CN105549191A - 显微镜模块及显微镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明的题目是显微镜模块及显微镜装置。本发明揭露一种显微镜模块。显微镜模块包括一光源组件、一取样组件以及一光扩散元件。光源组件具有一光源及一导光元件。光源邻设于导光元件的入光端。取样组件具有一盖体及一基体。盖体与基体结合以定义出一样品容置空间，样品容置空间位于导光元件的出光端。光扩散元件设置于光源与样品容置空间的间，光源所发射出的光线穿过光扩散元件后，入射至样品容置空间。本发明亦揭露一种显微镜装置。

Description

显微镜模块及显微镜装置

技术领域

本发明是关于一种显微镜模块及显微镜装置。

背景技术

显微镜搭配载玻片(slideglass)或细胞计数盘(cellcounter)，是一种用来观察或量测细胞、检体等样品的传统装置，尤其应用在基础生物学、生医研究和材料科学方面。然而，大部分显微镜的主要结构是于一基座上设有悬臂，并于悬臂顶端设一装置有物镜的上托架，上托架底部配置一有复数物镜的旋转台，并于旋转台下设有一对应物镜的平台，藉此以转动旋转台，使其中一物镜对至平台，并由目镜观察样品的细微结构。此种显微镜虽同样能兼具放大及焦距调整的功能，但其机构较为复杂且难以携带。另外，使用者也需要经过专业的训练学习如何操作，且大部分皆必须在实验室内执行，不适合非专业人员操作执行。

因此，可携带式的显微镜模块就顺应了这个趋势而产生，其可与行动电话、平板电脑、相机或笔记型电脑等可携式电子装置所具有的影像撷取模块组合使用，亦即将显微镜模块设置于可携式电子装置的镜头外侧。而显微镜模块具有透镜组件，与可携式电子装置组合后，透镜组件是位于靠近可携式电子装置的一侧，样品则摆放在透镜组件的另一侧。当光线入射至样品，使用者可透过可携式电子装置的影像撷取模块以观察细胞、或检体等样品。

然而，此种类型的显微镜模块必须另外提供光源，而外部的光源入射至样品上会产生阴影，即便将光源设置于显微镜模块内，但由于光源为点光源或线光源，故仍会产生样品中心部分较亮，而周围处较暗的光亮度分布不均匀的弊端。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种便于携带的显微镜模块及显微镜装置，且可改善光源不足及克服光线照射至样品后，而可能产生的阴影或局部光线不足等不均匀的问题，以进一步提升影像的质量。

为达上述目的，本发明提供一种显微镜模块，包括一光源组件、一取样组件以及一光扩散元件。光源组件具有一光源及一导光元件，光源邻设于导光元件的一入光端。取样组件具有一盖体及一基体，盖体与基体结合以定义出一样品容置空间，样品容置空间位于导光元件的一出光端。光扩散元件设置于光源与样品容置空间的间，其中光源所发射出的光线穿过光扩散元件后，入射至样品容置空间。

为达上述目的，本发明另提供一种显微镜装置，包括显微镜模块以及一影像撷取模块。显微镜模块包括一光源组件、一取样组件、一光扩散元件及一透镜组件。光源组件具有一光源及一导光元件，光源邻设于导光元件的一入光端。取样组件具有一盖体及一基体，盖体与基体结合以定义出一样品容置空间，样品容置空间位于导光元件的一出光端。光扩散元件设置于光源与样品容置空间之间，其中光源所发射出的光线穿过光扩散元件后，入射至样品容置空间。透镜组件具有至少一透镜和一壳体，壳体对应于样品容置空间具有一开口，透镜设置于开口。影像撷取模块包括一镜头单元及一处理单元。镜头单元与透镜对准并协同取得一取样影像。处理单元耦接镜头单元，并接收取样影像以执行影像处理程序。

在一实施例中，导光元件具有一第一空腔，光扩散元件设置于导光元件的第一空腔内。

在一实施例中，导光元件为一实心柱，光扩散元件设置于导光元件的入光端或出光端。

在一实施例中，光扩散元件为一光学透镜，且光扩散元件与光源连结。

在一实施例中，其中显微镜模块更包括一透镜组件，具有至少一透镜和一壳体，壳体对应于样品容置空间具有一开口，透镜设置于开口。

在一实施例中，壳体与光源组件结合以形成一第二空腔，取样组件与光扩散元件设置于第二空腔。

在一实施例中，取样组件的盖体呈一杯状且具有一容置空间，基体至少部分容置于容置空间。

在一实施例中，盖体与基体具有相同的中心轴以相互套合。

在一实施例中，基体也呈一杯状且卡合于盖体的容置空间内，以定义出样品容置空间。

在一实施例中，取样组件更具有一微结构，微结构位于盖体与基体之间。

承上所述，依据本发明的显微镜模块及显微镜装置，其藉由取样组件的设计，可以简便的方式直接以基体沾取样品，并将样品容置在盖体与基体所定义出的样品容置空间中。而光源邻设于导光元件的入光端，其可改善习知外接光源而可能产生光源不足的问题。另外，光扩散元件设置于光源与样品容置空间之间的设计，使光源所发射出的光线可透过光扩散元件，先形成均匀的光源后再入射至样品容置空间，以避免光亮度分布不均匀的情形，并可克服光线照射至样品后，而可能产生的阴影或局部光线不足等问题。此外，显微镜模块与可携式电子装置的影像撷取模块配合使用，更可进一步提升影像的质量。

附图说明

图1为本发明的一实施例的一显微镜模块的剖面示意图。

图2为图1所示的显微镜模块的分解示意图。

图3为图1所示的基体用于取样的操作示意图。

图4为图1所示的取样组件与光源组件的立体剖面示意图。

图5为本发明的光扩散元件另一实施态样的示意图。

图6为本发明的导光元件另一实施态样的示意图。

图7为本发明的导光元件又一实施态样的示意图。

图8为图1所示的显微镜模块与影像撷取模块组合使用的示意图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种显微镜模块及显微镜装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

图1为本发明的一实施例的一显微镜模块的剖面示意图，图2为图1所示的显微镜模块的分解示意图，请同时参考图1及图2所示。本实施例的显微镜模块MS，包括一光源组件1、一取样组件2以及一光扩散元件3。

光源组件1具有一光源11及一导光元件12，光源11邻设于导光元件12的入光端121，而光源11所产生的光线可透过导光元件12而导引至导光元件12的出光端122。其中，光源11可为发光二极管、雷射二极管或是荧光灯等光源，其发出的波长可包含可见光及或不可见光，例如为红外线或荧光。

取样组件2是为可透光的材质，其具有一盖体21及一基体22，盖体21与基体22相互结合以定义出一样品容置空间S1，以储存样品，且样品容置空间S1位于导光元件12的出光端122。

光扩散元件3则设置于光源11与样品容置空间S1的间，使光源11所发射出的光线穿过光扩散元件3后，再入射至样品容置空间S1。而光源11所发射出的光线经光扩散元件3后可使光线更均匀的分布，故可均匀的照射于样品容置空间S1，即可使样品容置空间S1所具有的样品被均匀的光线照射。以下，将进一步详述本实施例的显微镜模块MS的各组件的细节特征，及其操作方式。

首先，取样组件2用以沾取样品，如自然界的物质、检体中的动物细胞(animalcells)或植物细胞(plantcells)等。本实施例的取样组件2是由构形可相互配合的盖体21与基体22所共同组成，例如，盖体21与基体22可具有相同的中心轴X(如图1所示)，使盖体21与基体22得以相互套合。于此，以盖体21及基体22具有类似的形状为例，例如为杯状。当盖体21套设于基体22时，盖体21与基体22同轴地对准。详细而言，本实施例的盖体21可具有第一顶部211及第一侧壁部212，而第一侧壁部212自第一顶部211的周缘延伸，即第一侧壁部212环绕第一顶部211，以形成杯状的结构，使得盖体21具有一容置空间S2。而基体22则具有第二顶部221及第二侧壁部222，且第二侧壁部222自第二顶部221的周缘延伸，同样形成杯状的结构。其中，第一顶部211及第二顶部221可以是圆形或多边形的平坦部，以形成不同形状的杯状结构，而本实施例是以圆形的杯状结构为例说明。由于盖体21及基体22均为出光端的截面积小于入光端的截面积，因此于二者套合时，基体22的第二顶部221会卡合于盖体21的容置空间S2，以定义出样品容置空间S1。另外，第一顶部211的周长可大于第二顶部221的周长，使基体22的第二顶部221可由盖体21的容置空间S2而与盖体21套合，此时，基体22至少部分容置于盖体21的容置空间S2，以定义出样品容置空间S1。

在本实施例中，当盖体21与基体22相互套合时，基体22可卡合于盖体21的容置空间S2内。由于本实施例的盖体21与基体22皆呈杯状的结构，可藉由将第二侧壁部222邻近杯状开口端的外径设计成实质上等于第一侧壁部212邻近杯状开口端的内径(如图1所示)，使盖体21与基体22相互套合时，基体22可刚好卡合于盖体21的容置空间S2内。在其它实施例中，亦可于第一侧壁部212及第二侧壁部222邻近杯状开口端处，形成可相互配合的结构，例如可相互配合凹部及凸部，并藉由可相互配合的结构达到卡合的效果，本发明并不限制。较佳的，本实施例的第一顶部211及第二顶部221之间的距离可以是介于0.1μm～500μm之间，第一顶部211的厚度可以是介于100μm～1000μm之间。

另外，本实施例的取样组件2更可具有一微结构23，微结构23位于盖体21与基体22之间，而微结构23可设置于盖体21或基体22，本实施例并不限制。亦即，微结构23可设置于盖体21且位于样品容置空间S1的一侧；或是设置于基体22且位于样品容置空间S1的一侧。本实施例的微结构23为凸缘的结构，并设置于第二顶部221于样品容置空间S1该侧的周缘。换言之，本实施例的微结构23环绕第二顶部221的周缘设置，故当盖体21与基体22相互套合后，微结构23可辅助定义出样品容置空间S1。

图3为图1所示的基体用于取样的操作示意图，请参考图3所示。在取样的操作上，可直接以基体22的第二顶部221与样品接触，甚或可浸泡于液态的样品中。由于样品的表面张力，可使样品直接被吸附在第二顶部221的外侧表面上，而微结构23设置于第二顶部221的周缘，更可保护样品以避免样品的外露。同时，微结构23的构形与设置位置同时可决定样本的体积量。较佳的，微结构23的厚度d可以是介于0.1μm～500μm之间，而微结构23于第二顶部221所形成的面积，约等于样品容置空间S1的截面积可介于50mm2及400mm2之间。当然，在其它实施例中，微结构23亦可以为复数个凸部不连续的设置于盖体21或基体22，同样可达到辅助定义出样品容置空间S1的功效，本发明并不限制。

图4为图1所示的取样组件与光源组件的立体剖面示意图，请同时参考图1及参考图4所示，当基体22取样完成后，可将盖体21与基体22套合以形成取样组件2，使样品被限制在由第一顶部211、第二顶部221及微结构23所定义出的样品容置空间S1内(样品容置空间S1请参考图1所示)，其可避免取样组件2中的样品被污染或外漏等情形。接着，再将取样组件2的基体22套合于光源组件1的导光元件12，故基体22的内侧与导光元件12套合，而基体22的外侧则与盖体21套合。当然，在操作上，亦可先将基体22的内侧与导光元件12套合后，可手持光源组件1的底端并以基体22进行取样。须注意的是，本实施例的光源组件1更可具有一基座13，除了可利用基座13的内部可容置供光源11发光的电源供应器以外，基座13的部分可供使用者拿取，更便于进行取样操作。取样后再将盖体21与基体22套合，其中，光源11及第二顶部221之间的距离可以是介于0.1cm～10cm之间。此时，光源组件1的光源11所产生的光线可经由导光元件12射至样品容置空间S1，以照射于样品。

请同时参考图1及图4所示，本实施例的导光元件12具有一第一空腔123，于构形上，本实施例的导光元件12可以为中空的管体，光扩散元件3则设置于第一空腔123内。光源11设置于第一空腔123且邻近于入光端121，而导光元件12的入光端121与基座13连接，出光端122则为开口的结构且开口朝向样品容置空间S1，使光源11所产生的光线入射导光元件12是由入光端121并穿过光扩散元件3后而射至出光端122，再射至样品容置空间S1。另外，本实施例的光扩散元件3可以为光扩散膜(diffuserfilm)或光扩散板(diffuserplate)，本发明并不限制，仅需设置于光源11与样品容置空间S1之间。在本实施例中，导光元件12的内侧壁可形成供光扩散元件3置放的凹槽结构，使光扩散元件3可设置于第一空腔123内，且本实施例的光扩散元件3与导光元件12的内侧壁之间的夹角实质上为直角。当然，本发明并不限制光扩散元件3与导光元件12的内侧壁之间的夹角角度，光扩散元件3仅需设置于导光元件12的第一空腔123内，并可使光源11所产生的光线先穿过光扩散元件3后再入射至样品容置空间S1。光扩散元件3可将光源11所产生的光线扩散，能使线光源或点光源分布成均匀的面光源，其中，本实施例的光源11是以点光源的发光二极管(LED)为例。因此，光源11所产生的光线经过光扩散元件3后，可先形成均匀的光源后再入射至样品容置空间S1，以避免光亮度分布不均匀的情形。

图5为本发明的光扩散元件另一实施方式的示意图，需说明的是，本实施例是为光扩散元件3a的变化态样，故光源组件1与取样组件2的标号沿用前述的实施例。请参考图5所示，在本实施例中，光扩散元件3a亦可为一光学透镜(lens)，且光扩散元件3a与光源11连结。具体而言，光扩散元件3a是环绕光源11设置，亦即，光扩散元件3a包覆并保护光源11，并使光源11所产生的光线可先入射至光学透镜(光扩散元件3a)，并可于光学透镜(光扩散元件3a)的内部进行多次反射，以将光线均匀化，即使光线可均匀的自光学透镜(光扩散元件3a)射出，再入射至样品容置空间S1，同样可达到避免光亮度分布不均匀的功效。

另外，本发明亦不限制导光元件的构形，图6为本发明的导光元件另一实施态样的示意图，而需说明的是，本实施例为光源组件及光扩散元件的变化态样，故取样组件2的标号沿用前述的实施例。请参考图6所示，在本实施例中，光源组件1b的导光元件12b亦可以为实心柱，其于光源11b的位置对应形成凹部124b，以容置光源11b。光扩散元件3b可设置于导光元件12b的入光端121a或出光端122b，而本实施例是以设置于导光元件12b的出光端122b为例说明。因此，光源11b所产生的光线可自导光元件12b的入光端121b射至出光端122b，并于出光端122b经由光扩散元件3b以形成均匀的光源，进而再入射至样品容置空间S1。在其它实施例中，亦可将光扩散元件3b嵌合在导光元件12b内部，或是形成ㄇ字形的光扩散元件(其构型可先参考图7的光扩散元件3c)并设置于凹部124b内，进而可将光扩散元件3b设置于入光端121b。不论光扩散元件3b设置于导光元件12b的出光端122b或入光端121b，其皆可达到避免光亮度分布不均匀的功效。

图7为本发明的导光元件又一实施态样的示意图，如图7所示，本实施例的导光元件12c亦可以为空心柱的结构，而光扩散元件3c亦可设置于导光元件12c的入光端121c或出光端122c，本实施例的光扩散元件3c是以设置于导光元件12c的入光端121c为例说明。本实施例的光扩散元件3c是为ㄇ字形的结构设置在光源11c的周缘，使光源11c所产生的光线可直接于入光端121c经光扩散元件3c形成均匀的光源，而均匀的光源通过出光端122c后，直接入射至样品容置空间S1。在其它实施例中，光扩散元件3c亦可嵌合在空心柱的导光元件12c内部，或是直接设置在导光元件12c的出光端122c，本发明并不限制。

另外，前述的盖体21、基体22及导光元件12(12b、12c)皆可藉由塑料射出成型制成，且其材质可为玻璃、PS塑料、压克力(PMMA)、PC塑料或COC(cycloolefincoplymer)塑料。因此，取样组件2及导光元件12(12b、12c)的制造成本可以是相当低的。

再请参考图1所示，在本实施例中，显微镜模块MS更包括一透镜组件4，当透镜组件4与光源组件1及取样组件2组合后，透镜组件4设置于取样组件2的外侧。透镜组件4具有至少一透镜41和一壳体42。壳体42对应于样品容置空间S1具有一开口421，透镜41设置于开口421。具体而言，本实施例的壳体42可为中空筒状的结构，并可套设于取样组件2的外侧，使透镜41位于取样组件2的外侧并对应于样品容置空间S1。壳体42相对于开口421的一侧具有第一锁合结构422，而光源组件1的基座13具有对应的第二锁合结构131，亦即第一锁合结构422与第二锁合结构131为可相互配合的结构，例如可相互配合的凹部及凸部、螺纹、卡勾及卡槽等，而本实施例是以相互配合的公母螺纹为例，使透镜组件4的壳体42可以螺锁的方式与光源组件1固定。而当壳体42与光源组件1结合后，形成一第二空腔43，并使取样组件2与光扩散元件3设置于第二空腔43，且容置透镜41的开口421位置对应于样品容置空间S1，使得光源11所产生的光线经光扩散元件3及样品容置空间S1入射至透镜41。本实施例的显微镜模块MS可与影像撷取模块组合使用，并于影像撷取模块端形成影像。

图8为图1所示的显微镜模块与影像撷取模块组合使用的示意图，请参考图8所示。本实施例的显微镜模块MS可与影像撷取模块5组合使用，而影像撷取模块5可设立于一可携式电子装置，例如具有照相功能的行动电话、平板电脑、相机或笔记型电脑，亦即本实施例的显微镜模块MS可直接与可携式电子装置本身所具有的影像撷取模块配合使用。显微镜模块MS可透过设置于显微镜模块MS及影像撷取模块5之间的固定组件(例如具有卡合结构的外壳)而可固定于影像撷取模块5上，亦可与影像撷取模块5分离，仅将显微镜模块MS摆设于影像撷取模块5。显微镜模MS被应用来取得放大的样品影像，以提供至影像撷取模块5。

具体而言，影像撷取模块5包括一镜头单元51、一处理单元52及一显示单元53，处理单元125耦接于镜头单元51及显示单元53。当显微镜模块MS与影像撷取模块5组合时，透镜41与镜头单元51同轴地对准。较佳的，显微镜模块MS的放大率可以是介于0.1及2之间，且其视野范围(fieldofview，缩写为FOV)可介于0.1mm2～100mm2之间，需注意的是此处的放大率(magnificationratio)并不限于前述特定例子。在一实施例中，透镜41及镜头单元51可彼此协同操作以进行对焦及放大位于取样组件2中的一放大后的样品的影像，于本实施例中是称取样影像。镜头单元51取得一取样影像后，透过处理单元52执行影像处理程序，并可由显示单元53显示取样影像，即经显微镜模块MS放大后的样品影像，令使用者可直接在影像撷取模块5端，观察经显微镜模块MS放大后的样品影像。在其它实施例中，显示单元53并非影像撷取模块5中的必要组件，影像撷取模块5更可藉由传输单元传送出经处理单元52处理后的影像数据，本发明并不限制。

另外，本发明另提供一种显微镜装置，其包括显微镜模块以及一影像撷取模块。关于显微镜模块的各组件及其连结关系的技术特征可参考前述实施例的显微镜模块MS，而影像撷取模块亦可参考前述显微镜模块MS与影像撷取模块5组合使用的相关内容，于此不加赘述。

综上所述，依据本发明的显微镜模块及显微镜装置，其藉由取样组件的设计，可以简便的方式直接以基体沾取样品，并将样品容置在盖体与基体所定义出的样品容置空间中。而光源邻设于导光元件的入光端，其可改善习知外接光源而可能产生光源不足的问题。另外，光扩散元件设置于光源与样品容置空间之间的设计，使光源所发射出的光线可透过光扩散元件，先形成均匀的光源后再入射至样品容置空间，以避免光亮度分布不均匀的情形，并可克服光线照射至样品后，而可能产生的阴影或局部光线不足等问题。此外，显微镜模块与可携式电子装置的影像撷取模块配合使用，皆可更进一步提升影像的质量。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求中。

Claims (12)

1.一种显微镜模块，包括：

一光源组件，其具有一光源及一导光元件，所述光源邻设于所述导光元件的一入光端；

一取样组件，其具有一盖体及一基体，所述盖体与所述基体结合以定义出一样品容置空间，所述样品容置空间位于所述导光元件的一出光端；以及

一光扩散元件，其设置于所述光源与所述样品容置空间之间，

其中所述光源所发射出的光线穿过所述光扩散元件后，入射至所述样品容置空间。

2.根据权利要求1所述的显微镜模块，其中所述导光元件具有一第一空腔，所述光扩散元件设置于所述导光元件的所述第一空腔内。

3.根据权利要求1所述的显微镜模块，其中所述导光元件为一实心柱，所述光扩散元件设置于所述导光元件的所述入光端或所述出光端。

4.根据权利要求1所述的显微镜模块，其中所述光扩散元件为一光学透镜，且所述光扩散元件与所述光源连结。

5.根据权利要求1所述的显微镜模块，更包括：

一透镜组件，其具有至少一透镜和一壳体，所述壳体对应于所述样品容置空间具有一开口，所述透镜设置于所述开口。

6.根据权利要求1所述的显微镜模块，其中所述取样组件的所述盖体呈一杯状且具有一容置空间，所述基体至少部分容置于所述容置空间。

7.根据权利要求6所述的显微镜模块，其中所述盖体与所述基体具有相同的中心轴以相互套合。

8.根据权利要求6所述的显微镜模块，其中所述基体也呈一杯状且卡合于所述盖体的所述容置空间内，以定义出所述样品容置空间。

9.一种显微镜装置，其包括：

一显微镜模块，其包括：

一光源组件，其具有一光源及一导光元件，所述光源邻设于所述导光元件的一入光端；

一取样组件，其具有一盖体及一基体，所述盖体与所述基体结合以定义出一样品容置空间，所述样品容置空间位于所述导光元件的一出光端；

一光扩散元件，其设置于所述光源与所述样品容置空间之间，其中所述光源所发射出的光线穿过所述光扩散元件后，入射至所述样品容置空间；及

一透镜组件，其具有至少一透镜和一壳体，所述壳体对应于所述样品容置空间具有一开口，所述透镜设置于所述开口；以及

一影像撷取模块，其包括：

一镜头单元，与所述透镜对准并协同取得一取样影像；及

一处理单元，耦接所述镜头单元，并接收所述取样影像以执行影像处理程序。

10.根据权利要求9所述的显微镜装置，其中所述导光元件具有一第一空腔，所述光扩散元件设置于所述导光元件的所述第一空腔内。

11.根据权利要求9所述的显微镜装置，其中所述导光元件为一实心柱，所述光扩散元件设置于所述导光元件的所述入光端或所述出光端。

12.根据权利要求9所述的显微镜装置，其中所述光扩散元件为一光学透镜，且所述光扩散元件与所述光源连结。