201211580 ' 六、發明說明： ' 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係有關數位顯微鏡技術，尤指一種同轴出光式的 [0002] 數位顯微鏡。 [先前技術3 數位顯微鏡的應用領域相當廣泛，特別是手持式的數位 顯微鏡問世後，更擴大了可能的應用範圍和提升了使用 上的便利性。 [0003] 〇 然而，在運作上，手持式數位顯擻鏡與待測物間的光線 常常會影響數位顯微鏡的成像品質。受限於光線的強度 和光線的角度，現有的手持式數位顯微鏡在待測物表面 細節的影像清晰度和立體感的表現方面並不理想，造成 觀察者難以清楚得知待測物表面的細微狀況。 [0004] Q 【發明内容】 有鑑於此，如何改善手持式數位顯微鏡對於待測物表面 細節的影像清晰度和立體感，實係業界有待解決的問題 〇 ' [0005] 本說明書提供了一種數位顯微鏡之實施例，其包含有： 099131182 一影像感測電路，其上具有一影像感測區；一第一物鏡 ’與該影像感測區沿著一軸線排列；一發光裝置，設置 於該軸線之外’且其發出的光線不與該軸線同抽；一光 線轉向器，設置於該轴線之外，用於將該發光裝置發出 的光線轉向；以及一分光裝置，位於該軸線上，用來改 變該光線轉向器傳來的光線的路徑，以提供與該軸線同 軸且實質上沿著該軸線輸出的光線；其中該第一物鏡位 表單編號A0101 第3頁/共28頁 0992054697-0 201211580 於該影像感測區與該分光裝置之間。 [0006] 本說明書提供了一種數位顯微鏡之實施例，其包含有： [0007] —影像感測電路，其上具有一影像感測區；一物鏡，與 該影像感測區沿著一轴線排列；一發光裝置，設置於該 軸線之外，用於朝向不與該軸線同軸的方向發出光線； 一光線轉向器，設置於該軸線之外，用於將該發光裝置 發出的光線轉向；一分光裝置，位於該軸線上，用於改 變該光線轉向器傳來的光線的路徑，以提供與該軸線同 軸且實質上沿著該軸線輸出的光線；一防反光裝置，設 置於該分光裝置相對於該光線轉向器的一側，用於接收 經由該分光裝置透射過來的透射光；一第一偏光片，設 置在該發光裝置到該分光裝置的光學路徑上；以及一第 二偏光片，設置在該分光裝置到該影像感測區的光學路 徑上；其中該第一偏光片與該第二偏光片兩者的偏光角 度實質上垂直，且該物鏡位於該影像感測區與該分光裝 置之間。 [0008] 前述實施例的優點之一是，可以使數位顯微鏡所得到的 待測物表面細節的影像，具有更良好的清晰度和立體感 ，讓觀察者能清楚地獲得待測物表面的細微狀況。 [0009] 前述實施例的另一優點是，可減少發光裝置所需的發光 元件個數，更能節省數位顯微鏡運作時所需的能源。 【實施方式】 [0010] 以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在這些圖 式中，相同的標號表示相同或類似的組件。 0992054697-0 第4頁/共28頁 099131182 表單編號 A0101
201211580 • LUUI1J 在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來 指稱特定的元件。所制射財財知識者應可理解 ’同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。本說明書及 後續的中請專龍圍並不以名稱的差異來做為區分元件 的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準 。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」 係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於… j ° [0012] Ο 圖1所繪示為本發明第一實施例之手持式數位顯微鏡丨〇() 間化後的示意圖。在本實施例中，數位顯微鏡1〇〇具有一 中空的管狀殼蠢（未繪示於圖中）。在數位顯微鏡1〇〇的 殼體内’包含有一影像感測電路11〇、一物鏡12〇、一發 光裝置（Luminance Device) 130、一光線轉向器（ Ο
Light Redirector) 140、以及一分光裝置（Beam Splitter) 150。影像感測電路11()包含有一或多個 CMOS (Complementary Mqtal Oxide Seraiconduct-or)感測器、CCD (__rge Coupled Device)感測器 、CMOS/CCD混合式感測器、CID (Charge Injection Device)感測器、或是其他感光元件，用來感測一標的 物件104表面的影像’並產生相對應的影像訊號。如圖所 示，影像感測電路110上會有一影像感測區112，讓從楳 的物件104的表面反射回來的光線能入射到影像感測電路 110中的感測器。 在一實施例中’影像感測電路110除了會透過一預定的傳 輸介面（例如USB介面、1 394介面等等），將產生的影像 099131182 〇992〇5469^° 表單編號A0101 第5頁/共28頁 [0013] 201211580 訊號回傳給耦接的電腦或檢測系統（未繪示於圖中）外 ，還會透過該傳輸介面自該電腦或檢測系統接收數位顯 微鏡100運作所需的電力。 [0014] 在數位顯微鏡100中，物鏡120、影像感測電路110的影 像感測區112、以及分光裝置150是沿著一軸線102排列 ，且物鏡120是位於影像感測區112與分光裝置150之間 。實作上，可將物鏡120與影像感測區112的間距設計成 可依需要調整的架構，以增加數位顯微鏡100的可用倍率 。例如，在數位顯微鏡100爲殼體中，可設置—伸縮管組 . .... . .. ： 件，讓物鏡120或影像感測電路110可在該伸縮管組件的 内部沿著轴線102移動，以調整數位顯微鏡1〇〇的焦距或 倍率。或者，亦可利用一或1多個.導引元件（例如導引桿 、導引條、螺紋等構造），搭配適當的連結構造與物鏡 120或影像感測電路11〇連接，使物鏡120或影像感測區 112可藉由在導引元件上滑動或旋動的方式，沿著軸線 102移動。 [〇〇15] 在數位顯微鐘100中，為避免影響到從標的物件104的表 面反射回來的光線進入影像感測電路110的路徑，會將發 光裝置130設置於轴線102之外的地方。另外，由於數位 顯微鏡100是手持式的裝置，為了便於使用和握持，數位 顯微鏡100的體積和寬度不能設計的太大，使得數位顯微 鏡100的殼體内部空間相當受限。將發光裝置130設置成 直接朝向分光襞置150發光的配置方式，需要較寬的殼體 空間，也會導致數位顯微鏡1〇〇的寬度增加。因此，在圖 1的實施例中，發光裝置130是設置成朝向不與軸線102同 099131182 表單編號A0101 第6頁/共28頁 0992054697-0 201211580 [0016] Ο [0017] [0018]〇 [0019] 軸的方向發光，且不直接朝向分光裝置150發光。亦即 從發光裝置130直接射出的光線並不會與軸線102同軸 也不會直接進入分光裝置15〇，藉以使數位顯微鏡1〇0的 殼體能具有較小的寬度。實作上，發光裝置130吁用LED 裝置來實現，以節省所需的電力。 光線轉向器140也是設置於軸線1〇2之外，以免影響刻從 標的物件10 4的表面反射回來的光線進入影像感測電路 110的路徑。光線轉向器14〇會將發光裝置13〇發出的光 線轉向分光裝置150的方向。在一實施例中，光線轉甸器 140可用光纖來實現。 分光裝置150會改變從光線轉向器14〇傳來的光線的路# ，提供與轴線102同軸（coaxial)並實質上沿著軸線 102輸出的光線，以照明標的物件1〇4的表面，並使從楳 的物件1 D4的表面反射回來的光線沿著軸線1〇2進入影像 感測電路110。 由於光線從數位顯微鏡100照射到標的物件104表面的路 徑，以及光線從標的物件的表面反射回來進入影像感 測電路110的路徑，兩者都是沿著軸線1〇2，所以數位顯 微鏡100所得到的與標的物件104表面的粗糙度（R〇ugh__ ness)或平整度（Smoothness)相關的細節影像，會比 現有的數位顯微鏡來得更清晰和更有立體感，讓觀察者 能更清楚地得知標的物件104表面的細微狀況，例如到痕 、水痕等高低起伏細節。 實作上，可利用一或多個導引元件（例如導引桿、導引 099131182 表單編號A0101 第7頁/共28頁 0992054697-0 201211580 條等構造），搭配適當的連結構造與分光裝置150連接， 使分光裝置150可藉由在導引元件上滑動的方式，沿著軸 線102移動。當分光裝置150沿著軸線102移動時，光線 轉向器140也要隨著一起移動或轉動。 [0020] 由前述可知，發光裝置130所發出的光線，經由光線轉向 器140和分光裝置150的光學作用，最後會轉成與軸線 102同軸且實質上沿著軸線102輸出的光線。因此，發光 裝置130所發出的大部分光線都可以被有效地利用在照明 標的物件104上。這樣的設計可大幅提升發光裝置130的 光利用效率，減少所需的發光元件個數。例如，以LED裝 置來實現發光裝置130時，只需要使用一個LED便可提供 數位顯微鏡100足夠的照明光線，能有效節省數位顯微鏡 100運作時所需的能源。 [0021] 在另一實施例中，會在發光裝置130到分光裝置150的光 學路徑上加設一偏光片162，並在分光裝置150到影像感 測區112的光學路徑上，沿著軸線102加設一偏光片164 ，且偏光片162與偏光片164兩者的偏光角度實質上垂直 。偏光片162可設置於發光裝置130與光線轉向器140之 間，或是光線轉向器140與分光裝置150之間。偏光片 164可設置於分光裝置150與物鏡120之間，或是物鏡120 與影像感測區112之間。實作上，還可將偏光片162利用 適當的連接機構（例如枢接方式）設置成可移動式或可 旋轉式，讓使用者可將偏光片162自發光裝置130到分光 裝置150的光學路徑上移開。相仿地，也可將偏光片164 利用適當的連接機構（例如樞接方式）設置成可移動式 ηηπιοι 1〇〇 uyyioi1〇^ 表單編號A0101 第8頁/共28頁 0992054697 0 201211580 或可旋轉式’讓使用者可將偏光片164自軸線102上移開 [0022] 當偏光片162不在發光裝置130到分光裝··置的光學路 径上，或疋偏光片164不在轴線1〇2上時，影像感測電路 110所檢測到的標的物件104的影像，主要會是基於由發 光裝置130所發出’並自標的物件104的表面沿著軸線 102反射回來的光線所獲得。 [0023]Ο 當偏光片162位於發光裝置130到分光裝置15〇的光學路 徑上，且偏光片164位於軸線102上時，影像感測電路 110所檢測到的標的物件104的影像，主要會是基於由其 他環境光源所發出’並由標的物件1〇4的表面漫射回來的 光線所獲得。 [0024] 藉由移動或旋轉偏光片162及/或偏光片164的方式，使用 者能夠獲得不同光源下的觀測影像並進行比較，進而對 標的物件104表面的粗糙度或平整度相關的細節有更相對 Ο [0025] 性的了解。 / ，巧…ίΥ、' … ：： -. * 圖2為本發明第二實施例之手持式數位顯微鏡2〇〇簡化後 的示意圖。在圖2的實施例中，數位顯微鏡2〇〇的光線轉 向器240是用一反射面（例如一鏡面或是一高反射性表面 )來實現。另外’在分光裝置150的一侧，亦即光線轉向 器240與分光裝置150之間，還設置有一凸透鏡242。當 發光裝置130產生的光線照射到光線轉向器24〇時，會被 反射至凸透鏡242，再射向分光裝置150。在另一實施例 中’凸透鏡242會將光線轉向器240反射過來的光線轉換 099131182 表單編號Α0101 第9頁/共28頁 0992054697-0 201211580 成實質上平行的光線射向分域置150，使得從分光裳置 150射向標的物件1()4的光線，會是實質上沿著轴線ι〇2 射出的平行光。 [0026] [0027] 前述圖1的實施例中所提到的偏光片162,可設置於圖2的 發域置13〇與光線轉向器24〇之間、光線轉向器24〇與 凸透鏡242之間、或是凸透鏡242與分光裝置15〇之間。 至於偏光片164在數位顯微鏡2〇〇中的設置方式，與前述 的數位顯微鏡100相同，故在此不重複敘述。 圖3為本發明第三實施例之手持式數位顯微鏡3〇〇簡化後 的示意圖。數位顯微鏡3〇〇與前述的數位顯微鏡2〇〇的主 要差異在於光線轉向器的實施方式。數位顯微鏡3〇〇中的 光線轉向器340是用一實質上透明的導光裝置來實現。在 本實施例中’光線轉向器340包含有一入光面342、一反 射區344、以及一出光面346。發光裝置130產生的光線 會經由入光面342照射至反射區344，反射區344會將光 . .. ... ： ' 線反射至出光面346，最後光線再鱗勢出光面346射出至 分光裝置150。在一實施例中，光李轉向器340的入光面 342具有一外凸形狀，可將發光裝置130產生的光線轉換 成實質上平行的光線照射至反射區344。如此一來，從光 線轉向器340射向分光裝置150的光線，以及從分光裝置 150射向標的物件104的光線，都會是實質上平行的光線 。實作上，光線轉向器340可用壓克力、玻璃或是其他透 光性材質以一體成型的結構來實現。 099131182 前述圖1的實施例中所提到的偏光片162和偏光片164 ’在 數位顯微鏡300中的設置方式與在數位顯微鏡100中相同 0992054697-0 表單蝙號A0101 第10頁/共28頁 [0028] 201211580 [0029] Ο [0030] Ο [0031] ，故在此不重複敘述。 圖4為本發明第四實施例之手持式數位顯微鏡簡化後 的示意圖。相較於前述的數位顯微鏡1〇〇〜300，數位顯微 鏡400的殼體中還增設了一個防反光裝置47〇 (Anti-Reflection Device) ， 位於分光裝置 15〇 相對於光線 轉向器的一側，用於接收經由分光裝置150透射過來的透 射光。防反光裝置470的功能，主要是避免或減輕分光裝 置150透射過來的透射光，因為其他物體（例如數位顯微 鏡400的殼體的内表面）的反射而折返分光裝置150的情 況。因為這種情況可能會降低數位顯微鏡4〇〇的成像品質 。實作上，可在數位顯微鏡400的殼體的内表面上，設置 一吸光層（Light-Absorbing Layer)，例如絨布或其 他低反射性材料，來實現防反光裝置470。 數位顯微鏡400中的光線轉向器及其他元件，皆可用前揭 任一實施例的方式來實現，岑簡潔起見，在此不重複敘 述。 圖5為本發明第五實施例之手持式數位顯微鏡5〇〇簡化後 的示意圖。在圖5的實施例中，防反光裝置570包含有一 反射件572以及一固定件574，而反射件572上則具有一 反射面576。固定件574會將反射件572定位在數位顯微 鏡500的殼體内與分光裝置150相對應的位置上，並具有 一適當的傾斜角度，使得反射面576能將從分光裝置150 透射過來的透射光導向分光裝置150以外的地方。較佳者 ’反射面576會將從分光裝置150透射過來的透射光’導 向不會與轴線102交錯的方向。 塢號 A0101 099131182 第11頁/共28頁 0992054697-0 201211580 [〇〇32] 在另一實施例中，亦可將一吸光層，例如絨布或其他低 反射性材料’設置在反射件572的反射面576上，用以吸 收從分光裝置150透射過來的透射光，以降低光線折返分 光裝置150的可能。 [0033] 數位顯微鏡500中的光線轉向器及其他元件，皆可用前揭 任一實施例的方式來實現，為簡潔起見，在此不重複敘 述。 [0034] 圖6為本發明第六實施例之手持式數位顯微鏡60〇簡化後 的示意圖。在數位顯微鏡600申，防反光裝置6 70另包含 有一偏光片678，設置於反射面576與分光裝置150之間 (例如在反射面576之上）。此外，在數位顯微鏡600中 ，還會在分光裝置150到影像感測區112的光學路徑上， 沿著軸線102設置一偏光片680，且偏光片678與偏光片 680兩者的偏光方向實質上垂直。如此一來，即使發生分 光裝置150透射過來的透射光，因為其他物體的反射又折 返分光裝置150的情況，這些光線成分也會因為偏光片 678與偏光片680兩者的光學偏振作用而被過濾掉，能進 一步確保數位顯微鏡600的成像品質。實作上，偏光片 680的位置可設在物鏡120與影像感測區112之間，亦可 設在物鏡120與分光裝置150之間。或者，亦可用前述的 偏光片164來實現偏光片680的功能。 [0035] 數位顯微鏡600中的光線轉向器及其他元件，皆可用前揭 任一實施例的方式來實現。 [0036] 圖7為本發明第七實施例之手持式數位顯微鏡7〇〇簡化後 099131182 表單編號Α010Ϊ 第12頁/共28頁 0992054697-0 201211580 的示意圖。在數位顯微鏡700的防反光裝置770中，會在 偏光片678與分光裝置150之間（例如在偏光片678之上 )設置一偏光片780，且偏光片678與偏光片780兩者的 偏光方向實質上垂直。實作上，可於偏光片678與偏光片 780間设置適當尺寸的間隔件（Spacing Element，圖 中未繪示），使偏光片678與偏光片780兩者間具有一微 小間隙。偏光片6 7 8與偏光片7 8 0兩者的運作原理與前述 的偏光片678與偏光片680的搭配類似，在此不重複敘述 〇 〇 [0037] 數位顯微鏡700中的光線轉向器及其他元件，皆可用前揭 任一實施例的方式來實現。 [0038] 圖8為本發明第八實施例之手持式數位顯微鏡8〇 〇簡化後 的示意圖。在數位顯微鏡800中，還會沿著轴線1〇2設置 一物鏡890 ’使得分光裝置150位於物鏡120與物鏡890之 間。 [0039] 物鏡890的設置’可增加數位顯·微鏡b.oo的可用倍率選擇 ϋ 。實作上，可將物繞890與分先裝置15〇的間距設計成可 依需要調整的架構，以增加數位顯微鏡8〇〇的倍率選擇。 例如，可在數位顯微鏡800的殼體中，設置一伸縮管組件 ，讓物鏡890在該伸縮管組件的内部沿著軸線移動， 以調整數位顯微鏡800的倍率。或者，亦可利用一或多個 導引元件（例如導引桿、導引條、螺紋等構造），搭配 適當的連結構造與物鏡890連接，使物鏡890可藉由在導 - 引元件上滑動或旋動的方式，沿著軸線102移動。 0992054697-0 099131182 表單編號Α0101 第13頁/共28頁 201211580 圆㈣顯微鏡80时的光線轉向器、防反絲置及其他元件 ，皆可用前揭任一實施例的方式來實現，為簡潔起見， 在此不重複敘述。 [0041]前揭的數位顯微鏡的實施例可應用在許多方面，包含（ 但不限定於）材料檢測方面的應用、醫學相關領域的應 用、汽車及其他工業領域的應用'教育領域的應用、以 及休閒娛樂領域的應用等等。 [_以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專 利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範 圍。 【圖式簡單說明】 闕m為本發明之顿式數位賴鏡之第—實施例簡化後的 示意圖。 闺®2為本發明之顿式數位顯微鏡之第二實補簡化後的 示意圖。 刚《為本發明之手持式數位顯微鏡之第三實施例簡化後的 示意圖。 [_ BI4為本發明之手持式數位顯微鏡之第四實施例簡化後的 示意圖。 剛@ 5為本發明之手持式數位顯微鏡之第五實_簡化後的 示意圖。 [_ 為本發狀特植位顯微鏡之第六實_簡化後的 示意圖。 099131182 表單編號A0101 第〗4頁/共28頁 0992054697-0 201211580 LUU49J 圖7為本發明之手持式數位顯微鏡之第七實施例簡化後的 示意圖。 [0050] 圖8為本發明之手持式數位顯微鏡之第八實施例簡化後的 示意圖。 【主要元件符號說明】 [0051] 100、200、300、400、500、600、700、800 數位顯 微鏡
[0052] 102 軸線 [0053] 104 標的物件 [0054] 110 影像感測電路 [0055] 112 影像感測區 [0056] 120 、890物鏡 [0057] 130 發光裝置 [0058] 140 、240、340光線轉向豪jpy ί'Τ 丨 [0059] 150 ; .. 分光裝置 [0060] 162 、164、678、680、780 偏光片 [0061] 242 凸透鏡 [0062] 342 入光面 [0063] 344 反射區 [0064] 346 出光面 [0065] 470 、570、670、770防反光裝置 表單編號A0101 第15頁/共28頁 099131182 0992054697-0 201211580 [0066 ] 572 [0067] 574 [0068] 576 反射件 固定件 反射面 099131182 表單編號A0101 第16頁/共28頁 uyyzimoy 卜 u