201200901 ' 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明是有關於一種三維同調斷層式共焦顯微成像裝置 ，特別是涉及光學同調斷層顯像與共焦顯微成像的三維 顯微鏡。 【先前技術】 [0002] 早期顯微技術主要使用電子顯微鏡與光學顯微鏡，光學 顯微鏡的解析度係使用光學透鏡將待測品放大，解析度 可達200奈米；而電子顯微鏡係藉由電子本身的短波長特 :..... . 性，可觀測微小的晶髏結構或生物㈣胞構造，若使用穿 透式的電子顯微鏡，其解析度可達0. ί奈米，但卻有使待 測品易產生也學變化，或因::電子照射而破壞有機材料、 分子構造、ΜΑ等的缺點。 [0003] 共焦顯微鏡為光學顯微技術發展出來，共焦顯微鏡的光 源發出雷射光線，經過透鏡聚焦到待測物品上，如果待 - 測物品位於焦點上，則反射光通過透鏡則會聚集於光源 4'. '阳' ί i.- .. 上，產生共焦現象。共焦顯微難在反射光的光路上以分 光鏡（dichroic mirror)，將該反射光折向其它方向 ’於其焦點上设有一針孔（Pinhole)，當反射光線經由 針孔在光感測器（photo sensor)成像；若光源對帶測物 品掃描時，可產生三維的影像。美國專利公開號 US2009/031 0083揭露使用極化光線的共焦顯微鏡的應用 ，台灣專利公開號TW 20061 9673也揭露使用光線干涉以 提高共焦顯微鏡縱向的量測解析度的方法；美國專利 US5804813則揭露使用差動共焦顯微技術，使用氦氖雷 0992035396-0 099120029 表單編號A0101 第5頁/共36頁 201200901 ο 2口匕田射為光源，可達到2奈米的表面縱向解析率與 以微米的核向解析率。然而，共焦顯微鏡主要缺點為難 、、、迷顯像’若應用於生物薄膜、膠元蛋白、細胞運動 液體界面或液體—氣體界面特性等研究上，有其相當 的限制。再者，w 共焦顯微鏡其縱向的解析度被限制在針 孔的大小，穿透深度《，常不敷使用。 [0004] graphic)成像，例如光學同調斷層成像 (〇Ptiral rov, / herence tomography，OCT)，可以穿透 °直接觀測待測物品的...内部.，例如可以深入生 .織數么刀的深度，縱向觯析度可達15-20以m或更高 於光學_斷層成像具有高解析力、高靈敏度及三 力在醫學診斷方面極具發展潛力，加上系 發^格便I’廣為使用者的重視。光學同調斷層成 的縱向掃描（depth_scan)是藉由調整參考鏡 (^ference mirr〇r)而呈現，橫向掃猫
Car〇疋依靠移動樣本或者是探測光束的掃蹈 產待測物βα逆向散射和從參考鏡反射的光程長度重疊 產生干涉；故光學同調斷層成像的重要優點為縱向解析 度與橫向解析度無關，不會因為增加橫向解析度而犧牲 了縱向解析度，因此適合於3D的成像。但是若要提高解 析度，則選擇光譜頻寬越寬的光源，可以產生較好 白 又解析度，例如台灣專利公開號TW20 0 3 0 53 0揭露焚^ 光發光二極體以激發螢光粉，產生藍紫色較寬頻議 D日的光 源；台灣專利公開號TW200937005揭露使用超寬蹲光 雷射及光譜調制系統，以應用於半導體晶圓内部的~ $ 099120029 表單煸號A0101 第6頁/共36頁 201200901 分析；或如美國專利US6,713,742揭露將待測物品置放 為特疋的角度，藉由雙轴掃瞄（angled_dUai_axis scanning)，使待測物品與光源產生相對移動，以增加 解析度。 [0005] Ο 由於共焦顯微鏡與光學同調斷層成像各具有優點，台灣 專利TW569008揭露一種即時且多功之光電檢測系統裝置 ，使用切換共焦顯微鏡與光學同調斷層顯微鏡，以觀測 待測物品；台灣行政院國家科學委員會專題研究計畫 N S C 9 4 - 2 21 5 - E - 0 0 7 - 〇 15舍開了全域式三維光學同調顯 微系統（full-field optical coherence microscopy， OCM) ， 利用高數值孔徑作化^! NA) 的物鏡 ，構 建出類似共焦顯微鏡的效果，再利用麥克森干涉儀 (Michelson interferometer)之外差干涉的技術，結 合麥克森干涉光學架構與共焦顯微鏡光學架構，配合掃 猫鏡（scanner mirror)和平務台，可對待測物品進行 分層取像；又如日本專利公開號JP2007-086428揭露一 種共焦顯微系統（confocal njiicroscope system)91， 係使用 OCT (Optical Coherence Tomography)技術 於共焦顯微鏡（confocal microscope)，如第5圖，當 光源（light source ) 92發出光線L進入分光器 (light dividing means)93時，光線被分成L2與L1， 分別進入調光器（1 ight modulator) 9 20與共焦光學模 組（confocal optical system)910 ;光線L1 射入共焦 光學模組910後，經過光纖（optical fiber)911及聚焦 透鏡（ob ject i ve 1 ens) 913照射於待測物品（samp 1 ing 099120029 表單編號A0101 第7頁/共36頁 0992035396-0 201200901 〇bject)S上’共焦光學模組91〇將待測物品s反射的光線 聚焦後形成反射光線（catoptric light )L3,與經由 周光器920調整頻率的參考光束[2產生干涉後，經由干涉 景像光束仏知器（interference detector)96後，由 衫像處理器（image Processor)98收集待測物品S不同 未度的干涉影像’處理後於勞幕顯示。然 而’單純結合共焦顯微鏡與光學同調斷層顯微鏡，雖可 產生不同的景深（depth)與提高解析度，但使用頻寬不足 的光源進行橫向掃描，仍難以提高影像的解析度與立體 程度。 [0006] [0007] 鍛於先前技術的不足，為能在同一光源下，同時結合同 調斷層顯微成像（〇CT)與共焦顳微成像，以形成高解析度 的顯微成像’進而形成待測物品的高解析度三維立體顯 微影像，將為使用者迫切的需求。 【發明内容】 有鑑於上述習知技術之問題，本發明冬主要目的之一，
提出一種三維同調斷層式共爲灝微成像裝置（3D 〇CT confocal imaging apparatus)’ 係用於對待測物品 (sample)以不同深度顯微成像，所產生的影像電子訊號 可再經由外接的影像處理電腦，形成立體視覺化的三維 影像；三維同調斷層式共焦顯微成像裝置包含：一光源 模組、一參考光源模組、一取像模組、一分光器、一光 學濾波器及一感測模組。 光源模組包含一雷射光源及一寬頻光線產生器；雷射光 源受激後叮以發出雷射光，通常此雷射光的頻率寬度較 099120029 表單編號A0101 第8頁/共36頁 0992035396-0 [0008] 201200901 ★ m減線產生ϋ雷射㈣變μ同頻率的光線 ’並與該雷射光形錢率寬度較“㈣光束；寬頻光 線產生器可使用不同的手段所構成，如螢光粉 (n〇rescence)或光纖雷射（crystal fiber 丨^打） :寬頻光線產生器發出的照明光束經由分光器進入取像 模、、旦與參考光源模組，分光器為—種光學元件，可將入 射的光線分成二股，分別折射至取像模組與穿過至參考 光源模組。 〇 [0009]參考光源模組至少包含一反射鏡，可將穿過分光器的照 明光束，進行反射以產生參考光束。取像模組則包含一 取像物鏡、一壓電致動器及一雙軸向線性移動台，當照 月光束照射於待測物品上，該取像物鏡可以調整待測物 影像的焦點，聚焦於待測物品很小的點上：該壓電致 動器連接於該取像物鏡，用以在待測物品的縱向方向產 生振盪，當壓電致動器作動時，可以產生待測物品顯微 影像在縱向方向掃描，形成掃描的影像光束。影像光束 〇 、，至由°亥刀光器後與該參考光束屢生一干涉影像光束；該 干涉影像光束經由光學濾波器濾除不需要的頻率的干%歩 影像光束後，進入感測模組；雙輛向線性移動台可在橫 向方向移動待測物品；當雙轴向線性移動台將待測物品 移動至下一個位置時，可對此位置進行顯微成像。 [0010]光學濾波器為一種光學元件，可依據使用者的需要設置 不同的光學據波器，或者可依據待測物品的特性，選擇 不同頻率寬度的干涉影像光束。 [0011]感測模組包含一光感測器、一分色鏡 '一拉曼先譜訊號 0992035396-0 099120029 表單編號A0101 第9頁/共36頁 201200901 感測器、一共焦物鏡及一針孔；當干涉影像光束經過分 色鏡後，由分色鏡將干涉影像光束分成不同的頻寬的光 線，分別進入該光感測器及該共焦物鏡；光感測器可將 分色後的干涉影像光束，形成一同調影像電子訊號傳輸 至外界；共焦物鏡用以聚集分色後的干涉影像光束，通 過該針孔後，由拉曼光譜訊號感測器對該干涉影像光束 產生共焦影像，並將該干涉影像光束轉變為一共焦影像 電子訊號傳輸至外界；拉曼光譜訊號感測器可為螢光感 測器、雪崩光敏二極管、光電倍增管或光譜分析儀，不 為所限。 [0012] 收集光感測器與拉曼光譜訊號感測器產生的共焦影像電 子訊號與同調影像電子訊號，再由取像模組對待測物品 以橫向方向及縱向方向取像，可產生待測物品三維的顯 微影像。 本發明之另一個主要目的之一，提出一種三維同調斷層 式共焦顯微成像裝置，係用於對待測物品以不同深度顯 微成像，所產生的影像電子訊號可再經由外接的影像處 理電腦，形成立體視覺化的三維影像；三維同調斷層式 共焦顯微成像裝置包含：一光源模組、一參考光源模組 、一取像模組、一分光器、一光學濾波器及一感測模組 〇 [0013] 光源模組包含一雷射光源、一聚焦透鏡、一寬頻光線產 生器、一準直鏡及一針孔；雷射光源受激後可以發出雷 射光，通常此雷射光的頻率寬度較窄，由寬頻光線產生 器將雷射光轉變為不同頻率的光線，並與該雷射光形成 099120029 表單編號A0101 第10頁/共36頁 0992035396-0 201200901 * 頻率寬度較寬的照明光束；寬頻光線產生器可使用不同 的手段所構成，如螢光粉或光纖雷射；準直鏡可將照明 光束產生準直的照明光束，由該針孔產生共焦的照明光 束，投射進入分光器後，分別進入該取像模組與該參考 光源模組。 參考光源模組包含一參考光源物鏡'一反射鏡及—壓電 致動器；參考光源物鏡可將照明光束聚焦於反射鏡上， 該反射鏡與該壓電致動器連接，當該壓電致動器作動時 ，可將該照明光束產生掃描的參考光束。 〇[_取像模組包含-取像物鏡及_雙軸向線性移動台當照 明光束照射於待測物品上，該取像物鏡可π調整待測物 像的焦點’聚焦於待測物.品很小的點上，以產生一 影像光束；該雙轴向線性移動㈣以在橫向方向移動待 測物⑽。影像光束經由分光器後與參考光束產生一干涉 衫像光束’該干涉影像光切由該紐m濾除不需 要的頻率的該干涉影像光束後，進入該感測模組；光學 〇 /慮波器*種光學70祥，可依據使用者的需要設置不同 的光^慮波H ’或者可依據待測物品的特性，選擇不同 頻率寬度的干涉影像光束。 剛感賴組至少包含n職；該域測n用以將該干 歩影像光束n同調共焦影像電子訊號傳輸至外界。 1由取像模組對相物品以橫向方向及縱向方向取像後 X同調〜、、、影像電子訊號可產生待測物品三維的顯微 影像。
LUU1UJ 099120029 所述依本發明之三維同調斷層式共焦顯微成像裝 表單編號A0101 a n 第11頁/共36頁 0992035396- 201200901 置，其可具有一或多個下述優點： :)可::同一光源，同時結合同調斷層讓 (0CT)與共焦顯微成像， ⑺經由本發明之襄置，可合高解析度的使用要求。 带占门本 可對待測物品顯微成像，同時 形成同步化的同調共焦影 電子矾號，並傳輸至外界， 可1由影像處理電腦構成即 使用者的便利性。 #的二維立體影像，可增加 【實施方式】 [0017] [0018] 共焦顯微鏡（⑽f㈣丨mierQSGQPe)係在制物品的光 路j ’以針孔及橫域描彻舰的綠度訊號 ，偵測 出三維的輪廓。其主要原理為’當點狀的光源光線照射 在待測物品時，若制物H於焦平面上，反射光線可 通過針孔到達光電感測器上，相反的，若待測物品不在 焦平面上，反射光線被針孔所阻擋，無法通過；由光電 感測器的資訊與待測物品的掃描位置（XYZ方向），即可重 建出待測物品的三維影像。 光學同調斷層成像（optical c〇hKence t〇m〇graphy ，OCT)主要原理為，當待測物品的反射光束和參考光束 之間產生短時間的同調干涉現象（time-eQheFenee in_ terferometer)，藉由偵測到的干涉訊號經過影像處理 後，可轉換成為待測物品深度切層（depth-section)的 影像。參考光束的光路上，安排有聚焦透鏡、反射鏡及 壓電致動器（PZT) ’其中’壓電致動器係用以相位 用；對料同的應用方式，參考光束或待測物品的反射 光束’可固定於-雙軸向線性移動台（Dual _ un_ 099120029 表單編號A0101 第12頁/共36頁 0992035396-0 201200901 ear stage)上或另一組壓電致動器（ΡΖΤ) ’以達成伸長 或縮短參考光束距離的目的；其中，雙軸向線性移動台 可由步進馬達驅動的位移平台所構成。以此原理構成的 同調斷層顯微成像裝置（OCT Confocal imaging ap-Paratus)如第4圖所示，同調斷層顯微成像裝置4，包 含一光源模組5(pumping source module)、一分光器 115(beam splitter)、一參考光源模組6(reference source module)、一取像模組7(pickup module)及一 感測模組8(sensor module)。其中，光源模組5可包含 η 有一雷射光源111 (1 aser source)、一聚焦透鏡 U2(f〇cai lens)、一準直鏡 114(c〇llijnator)及一光 學濾波器118(optical filter)，該光源模組5係為發 出照明雷射光線，經過聚焦透鏡112、準直鏡114後產生 準直的照明光束，並為配合待測物品1 0檢測的所需要的 光線的光譜，由該光學濾波器118進行濾波後，經由分光 器115折射後，照射在待測物品10上。 Q [0019] 取像模組7可包含一取像物鏡117(pickup objective lens)及一雙轴向線性移動台116(Dual axis linear· stage);取像物鏡117可為南數值孔徑物鏡（high ΝΑ objective lens)，其數值孔徑（numerical aperture ， ΝΑ)值可高於0. 65 ， 以提高解析度； 當照 明光束 進入取像模組7，取像物鏡117可將照明光束透過其高數 值孔徑的透鏡進行聚焦於待測物品10的一個很小的點上 面，而該雙轴向線性移動台116可將待測物品1 〇在待測物 品1 0的ΧΥ平面上移動，以檢測待測物品1 〇的不同位置； 099120029 表單編號Α0Ι01 第13頁/共36頁 0992035396-0 201200901 待測物品10的影像反射後經過取像物鏡117，形成影像光 束，由該分光器115與該參考光源模組6產生的參考光束 形成干涉’投射於該感測模組8，由該感測模組8將影像 光束轉變成電的訊號。 [0020] 參考光源模組6可包含一壓電致動器 127(Piezoelectric actuator)、一反射鏡 128(mirror)及一參考光源物鏡 129(reference jective lens);參考光源物鏡可為低數值孔徑物鏡 (low NA objective lens);當光源模組5產生的照明 光束進入參考光源模組6時，參考先源物鏡12 9可將照明 光束聚集在反射鏡128上’進行反射至該分光器115，形 成參考光束；反射鏡128係與壓電致動器127連接，壓電 致動器127振動時’可使反射鏡128隨之產生振動，以將 反射鏡128反射的參考光束與取像模組7產生的影像光束 合成產生干涉影像光束，干涉影像光束為一波包的形式 [0021] 感測模組8可包含一物鏡133 (objective lens)及一光 電藕合感測器134 (CCD)，可將參考光束與影像光束的 干涉影像光束，由分光器115物鏡133聚焦後於光電藕合 感測器134成像，並轉換成電的訊號傳送至影像處理器（ 未於圖上顯示）’由影像處理器產生待測物品1〇的顯微影 像。當雙轴向線性移動台116將待測物品10移動至整個χγ 平面’可由感測模組8轉換成一個斷層的影像；再由高數 值孔徑物鏡117調整照明光束的深度，可由感測模組8轉 換成另一個斷層的影像；經由影像處理器（未於圖上顯示 099120029 表單編號A0101 第14頁/共36頁 0992035396-0 201200901 )可以產生待測物品ι ο的三維影像。 [0022] Ο 請參閱第1圖，其係為係為本發明之三維同調斷層式共焦 顯微成像裝置第一實施例之示意圖，圖中三維同調斷層 式共焦顯微成像裝置1(3D OCT confocal imaging apparatus)係用於對待測物品（sampie)i〇以不同深度 顯微成像’所產生的影像電子訊號可再經由外接的影像 處理電腦（未於圖上顯示），形成立體視覺化的三維影像 ;三維同調斷層式共焦顯微成像裝置1包含：一光源模組 5(pumping source module)、一參考光源模組 6(reference source module)、一取像模組 7(pickup module)、一分光器 15(bea'm splitter)、 一光學濾波器24 ( op t i ca 1 f i 1 ter )及一辱測模組 8(sensor module) ° [0023] Ο 光源模組5包含一雷射光源11(1&361*._麥0111^6)、一聚焦 透鏡12(focal lens)、一寬頻光線產生器I3(wide frequency modulator)、一準直鏡：！4(collima1:or) ;雷射光源11可使_固態雷射，受激後可以發出雷射光 ，通常此雷射光的頻率寬度較窄；在本實施例中，雷射 光源11可產生中心波長為430nm的藍色雷射光，其光譜涵 蓋紫色光的波長；雷射光由寬頻光線產生器轉變為不同 頻率的光線，並與該雷射光形成頻率寬度較寬的照明光 束；此頻率寬度較寬的照明光束即為光學同調斷層0CT使 用的光源光束；寬頻光線產生器13可使用不同的手段所 構成，如螢光粉（florescence)或光纖雷射（crystal fiber laser)，在本實施例係使用光纖雷射，但不以此 099120029 表單編號A0101 第15頁/共36頁 0992035396-0 201200901 [0024] [0025] [0026] 099120029 為限；寬頻光線產生器13發出的照明光束經由分光器15 進入取像模組7與參考光源模組6。 分光器15為一種光學元件’可將入射的光線，分成二股 ’分別折射進入取像模組7或穿過至參考光源模組6。 參考光源模組6包含一反射鏡26(mirror)及一功率計 (power meter)(未於圖上顯示）；穿過分光器15的照明 光束’ fe由反射鏡26進行反射以產生參考光束；功率計 則可以量測參考光束的光強度。 取像模組7則包含一取像物鏡i7.(pi.cku.p .〇bjective lens)、一廢電致動器 ig(piez〇eiec.t.ric aCtuat〇r) 及一雙轴向線性移動台16(])仙1 axis linear stage) ，當照明光束照射於待測物品10上，取像物鏡17可以調 整待測物品10影像的焦點，聚焦於待測物品1〇很小的點 上；在本實施例中，取像物鏡丨7採用高開孔數的取像物 鏡（high NA objective lens)，由於取像物鏡π的NA 值較高，可擷取待測物品10很小敏像；該壓電致動器18 设置於該取像物鏡17上，其振盪方向與取像物鏡17為同 轴同方向，可在待測物品1〇的縱向方向產生振盪，當壓 電致動器18作動時’可以產生待測物品1〇顯微影像在縱 向方向掃描，形成掃描的影像光束；由壓電致動器18與 取像物鏡17組合成為干涉物鏡（11)1^1^61_61^6〇1)^<^_ ive)。影像光束經由該分光器15後與參考光束產生一干 涉影像光束，可為低同調光的干涉；該干涉影像光束經 由光學濾波器24濾除不需要的頻率的干涉影像光束後， 進入感測模組8 ;雙轴向線性移動台16可在橫向方向移動 表單編號A0101 第16頁/共36頁 0992035396-0 201200901 待測物品10 ;當雙軸向線性移動台16將待測物品移動至 下—個位置時’可對此位置進行顯微成像。 [0027] 光學濾波器24為一種光學元件，可依據使用者的需要設 置不同的光學濾波器，或者可依據待測物品的特性，選 擇不同頻率寬度的干涉影像光束。在本實施例中，光學 濾波器24為一長條狀，其上有二個不同頻率的光學長通 濾波器（long bandwidth pass filter, LWP)LWP1 與 Ο LWP2及一個光學短通濾波器（sh〇rt bandwidth pass filter ’ SWP);藉由移動機構（未於圖上顯示）可切換 、LWP2、SWP ’分別允許長波長的干涉影像光束通 過或允許短波長的干涉影像光束通過；當切換至Lwpl時 ，可使待測物品10發出的螢光與寬頻的影像光束通過。 [0028] 感測模組8包含一光感測器25(photo sensor)、一分色 鏡34(dichroic mirror)、一拉曼光譜訊號感測器 31(Raman spectrophotometer)、一共焦物鏡 33(conf〇cal objective lens)及一針孔 ❹ 32(pinh〇le);當干涉影像光束經薄分色鏡34後，由分 色鏡；34將干涉影像光束分成不同的頻寬的光線，分別進 入光感測器25及共焦物鏡33 ;光感測器25可將分色後的 干涉影像光束，形成一同調影像電子訊號傳輸至外界； 共焦物鏡33在本實施例中，係使用低數值孔徑物鏡，以 將分色後的干涉影像光束，通過該針孔32後，形成共焦 現象’由拉曼光譜訊號感測器31對該干涉影像光束產生 的共焦影像轉變為一共焦影像電子訊號傳輸至外界；拉 曼光譜訊號感測器31依據不同的使用目的’可為螢光感 099120029 表單編號A0101 第17頁/共36頁 0992035396-0 201200901 [0029] [0030] [0031] 099120029 測器（fluorescence sensor)、雪崩光敏二極管 (Avalanche Photo Diode，APD)、光電倍增管 (photomultiplier tube，PMT)或光譜分析儀 (optical spectrum analyzer ’ OSA)，不為所限。當 雷射光源11發出的藍色雷射光，部份藍色雷射光由寬頻 光線產生器13轉變為寬頻光束，此寬頻光束可為黃光或 紅光波段的光束；殘留的藍色與紫色雷射光與轉變後的 寬頻光束形成照明光束，藍色與紫色的短波長光線可使 某些特定的待測物品1〇發出自體螢光，由螢光感測器的 拉曼光譜訊號感測器31補捉，可獲得待測物品1 〇發出螢 光的共焦影像電子訊號。 當待測物品10發出的影像光束中，螢光與寬頻波段的光 束沒有重疊時，則由分色鏡34分離螢光與寬頻波段的光 束，同步進行由螢光感測器的拉曼光譜訊號感測器31轉 換為共焦影像電子訊號，及由光感測器25轉換為同調影 像電子訊號。 ' ：：： :..... A 若待測物品10發出的影像光束中，螢光與寬頻波段的光 束有重疊時’此時無法同步擷取同調影像與螢光的共焦 影像，則可由螢光感測器的拉曼光譜訊號感測器31先補 捉螢光的共焦影像，再由光感測器25擷取同調影像；或 先由光感測器25擷取同調影像，再由螢光感測器的拉曼 光谱訊號感測器31補捉螢光的共焦影像。 若欲觀測待測物品1 〇的聚焦狀況，可將滑動反射鏡 23(slit mirror)插入光路中，藉由滑動反射鏡23的反 射’將影像光束經由管透鏡22(tube iens)與接目鏡 表單編號A0101 第18頁/共36頁 0992035396-0 201200901 [0032] [0033] ❹ [0034] ο 2Keye piece)，由觀測者9(〇bserver)觀測。 外界的影像處理電腦（未於圖上顯示），可收集光感測器 25與拉曼光譜訊號感測器31產生的共焦影像電子訊號與 同調景> 像電子訊號，再由取像模組7對待測物品1 〇以橫向 方向及縱向方向取像，可產生待測物品10三維的顯微影 像。 請參閱第2圖，其係為係為本發明之三維同調斷層式共焦 顯微成像裝置第二實施例之示意圖，圖中小型三維同調 斷層式共焦顯微成像裝置2 (miniature 3D OCT con-focal imaging apparatus) 包含 ：一光源模組5 、 一 參考光源模組6、一取像模組7、一分光器115(beam splitter)、一光學遽波器 124(optical filter)及一 感測模組8。 光源模組5包含一雷射光源111 (laser: source)、一聚 焦透鏡112(focal lens)、一寬頻光線-產生器113(wide frequency modulator)、一準-皇叙l:14(colliniat:or) 、一寬頻光學濾波器 118(modirlating optical filter) 及一針孔 119(pinhole) ; 雷射光源 111 受激後可以 發出雷射光，通常此雷射光的頻率寬度較窄，由寬頻光 線產生器113將雷射光轉變為不同頻率的光線，並與該雷 射光形成頻率寬度較寬的照明光束；在本實施例中，寬 頻光線產生器113係使用波長轉換元件將雷射光源111發 出的藍光轉成紅光波段的光線，但不以此為限；準直鏡 114可將照明光束產生準直的照明光束，經由寬頻光學濾 波器118進行濾波後，由該針孔119產生共焦的照明光束 099120029 表單編號A0101 第19頁/共36頁 0992035396-0 201200901 ，投射進入分光器115後，分別進入該取像模組7與該參 考光源模組6。其中，該寬頻光學濾波器11 8可為光學長 通濾波器LWP或光學短通濾波器SWP，在本實施例中，寬 頻光學濾波器118為二片式，具有光學長通濾波器（i〇ng bandwidth pass filter)LWP與光學短通渡波器 (short bandwidth pass filter)SWP，可依據使用 需求進行切換。 [0035] 參考光源模組6包含一參考光源物鏡126(reference objective lens)、一反射鏡 128(m.irror)及一壓電致 動器 127(Piezoelectric actuator);參考光源物鏡 126可為低數值孔徑物鏡（i〇w NA objective lens)， 可將照明光束聚焦於反射鏡128上，由於反射鏡128設置 於該壓電致動器127上，當該壓電致動器127作動時，可 將該照明光束產生掃描的參考光束。 [0036] 取像模組7包含一取像物鏡117(pickup objective ：: ：：. .:.... 1 ens )及一雙轴向線性移動台i i β ;當照明光束照射於待 測物品10上，該取像物鏡1丨|呼从調整待測物品1〇影像的 焦點’聚焦於待測物品很小的點上，以產生一影像光束 ;在本實施例中’取像物鏡117係使用高ΝΑ的取像物鏡 (high NA objective lens)，可將照明光線聚焦於一 個很小的點上。雙軸向線性移動台n6可在橫向方向移動 待測物品10。影像光束經由分光器115後與參考光束產生 一干涉影像光束；該干涉影像光束經由該光學濾波器i24 濾除不需要的頻率的干涉影像光束後，進入感測模組8 ; 光學濾波器為一種光學元件，可依據使用者的需要設置 099120029 表單編號A0101 第20 Ϊ/共36頁 0992035396-0 201200901 不同的光學濾波器，或者可依據待測物品的特性，選擇 不同頻率寬度的干涉影像光束，在本實施例巾係使用光
予長通濾波器（1〇ng bandwidth pass filter) LWP ο [0037] 右欲觀測待測物品10的聚焦狀況’可將滑動反射鏡 i23(slit mirror)插入光路中，藉由滑動反射鏡123的 反射，將影像光束經由接目鏡121(eye piece)，由觀測 者9觀測。 0 [0038] 感測模組8包含—光感測器131 (phot〇 sensor )及一針 孔132(pinhole);該光感測器131用以將該干涉影像光 束經過針孔132 ’形成-同調共f f彡像電子職傳輸至外 界。同樣，經由取像模組7對待測物品以横向方向及縱向 方向取像後，該同調共焦影像電子訊號可產生待測物品 10三維的顯微影像。
[0039] G 請參閱第3圖，其係為係為本發明之三雒同調斷層式共焦 顯微成像裝置第三實施例之示意圖，圖中後置型三維同 调斷廣式共焦顯微成像裝置.3(p0st^site 3D OCT eon-focal imaging apparatus) 類似於第二實施例 ，主要 增加了複合共焦榮光顯微成像模組2〇(COUpie(j con- focal fluorescence micr〇scopic imaging m〇d- ule);後置型三維同調斷層式共焦顯微成像裝置3包含： 一光源模組5、_參考光源模組6、一取像模組7、一分光 器 215(beam splitter)、一光學濾波器 224(optical filter)、感測模組8及一複合同調斷層共焦顯微成像 模組20。 099120029 表單編號A0101 第21頁/共36頁 0992035396-0 201200901 [0040] 光源模組5包含一雷射光源211(laser source)、一聚 焦透鏡212(focal lens)、一寬頻光線產生器213(wide frequency modulator)、一準直鏡214(colUmat〇r) 及一針孔219(pinhole);與第二實施例之差異在於，由 雷射光源211至針孔11 9產生的共焦的照明光束，可以不 必先濾除不需要的波長的光線；該共焦的照明光束，投 射進入分光器115後’分別進入該取像模組7與該參考光 源模組6。 [0041] 參考光源模組6包含一參考光源物鏡226(reference objective lens)、一反射鏡228(inirror)及一壓電致 動器 227(Piezoelectric actuator);其功能如同第 二實施例，則不在此贅述。取像模組7包含一取像物鏡 217及一雙軸向線性移動台216(Dual axis linear stage)，其功能如同第二實施例，也不再贅述。影像光 束經由分光器215後與參考..光束產生·—Τ'涉影像光束；該 干涉影像光束經由該光學濾波器124濾不需要的頻率的 干涉影像光束後，進入感測模組8 ;光李濾波器為一種光 學元件’可依據使用者的需要設置不同的光學濾波器， 或者可依據待測物品的特性，選擇不同頻率寬度的干涉 影像光束。參考光源物鏡226(reference objective lens)在本實施例係使用低數值孔徑物鏡（i〇w να 〇b-jective 1 ens)。 [0042] 如同第二實施例，若欲觀測待測物品1〇的聚焦狀況，可 將滑動反射鏡223(s lit mirror)插入光路中，藉由滑 動反射鏡223的反射，將影像光束經由接目鏡22i(eye 099120029 表單蝙號A0101 第22頁/共36頁 0992035396-0 201200901 piece) ’由觀測者9觀測。 感測模組8至少包含一光感測器225(ph〇t〇 Sens〇r). 該光感測器225用以將該干涉影像，形成—同調共焦影像 電子訊號傳輸至外界。同樣，經由取像模組7對待測物品 以橫向方向及縱向方向取像後，該同調共焦影像電子訊 號可產生待測物品1〇三維的顯微影像。 [0043] Ο 若欲觀測共焦螢光的顯微成像，可於待測物品1〇的下方（ 相對於取像模組7的另一方），設置一複合共焦螢光顯微 成像模組20，可產生複合的共焦瑩光影像電子訊號；複 α 焦營光顯微成像模組.20.包含一第二取.像物鏡 234(second. confocal objective Jens.)、一 第二廢 電致動器 237(second piezoelectric actuator)、 一光學帶通濾波器236(bandwidth pass filter， ο BWP)、一第二共焦物鏡233(second confocal objective lens) 、 一第二針孔 23;2 及一螢光感測器 231 (fluorescence sensor);當該照明光束照射於待 測物品1 〇時，第二取像物鏡234菸待測物品1 〇的下方調整 待測物品10影像的焦點，以產生一第二影像光束。在本 實施例中，參考光源物鏡226為一低數值孔徑物鏡（low ΝΑ objective lens)。第二壓電致動器237設置於該第 二取像物鏡234上，當該第二壓電致動器237作動時，可 將該第二影像光束產生掃描；該光學帶通滤波器236用以 將第二影像光束濾除高頻與低頻的光線，只留螢光的波 長段，使螢光的第二影像光束進入第二共焦物鏡233及第 二針孔232，以產生共焦螢光的第二影像光束，共焦螢光 099120029 表單編號A0101 第23頁/共36頁 0992035396-0 201200901 的第—影像光束於螢光感測器231上產生I隹榮光影像， 感測器231將該共焦螢光影像轉變，共焦影像 子5凡號傳輸至外界。 [0044] [0045] [0046] [0047] 099120029 ^各種待測物品的實測中，本發明的三維同調斷層式共 ，丨具微成像裝置，對於半導體電路的待騎品，獲得至 〇微米縱向解析度、5. 〇微米橫向解析度；若對於生 2本的待測物品，經由螢光眺τ與共焦顯微成像可 传至少2.0微米縱向解析度、& 〇微米橫向解析度。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本 發月之精神與範_，而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 第1圖係為本發明之二維同調斷層式共焦顯微成像襄置 第一實施例之示意圖； 裝置第 第2圖係為本發明之三_崎_聽_微成像 二實施例之示意圖； 像巢置第 第3圖係為本發明之三維同調斷層式共焦顯微成 三實施例之示意圖； 第4圖係為同調斷層顯微成像裝置之示意圖；以及 第5圖係為習知之共焦顯微系统之示意圖。 【主要元件符號說明】 1:三維同調斷層式共焦顯微成像裝置(3D 0CT〜 focal imaging apparatus) · 2:小型三維同調斷層式共焦顯微成像裳置(miniat 3D OCT confer imaging ; Ur^ 表單蝙號A0101 第24頁/共36頁 〇992〇35396 201200901 3:後置型三維同調斷層式共焦顯微成像裝置 (post-site 3D OCT confocal imaging apparatus) ； 4:同調斷層顯微成像裝置（OCT Confocal imaging apparatus)； 5 ·光源模組（pumping source module) ·， 6 :參考光源模組（reference source module); 7 :取像模組（pickup module); 8 ’·感測模組（sensor module);
9 :觀測者（observer.); 10 :待測物品（sample); 11 :雷射光源（laser source); 1 2 :聚焦透鏡（f o c a 1 1 e n s ); 13 :寬頻光線產生器（wide frequency modulator); 14 :準直鏡（collimator); 15 :分光器（beam splitter); 16 :雙轴向線性移動台（Dual axis l inear stage);
'7%, » 3' 17 :取像物鏡'（pickup objective lens); 18 :壓電致動器（Piezoelectric actuator); 20 :複合共焦螢光顯微成像模組（coupled confocal fluorescence microscopic imaging module); 21 :接目鏡（eye piece); 22 ··管透鏡（tube lens); 23 ··滑動反射鏡（slit mirror); 24 :光學濾波器（optical filter); 25 :光感測器（photo sensor); 099120029 表單編號A0101 第25頁/共36頁 0992035396-0 201200901 26 :反射鏡（mirror); 31 :拉曼光譜訊號感測器（Raman spectrophotometer) ; 32 :針孔（pinhole); 33 :共焦物鏡（confocal objective lens); 34 :分色鏡（dichroic mirror); 111 :雷射光源（laser source); 112 :聚焦透鏡（focal lens); 113 :寬頻光線產生器（wide frequency modulator) 114 :準直鏡（collimator) 115 :分光器（beam splitter)·; 116 :雙軸向線性移動台（Dual axis l.inear stage) 9 117 ··取像物鏡（pickup objective lens); 118 :寬頻光學慮波器（modulal; ing opcti ca 1 filter) ； 11 9 :針孔（pinhole); 121 :接目鏡（eye piece); 123 :滑動反射鏡（slit mirror); 124 :光學濾波器（optical filter); 126 :參考光源物鏡（reference objective lens); 127 :壓電致動器（Piezoelectric actuator); 128 :反射鏡（mirror); 129 :參考光源物鏡（reference objective lens); 131 :光感測器（photo sensor); 099120029 表單編號A0101 第26頁/共36頁 0992035396-0 201200901 132 :針孔（pinhole); 1 133 :物鏡（objective lens); 134 :光電藕合感測器（CCD); 211 :雷射光源（laser source); 212 :聚焦透鏡（focal lens); 213 :寬頻光線產生器（wide frequency modulator) ’ 214 :準直鏡（col lima tor); 215 :分光器（beam splitter); Ο 216 :雙轴向線性移動台（Dua 1 axis 1 inear stage) 217 :取像物鏡（pickup objective lens); 219 :針孔（pinhole); 221 :接目鏡（eye piece); 223 :滑動反射鏡（slit mirror); 224 :光學遽波器（optical filter); 225 :光感測器（photo..: sensor) r,^ .： 226 :參考光源物鏡（reference "objective lens); 227 :壓電致動器（Piezoelectric actuator); 228 :反射鏡（mirror); 231 :螢光感測器（fluorescence sensor); 232 :第二針孔（second pinhole); 233 :第二共焦物鏡（second confocal objective lens)； 234:第二取像物鏡（second pickup objective " lens)； 099120029 表單編號A0101 第27頁/共36頁 0992035396-0 201200901 235 :第二反射鏡（second mirror); 236 :光學帶通遽波器（bandwidth pass filter, BWP)； 237:第二壓電·致動器（sec〇nd piezoelectric actuator) ; 92 :光源（light source ); 93 :分光器（light dividing means); 96 :干涉影像光束檢知器（interference detector) 9 98 :影像處理器（i.nvage· processor); 910 :共焦光學模組（confocal optical system); 911 :光纖（optical fiber): 913 :聚焦透鏡（objective lens) 920 :調光器（light modulator);以及 950 :螢幕（screen)。 099120029 表單編號A0101 第28頁/共36頁 0992035396-0