜角度的光线114可进入聚光镜120并照射到样品，而使得光损失率高达80％。此外，由于光损失率相当高，使得照射到样品的光源减少，且样品影像的亮度也相对地降低。

第二、低倍率(Low magnification)及低分辨率(Low resolution)。由于需避免未被样品散射或衍射(绕射)的光线进入物镜150，因此物镜150的数值孔径(Numerical Aperture，NA)需小于聚光镜120的数值孔径。为了达到物镜150的数值孔径小于聚光镜120的数值孔径，传统的暗视野显微镜100降低物镜150的倍率。这样，大幅地降低了影像放大的倍率及光学分辨率。

发明内容

本发明涉及一种光源模块、光镊夹产生装置及暗视野显微镜，将光束引导成中空的环状光，并通过环状光穿透通过聚光构件后聚焦于检测试件上。由此，以提高光使用率。

根据本发明的第一方面，提供了一种光源模块，适用于暗视野显微镜并用来照射检测试件。光源模块包括光束、反射构件及聚光构件。光束具有多条光线。反射构件用来将沿初始方向行进的这些光线反射成实质上沿初始方向行进的环状光。环状光是中空的，并穿透通过聚光构件且聚焦于检测试件上。穿透通过聚光构件的部分环状光被检测试件散射。

在本发明所述的光源模块中，该环状光从邻近聚光构件的边缘处穿透通过该聚光构件。

在本发明所述的光源模块中，该反射构件包括：第一反射元件，具有第一反射面及光轴，该光轴平行于初始方向；以及第二反射元件，具有第二反射面，该第一反射面朝向该第二反射面；其中，沿该初始方向行进的各条光线由第一反射面朝远离光轴的反射方向反射至第二反射面，并被第二反射面反射至初始方向，以形成环状光。

在本发明所述的光源模块中，该反射方向实质上垂直于该初始方向。

在本发明所述的光源模块中，在具体实施例中，该第一反射元件呈锥型，且该第二反射元件呈灯罩型。

在本发明所述的光源模块中，在具体实施例中，该第一反射元件及该第二反射元件的镀膜材料为介电材料(Dielectric material)。

本发明所述的光源模块还用来在检测试件中提供具有动量的光镊夹，其中部分的光线为激光，该环状光穿透通过聚光构件并聚焦于检测试件上，以形成该具有动量的光镊夹。

本发明所述的光源模块还包括消色差透镜，用来校正射入该反射构件前的激光的色差。

本发明所述的光源模块还包括：分色镜(dichroic mirror)，用来过滤射入该反射构件前的激光的波长。

在本发明所述的光源模块中，该聚光构件的数值孔径实质上为1.3。

根据本发明的第二方面，提出一种光镊夹产生装置，用来在检测试件中提供具有动量的光镊夹。光镊夹产生装置包括光束、反射构件及聚光构件。光束具有多条激光。反射构件用来将沿初始方向行进的这些激光反射成实质上沿初始方向行进的环状光。环状光是中空的。环状光穿透通过聚光构件并聚焦于检测试件上，以形成具有动量的光镊夹。

在本发明所述的光镊夹产生装置中，在具体实施例中，该环状光由邻近聚光构件的边缘处穿透通过该聚光构件。

在本发明所述的光镊夹产生装置中，该反射构件包括：第一反射元件，具有第一反射面及光轴，该光轴平行于该初始方向；以及第二反射元件，具有第二反射面，该第一反射面朝向该第二反射面；其中，沿该初始方向行进的各条激光由该第一反射面朝远离该光轴的反射方向反射至该第二反射面，并由该第二反射面被反射至该初始方向，以形成环状光。

在本发明所述的光镊夹产生装置中，该反射方向实质上垂直于该初始方向。

在本发明所述的光镊夹产生装置中，在具体实施例中，该第一反射元件呈锥型，且该第二反射元件呈灯罩型。

在本发明所述的光镊夹产生装置中，在具体实施例中，该第一反射元件及该第二反射元件的镀膜材料为介电材料(Dielectricmaterial)。

在本发明所述的光镊夹产生装置中，该光束还包括多条照明光，该环状光穿透通过聚光构件并聚焦于检测试件上，且穿透通过该聚光构件的部分该环状光被该检测试件散射。

本发明所述的光镊夹产生装置还包括：消色差透镜，用来校正射入该反射构件前的多条激光的色差。

本发明所述的光镊夹产生装置还包括：分色镜，用来过滤射入该反射构件前的多条激光的波长。

在本发明所述的光镊夹产生装置中，该聚光构件的数值孔径实质上为1.3。

本发明还提供了一种暗视野显微镜，用来观察检测试件，该暗视野显微镜包括：物镜、承载台和光源模块；其中，承载台用来承载该检测试件；光源模块，该承载台设置于该物镜与该光源模块之间，该光源模块用来照射该检测试件，所述光源模块包括：光束、反射构件和聚光构件，该光束具有多条光线；该反射构件用来将沿初始方向行进的这些光线反射成实质上沿该初始方向行进的环状光，该环状光是中空的；聚光构件，该环状光穿透通过该聚光构件并聚焦于该检测试件上，且穿透通过该聚光构件的部分该环状光被该检测试件散射以成像于该物镜。

在本发明所述的暗视野显微镜中，该环状光从邻近该聚光构件的边缘处穿透通过该聚光构件。

在本发明所述的暗视野显微镜中，该反射构件包括：第一反射元件，具有第一反射面及光轴，该光轴平行于该初始方向；以及第二反射元件，具有第二反射面，该第一反射面朝向该第二反射面；其中，沿该初始方向行进的各条光线由该第一反射面朝远离该光轴的反射方向反射至该第二反射面，并由该第二反射面被反射至该初始方向，以形成环状光。

在本发明所述的暗视野显微镜中，该反射方向实质上垂直于该初始方向。

在本发明所述的暗视野显微镜中，在具体实施例中，该第一反射元件呈锥型，且该第二反射元件呈灯罩型。

在本发明所述的暗视野显微镜中，在具体实施例中，该第一反射元件及该第二反射元件的镀膜材料为介电材料(Dielectricmaterial)。

在本发明所述的暗视野显微镜，其中，该光源模块还用来在该检测试件中提供具有动量的光镊夹，其中部分的光线为激光，该环状光穿透通过该聚光构件并聚焦于该检测试件上，以形成该具有动量的光镊夹。

在本发明所述的暗视野显微镜中，该光源模块还包括：消色差透镜，用来校正射入该反射构件前的多条激光的色差。

在本发明所述的暗视野显微镜中，该光源模块还包括：分色镜，用来过滤射入该反射构件前的多条激光的波长。

在本发明所述的暗视野显微镜中，该聚光构件的数值孔径实质上为1.3。

为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1示出了传统的暗视野显微镜的示意图。

图2示出了根据本发明优选实施例的一种暗视野显微镜的剖面示意图。

图3示出了图2照明光及反射构件的立体示意图。

具体实施方式

本发明的光源模块、光镊夹产生装置及暗视野显微镜是将光束引导成中空的环状光，以照射检测试件、提供光镊夹，或同时照射检测试件并提供光镊夹。现举实施例分别说明如下。

照射检测试件

请参照图2，其示出了依照本发明优选实施例的一种暗视野显微镜的剖面示意图。暗视野显微镜200用来观察检测试件201，并包括物镜210、承载台220以及光源模块230。承载台220用来承载检测试件201，并设置于物镜210及光源模块230之间。光源模块230用来照射检测试件201，并包括光束240、反射构件250及聚光构件260。

光束240具有多条光线。这些光线例如是包括波长约为430～680nm的照明光241。反射构件250用来将沿初始方向BD行进的照明光241反射成实质上沿初始方向BD行进的环状光CL。环状光CL是中空的。环状光CL穿透通过聚光构件260并聚焦于检测试件201上。优选地，环状光CL从邻近聚光构件260的边缘处穿透通过聚光构件260。穿透通过聚光构件260的部分环状光CL被检测试件201散射成散射光243，以成像于物镜210。

如此一来，使用者可透过物镜210观看到与背景亮度具有相当大的对比的检测试件201的影像。此外，暗视野显微镜200可将所有光线引导至聚光构件260的外围来照射检测试件201，使得光损失率大幅地降低，大约降低至5％。

请参照图3，其示出了图2的照明光及反射构件的立体示意图。反射构件250包括第一反射元件251及第二反射元件252。第一反射元件251例如呈锥型，并具有第一反射面253及光轴LX。光轴LX平行于初始方向BD。第二反射元件252例如呈灯罩型，并具有第二反射面254。第一反射面253朝向第二反射面254。沿初始方向BD行进的每条照明光241由第一反射面253朝远离光轴LX的反射方向(未示出)反射至第二反射面254，并由第二反射面254被反射至初始方向BD，以形成环状光CL。反射方向实质上垂直于初始方向BD。

第一反射元件251与第二反射元件252的镀膜材料优选地为介电材料(Dielectric material)，以具有较好的反射光线的能力。在本实施例中，反射构件250是以包括第一反射元件251及第二反射元件252为例作说明，但并非用以限定于此。在实际应用时，只要可将光线引导成环状光CL的反射构件250都可应用于此。

在本实施例中，聚光构件260的数值孔径实质上为1.3，使环状光CL以极高倾斜角度照射于检测试件201。如此一来，以提高检测试件201影像的对比度与分辨率，并提高放大倍率。

提供光镊夹

光源模块230还用来在检测试件201中提供具有动量的光镊夹，以构成光镊夹产生装置。如图2所示，光束240的光线例如是包括波长约为1064nm的激光242。反射构件250将沿初始方向BD行进的激光242反射成实质上沿初始方向BD行进的中空的环状光CL。环状光CL穿透通过聚光构件260并聚焦于检测试件201上，以提供检测试件201的粒子或细胞具有动量的光镊夹。由此，以捕捉、操控或搬运检测试件201的粒子或细胞。

由于光镊夹是一种非机械式的操控技术，因此对于检测试件201的粒子或细胞不具侵入性及破坏性。此外，反射构件250将激光242引导成中空的环状光CL，使得环状光CL从邻近聚光构件260边缘处射入聚光构件260。由此，以提供较大的梯度力来捕捉、操控或搬运检测试件201的粒子或细胞。

此外，聚光构件260的数值孔径实质上为1.3，使得具有激光的环状光CL以相当大的倾斜角度聚焦于检测试件201，以提供具有极大的动量的光镊夹。

优选地，光源模块230具有分色镜(dichroic mirror)270，用来反射具有特定波长的光。在本实施例中，分色镜270用来反射波长实质上为1064nm的激光242，以过滤射入反射构件250前的激光242的波长。

同时照射检测试件并提供光镊夹

光源模块230还可用来同时照射检测试件201，并在检测试件201中提供光镊夹。也就是，沿初始方向BD行进的光线同时包括照明光241及激光242，如图2所示。反射构件250将照明光241及激光242反射成实质上沿初始方向BD行进的中空的环状光CL。具有照明光241及激光242的环状光CL穿透通过聚光构件260并聚焦于检测试件201上，使部分的环状光CL被检测试件201散射成散射光243以成像物镜210，并同时提供检测试件201光镊夹。

不同波长的光具有不同的聚光效果。因此，具有照明光241及激光242的环状光CL聚焦于检测试件201上时，具有不同的聚焦点。因此在本实施例中，光源模块230具有消色差透镜280，用来校正射入反射构件250前的激光242的色差。由此，使照明光241及激光242聚焦于同一聚焦点上。

本发明上述实施例所披露的光源模块、光镊夹产生装置及暗视野显微镜，是将光束引导成中空的环状光并通过此环状光穿透通过聚光构件后聚焦于检测试件上，以使得使用者观看到与背景亮度具有相当大的对比的检测试件的影像。再者，可有效地利用光束的所有光线来照射检测试件或提供光镊夹，以降低光损失率。此外，由于环状光穿透数值孔径实质上为1.3的聚光构件，使得环状光以极高倾斜角度照射于检测试件。如此一来，以提高放大检测试件影像的倍率，或提供具有极大的动量的光镊夹。

综上所述，虽然本发明已披露了上述优选实施例，但其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应可作各种更改与修饰。因此，本发明的保护范围应视所附的权利要求所限定的为准。

主要组件符号说明

100、200：暗视野显微镜 110：光源

112、114、116：光线 120：聚光镜

130：挡光片 140、220：承载台

150、210：物镜 201：检测试件

230：光源模块 240：光束

241：照明光 242：激光

243：散射光 250：反射构件

251：第一反射元件 252：第二反射元件

253：第一反射面 254：第二反射面

260：聚光构件 270：分色镜

280：消色差透镜 BD：初始方向

CL：环状光 LX：光轴。

Claims

1.一种光源模块，适用于暗视野显微镜，所述光源模块用来照射检测试件，并包括：

光束，具有多条光线；

反射构件，用来将沿初始方向行进m²的所述光线反射成实质上沿所述初始方向行进的环状光，所述环状光是中空的；以及

聚光构件，所述环状光穿透通过所述聚光构件并聚焦于所述检测试件上，且穿透通过所述聚光构件的部分所述环状光被所述检测试件散射。

2.根据权利要求1所述的光源模块，其中，所述环状光从邻近所述聚光构件的边缘处穿透通过所述聚光构件。

3.根据权利要求1所述的光源模块，其中，所述反射构件包括：

第一反射元件，具有第一反射面及光轴，所述光轴平行于所述初始方向；以及

第二反射元件，具有第二反射面，所述第一反射面朝向所述第二反射面；

其中，沿所述初始方向行进的所述各条光线由所述第一反射面朝远离所述光轴的反射方向反射至所述第二反射面，并被所述第二反射面反射至所述初始方向，以形成所述环状光。

4.根据权利要求3所述的光源模块，其中，所述反射方向实质上垂直于所述初始方向。

5.根据权利要求3所述的光源模块，其中，所述第一反射元件呈锥型，且所述第二反射元件呈灯罩型。

6.根据权利要求3所述的光源模块，其中，所述第一反射元件及所述第二反射元件的镀膜材料为介电材料。

7.根据权利要求1所述的光源模块，还用来在所述检测试件中提供具有动量的光镊夹，其中部分的所述光线为激光，所述环状光穿透通过所述聚光构件并聚焦于所述检测试件上，以形成所述具有动量的所述光镊夹。

8.根据权利要求1所述的光源模块，其中，所述聚光构件的数值孔径实质上为1.3。

9.一种光镊夹产生装置，用来在检测试件中提供具有动量的光镊夹，所述光镊夹产生装置包括：

光束，具有多条激光；

反射构件，用来将沿初始方向行进的所述多条激光反射成实质上沿所述初始方向行进的环状光，所述环状光是中空的；以及

聚光构件，所述环状光穿透通过所述聚光构件并聚焦于所述检测试件上，以形成具有动量的所述光镊夹。

10.一种暗视野显微镜，用来观察检测试件，所述暗视野显微镜包括：

物镜；

承载台，用来承载所述检测试件；以及

光源模块，所述承载台设置于所述物镜及所述光源模块之间，所述光源模块用来照射所述检测试件，并包括：

光束，具有多条光线；

反射构件，用来将沿初始方向行进的所述光线反射成实质上沿所述初始方向行进的环状光，所述环状光是中空的；及

聚光构件，所述环状光穿透通过所述聚光构件并聚焦于所述检测试件上，且穿透通过所述聚光构件的部分所述环状光被所述检测试件散射以成像于所述物镜。