CN106199940A - 光学影像扫描组件以及显微镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明可提供一种光学影像扫描组件，适于接收显微镜装置的光源提供的光线。光学影像扫描组件包括：第一扫描单元以及第二扫描单元。第一扫描单元具有第一扫描镜，第一扫描镜以第一共振频率沿第一方向绕轴转动。第二扫描单元具有第二扫描镜，第二扫描镜以第二共振频率沿第二方向绕轴转动，第一共振频率与第二共振频率不同。光线会入射至第一扫描镜并被反射至第二扫描镜，且光线会被第二扫描镜反射，以入射至显微镜装置的物镜模块。

Description

光学影像扫描组件以及显微镜装置

技术领域

本发明关于一种光学影像扫描组件，特别是一种可应用于显微镜装置的光学影像扫描组件。

背景技术

显微技术为利用光学原理对物体表面的进行观测，且随着观测以及纳米尺寸产品的问世，显微技术应用的范畴可粗分成电子显微镜以及光学显微镜，前者以电子本身的短波长特性以观测微小的晶体构造，而后者则是以光学透镜的方式将待测物的影像放大。

光学显微镜中更以雷射扫描共轭显微镜装置(Laser scanning confocalmicroscope)为近年倍受注目的技术。共轭显微镜透过物镜、聚光透镜将光源提供的光线聚焦于待测物的表面，若待测物位于焦点上，其反射光则会再次汇聚于光源上，产生共焦现象。然而一般公知的共轭显微镜装置为了扫描不同的区域，则须通过调整物镜的方式改变其焦点位置，实非不便。调整物镜以改变焦点位置的作法不但需要应用到复杂的机构、增加量测的误差、更有降低量测速度等问题。

因此，如何提供一种结构简单、改善量测速度的光学影像扫描组件以及显微镜装置，乃是本领域急需解决的问题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一结构简单、改善量测速度且可应用于显微镜装置的光学影像扫描组件。

为达上述目的，依据本发明可提供一种光学影像扫描组件，适于接收显微镜装置的光源提供的光线。

光学影像扫描组件包括：第一扫描单元以及第二扫描单元。第一扫描单元具有第一扫描镜，第一扫描镜以第一共振频率沿第一方向绕轴转动。第二扫描单元具有第二扫描镜，第二扫描镜以第二共振频率沿第二方向绕轴转动，第一共振频率与第二共振频率不同。光线会入射至第一扫描镜并被反射至第二扫描镜，且光线会被第二扫描镜反射，以入射至显微镜装置的物镜模块。

本发明更可提供一种显微镜装置，其包括：光源、光学模块、光学影像扫描组件以及物镜模块。光源提供光线。光学模块具有多个光学镜片，且光学模块具有入光侧。光学影像扫描组件具有第一扫描单元以及第二扫描单元。第一扫描单元具有第一扫描镜，且第一扫描镜以第一共振频率沿第一方向绕轴转动。第二扫描单元具有第二扫描镜，且第二扫描镜以第二共振频率沿第二方向绕轴转动，第一共振频率与第二共振频率不同。光线会从入光侧进入光学模块，当光线通过光学模块后会入射至第一扫描镜并被第一扫描镜反射至第二扫描镜，且光线会被第二扫描镜反射至物镜模块，并在通过物镜模块后入射至待测物。

在实施例中，第一共振频率为16K赫兹。

在实施例中，第二共振频率为1K赫兹。

在实施例中，光学影像扫描组件进一步包括第三扫描单元，其包括第三扫描镜。第三扫描镜以第三共振频率沿第一方向绕轴转动，第三扫描单元配置在第一扫描单元与第二扫描单元之间。光线被第一扫描镜反射后将会入射至第三扫描镜，并被第三扫描镜反射至第二扫描镜。

在实施例中，第三共振频率与第二共振频率大致上相同。

在实施例中，第一方向与第二方向大致上彼此垂直。

在实施例中，光学影像扫描组件进一步包括控制单元，电性连接第一扫描单元和第二扫描单元，并输出第一控制信号和第二控制信号，以控制第一扫描镜和第二扫描镜转动。

在实施例中，第二扫描单元进一步包括致动器，第二扫描镜设置于致动器，且制动器电性连接控制单元，并依据第二控制信号而驱动第二扫描镜以第二方向绕轴转动。

在实施例中，第一扫描单元是微机电组件。

承上所述，本发明通过提供两个扫描单元，分别调整扫描位置以及扫描速度，进而提升扫描的弹性以及应用性。此外，本发明的光学影像扫描组件更可作一个额外的配件搭配既有的显微镜装置使用。由此，以达到提供一种结构简单、增加量测速度的光学影像扫描组件以及显微镜装置。

附图说明

图1A为本发明的光学影像扫描组件的实施例的示意图。

图1B为本发明的光学影像扫描组件的实施例的系统方块图。

图2为本发明光学影像扫描组件在实施例操作时监视器的扫描结果示意图。

图3为本发明光学影像扫描组件在实施例操作时监视器的又一扫描结果示意图。

图4为本发明的显微镜装置的实施例配置示意图。

图5为本发明的光学影像扫描组件的第一实施例立体示意图。

图6为本发明的光学影像扫描组件的第二实施例立体示意图。

图7为本发明的光学影像扫描组件的第三实施例立体示意图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明优选实施例的一种用于显微镜装置的光学影像扫描组件，其中相同的构件、步骤将以相同的附图标记加以说明。且，以下实施例及附图中，与本发明非直接相关的组件、步骤均已省略而未绘示；且附图中各组件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际比例。

请参考图1A以及图1B，图1A为本发明的光学影像扫描组件的实施例的示意图，图1B则为本发明的光学影像扫描组件的实施例的系统方块图。

本实施例的光学影像扫描组件1适于接收显微镜装置(图未示出)的光源提供的光线。本实施例的光学影像扫描组件1与显微镜装置的搭配可参考图4，但不以图4的搭配方式为限制。且，图面虽未画出，但光线可通过光纤进行传输。

光学影像扫描组件1包括：第一扫描单元11以及第二扫描单元12。第一扫描单元11具有第一扫描镜11a，以第一共振频率沿第一方向(X方向)绕轴转动。第二扫描单元12具有第二扫描镜12a，并且以第二共振频率沿第二方向(Y方向)绕轴转动。第一方向与第二方向并不相同，在本实施例中，第一方向与第二方向大致上彼此垂直，然而本发明并不以此为限。

在本实施例中，第二扫描单元12进一步包括致动器12b。其中，第二扫描镜12a设置于致动器12b，如此一来，致动器12b可以被驱动而带动第二扫描镜12a沿第二方向(Y方向)绕轴转动。

特别的是，第一共振频率与第二共振频率不同，故本实施例的第一扫描镜11a与第二扫描镜12a除了于不同的轴转动以外也能够以不同的频率转动。第二扫描镜12a可使得进入的光线在不同方向上振动，而第一扫描镜11a因其共振频率高于第二扫描镜12a，可调整第二扫描镜12a传递至第一扫描镜11a的光线的共振频率，并提高扫描速度。

本实施例的第一扫描单元11是微机电组件，进一步而言是一种微机电摆动式反射镜组件，例如共振镜组件或者可为旋转式多面镜(rotational polygonmirror)。另外，第二扫描单元12为电流镜(galvano mirror)单元。其中，第一扫描镜11a的第一共振频率为16K赫兹，而第二扫描镜12a的第二共振频率为1K赫兹。在本实施例中，可通过施加静电压至第一扫描单元11而使第一扫描镜11a以预定的频率振动。另外，通过调控传送至第二扫描单元12的电流的大小，就可以调整光线离开第二扫描镜12a后偏转的角度。在本实施例中，可通过第一扫描单元11的振动频率，而调整显微镜装置的扫描速度，另一方面可通过调整第二扫描单元12的第二扫描镜12a偏转的角度，来调整显微镜装置在第二方向(Y方向)上的扫描位置。

在本实施例中，光学影像扫描组件1进一步可包含第三扫描单元13，其也可以包括第三扫描镜13a和致动器13b。第三扫描镜13a安装在致动器13b上。如此一来，致动器13b就可以带动第三扫描镜13a以第三共振频率沿第一方向(X方向)绕轴转动。在本实施例中，第三扫描单元13配置于第一扫描单元11与第二扫描单元12之间。进一步而言，离开第一扫描镜11a的光线会入射第三扫描镜13a，并且被第三扫描镜13a反射至第二扫描镜12a。同样地，在本实施例中，第三扫描单元13也可以是电流镜单元，并且第三共振频率也可以与第二扫描镜单元12大致相同(例如为1K赫兹)，然本发明并不限制。

通过第三扫描单元13可调控光线于第一方向的扫描位置、第二扫描单元12调控光线于第二方向的扫描位置，即可针对待测物的表面的特定区域进行扫描。对待侧物的特定区域进行扫描的优点至少有，相比须将待测物表面完整扫描后才能产生影像，仅须针对欲观察的区域进行扫描可提高量测的效率。且，此种效率的提升在进行高分辨率扫描时更为显著。

本实施例的光学影像扫描组件1进一步包括控制单元14，电性连接第一扫描单元11和第二扫描单元12，并输出第一控制信号和第二控制信号，以控制第一扫描镜11a和第二扫描镜12a转动。相似地，控制单元14也可与第三扫描单元13电性连接，并通过第三控制信号以控制第三扫描镜13a转动。

以本实施例为例，第二扫描单元12的制动器12b将会与控制单元电性连接，并依据第二控制信号而驱动第二扫描镜12a以第二方向(Y方向)绕轴转动。而第三扫描单元13的制动器13b则会依据第三控制信号而驱动第三扫描镜13a以第一方向(X方向)绕轴转动。

请接着参考图2、图3，图2为本发明光学影像扫描组件在实施例操作时监视器的扫描结果示意图。图3为本发明光学影像扫描组件在实施例操作时监视器的又一扫描结果示意图。

以下将针对前述光学影像扫描组件1通过控制单元14进行控制进行说明，图2显示的是待测物的表面的扫描结果，此实施例是以第二扫描单元12和第三扫描单元13的最大扫描范围进行扫描的结果。使用者可设定第三扫描单元13和第二扫描单元12的偏转角度，进而从例如(0,0)扫描至(2,2.08)，亦即进入第三扫描单元13和第二扫描单元12的光线将会在此坐标范围中进行扫描。本实施例所设定像素数量为512，扫描速度为2.6秒/帧至30秒/帧，但不以这些数值为限定。而图3则是例示对局部进行扫描的操作画面。由于第三扫描单元13和第二扫描单元12的偏转角度可分别控制，因此本实施例进一步可通过输入坐标的方式对局部区域进行扫描。输入坐标的方式可以是直接在扫描完的区域进行框选(例如图中例示的图框)或者直接输入坐标位置的方式也可。当框选完成要局部扫描的区域后，可显示窗口(图未示出)显示圈选的坐标，本实施例以(0.784,0.94339)扫描至(0.86528,0.98113)为例，并将扫描结果显示在左边画面。

此外，使用者可依据不同的需求，调整使用的扫描单元的数量。例如，可设定第一扫描单元11不转动、第二扫描单元12、第三扫描单元13转动的模式为慢速扫描模式。第一扫描单元11、第二扫描单元12、第三扫描单元13一起使用时为快速扫描模式。

承前，此种搭配的优点至少有，避免公知调整扫描位置多采取移动光路中的物镜模块改变聚焦的位置的方式，故可增加量测的弹性与降低量测的误差(公知显微镜装置的物镜模块每次移动后都还须进行校正的动作)。

接着，请参考图4以及图5，图4为本发明的显微镜装置的实施例配置示意图。

本实施例为显微镜装置2，其包括：光源21、光学模块22、光学影像扫描组件1以及物镜模块23。光学影像扫描组件1可包括第一扫描单元11以及第二扫描单元12。在本实施例中，光学影像扫描组件1进一步可包括第三扫描单元13。

光源21可提供光线，本实施例将入射光以L1标示，反射光以L2标示。光源21例如可为雷射光源或雷射光源数组(laser array)，本实施例的光源21以雷射光源为例示，但光源21的数量跟种类不以本实施例为限制。

光学模块22具有多个光学镜片，且光学模块22具有入光侧22a。本实施例的光学镜片可包含：遮光板221(shutter)、两个反射镜222、凸透镜223以及分光镜224，遮光板221用以控制光线是否可射入待测物O的量测表面，详细而言，可通过一个电信号控制遮光板221的开合。当遮光板221为开启状态时，光线将会通过并射入待测物O的量测表面，而两个反射镜222、凸透镜223以及分光镜224则可将光源21可提供光线传递至光学影像扫描组件1。反之，当遮光版闭合时，则光线就会被阻挡，而不会入射至待测物O。

本实施例的光学影像扫描组件1可如前述实施例所述，但不限定须搭配前述实施例。光学影像扫描组件1的第一扫描单元11、第二扫描单元12以及第三扫描单元13的实施方式与各单元间的搭配以如前所述，故将不再赘述。

本实施例的显微镜装置2进一步包括传感器24以及影像输出单元25。传感器24可接收被待测物O反射的光线L2，并输出感测信号。影像输出单元25电性连接传感器24，并依据感测信号而产生待测物O的表面的影像，其中表面反射从第二扫描镜所引导来的光线。影像输出单元例如可为任何具有显示屏幕的电子装置，例如桌上型计算机或是笔记型计算机等等。

承前，实际操作时，由光源21提供光线，接着，光线将会从光学模块22入光侧进入。光线通过光学模块22后，被入射至光学影像扫描组件1。

使第一扫描单元11沿第一方向转动，使第二扫描单元12沿第二方向转动，且第一方向与第二方向大致垂直。当光线L1入射至第一扫描单元11并被第一扫描单元11反射至该第二扫描单元12，且光线L1会被第二扫描单元12反射至物镜模块23。物镜模块23将光线L1传递至待测物O。提取被待测物O反射的光线L2，并形成影像。物镜模块23可将入射的光线集光在待测物O的表面。接着，待侧物O会将光线L2反射回物镜模块23，并且被待侧物O反射的光线L2会经过光学影像扫描组件1进入传感器24。此时，传感器24可产生感测信号，并在影像输出单元25形成影像。

最后，请一并参考图5至图7，其分别为本发明的光学影像扫描组件的第一实施例至第三实施例的立体示意图。

这些实施例的光学影像扫描组件1a、1b、1c可如前述实施例所述，但不限定须搭配前述实施例。图面并未特别绘制光学影像扫描组件的内部结构，但结构跟可能涵盖的组件可参考前述，此处将不再赘述。

图5例示的光学影像扫描组件1a为较精简的结构，其具有两个连接端C1和C2，其一端C1可以连接光纤(未绘示)，而从外部引入光源，光源的光线被光学影像扫描组件1a调整后，再把调整后的光线从另一连接端C2(也可以通过光纤)传送至显微镜装置进行后续的应用。近一步而言，光学影像扫描组件1a可装设在既有的显微装置的光路上以调整光线。

此外，光学影像扫描组件1a进一步可包括至少二个控制端P，控制单元透过控制端与光学影像扫描组件1a电性连接。至少二个控制端P分别接收不同的控制信号，以调控第二扫描单元与第三扫描单元。第二控制单元与第三控制单元的作动以及控制方式与前述实施例相似，故不将再赘述。

图6、7例示的光学影像扫描组件1b、1c相比，光学影像扫描组件1b增加了连接端C3，用以收集光信号并传递给显微镜装置，此处的光信号例如为荧光信号或者拉漫信号，显微镜装置可直接连接PMT(光电倍增管)等光子侦测器或连接光谱仪，以取得光信号的光谱并进行分析。图6以及图7的差异至少有两个，图7具有多个光线接收端C4，以接收多个光源输入，应用上可分别就不同色光进行扫描并取得影像后，再将各色光的影像组合，以提高扫描的精确度。或者，有些实施例中，若扫描时须搭配不同波长的激发光进行扫描也可采用此实施例。且图7的光线行径的方向与图6不同，进入的光线与离开的光线相差90度。

补充说明的是，使用者可依据不同的需求选用光学影像扫描组件1a、1b、1c，例如若选用光学影像扫描组件1a，光路上较为弹性，光学影像扫描组件1a可配合使用者可自行设计光路使用，而光学影像扫描组件1b的光路配置则适合一般市面上的显微装置，不须进行任何调整。光学影像扫描组件1c则可搭配须使用多光源或是光源应用上较为复杂的使用者，例如须采取不同激发光、不同色光的使用者。但无论是哪种光学影像扫描组件1a、1b、1c皆可与一般的显微装置搭配。

综上所述，本发明通过提供两个扫描单元，分别调整扫描位置以及扫描速度，进而提升扫描的弹性以及应用性。此外，本发明的光学影像扫描组件更可作一个额外的配件搭配既有的显微镜装置使用。由此，以达到提供一种结构简单、增加量测速度的光学影像扫描组件以及显微镜装置。

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，均应包含在后附的权利要求中。

Claims (18)

1.一种光学影像扫描组件，适于接收显微镜装置的光源提供的光线，而该光学影像扫描组件包括：

第一扫描单元，具有第一扫描镜，该第一扫描镜以第一共振频率沿第一方向绕轴转动；以及

第二扫描单元，具有第二扫描镜，该第二扫描镜以第二共振频率沿第二方向绕轴转动，该第一共振频率与该第二共振频率不同，

其中，该光线会入射至该第一扫描镜并被反射至该第二扫描镜，且该光线会被该第二扫描镜反射，以入射至该显微镜装置的物镜模块。

2.根据权利要求1所述的光学影像扫描组件，其中该第一共振频率为16K赫兹。

3.根据权利要求1所述的光学影像扫描组件，其中该第二共振频率为1K赫兹。

4.根据权利要求1所述的光学影像扫描组件，进一步包括：

第三扫描单元，其包括第三扫描镜，该第三扫描镜以第三共振频率沿该第一方向绕轴转动，该第三扫描单元配置在该第一扫描单元与该第二扫描单元之间，

其中该光线被该第一扫描镜反射后将会入射至该第三扫描镜，并被该第三扫描镜反射至该第二扫描镜。

5.根据权利要求4所述的光学影像扫描组件，其中该第三共振频率与该第二共振频率大致上相同。

6.根据权利要求1所述的光学影像扫描组件，其中该第一方向与该第二方向大致上彼此垂直。

7.根据权利要求1所述的光学影像扫描组件，进一步包括：

控制单元，电性连接该第一扫描单元和该第二扫描单元，并输出第一控制信号和第二控制信号，以控制该第一扫描镜和该第二扫描镜转动。

8.根据权利要求7所述的光学影像扫描组件，其中该第二扫描单元进一步包括：

致动器，该第二扫描镜设置于该致动器，且该制动器电性连接该控制单元，并依据该第二控制信号而驱动该第二扫描镜以该第二方向绕轴转动。

9.根据权利要求1所述的光学影像扫描组件，其中该第一扫描单元是微机电组件。

10.一种显微镜装置，其包括：

光源，提供光线；

光学模块，具有多个光学镜片，且该光学模块具有入光侧；

光学影像扫描组件，其包括第一扫描单元以及第二扫描单元，该第一扫描单元具有第一扫描镜，且该第一扫描镜以第一共振频率沿第一方向绕轴转动，该第二扫描单元具有第二扫描镜，且该第二扫描镜以第二共振频率沿第二方向绕轴转动，该第一共振频率与该第二共振频率不同；以及

物镜模块，

其中，该光线会从该入光侧进入该光学模块，当该光线通过该光学模块后会入射至该第一扫描镜并被该第一扫描镜反射至该第二扫描镜，且该光线会被该第二扫描镜反射至该物镜模块，并在通过该物镜模块后入射至待测物。

11.根据权利要求10所述的一种显微镜装置，其中该第一共振频率为16K赫兹。

12.根据权利要求10所述的一种显微镜装置，其中该第二共振频率为1K赫兹。

13.根据权利要求10所述的一种显微镜装置，该光学影像扫描组件进一步包括：

第三扫描单元，其包括第三扫描镜，该第三扫描镜以第三共振频率沿该第一方向绕轴转动，该第三扫描单元配置在该第一扫描镜与该第二扫描镜之间，

其中该光线被该第一扫描镜反射后将会入射至该第三扫描镜，并被该第三扫描镜反射至该第二扫描镜。

14.根据权利要求10所述的一种显微镜装置，其中该第三共振频率与该第二共振频率大致上相同。

15.根据权利要求10所述的一种显微镜装置，其中该第一方向与该第二方向大致上彼此垂直。

16.根据权利要求10所述的一种显微镜装置，该光学影像扫描组件进一步包括：

控制单元，电性连接该第一扫描单元和该第二扫描单元，并输出第一控制信号和第二控制信号，以控制该第一扫描镜和该第二扫描镜转动。

17.根据权利要求16所述的一种显微镜装置，其中该第二扫描单元进一步包括：

致动器，该第二扫描镜设置于该致动器，且该制动器电性连接该控制单元，以依据该第二控制信号而驱动该第二扫描镜以该第二方向绕轴转动。

18.根据权利要求10所述的一种显微镜装置，其中该第一扫描单元是微机电组件。