TW202306528A - 光學系統及其干涉物鏡模組 - Google Patents

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Abstract

本發明提供干涉物鏡模組，其包含一物鏡和一干涉模組，該物鏡包含一溫控器，該干涉模組被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，以及其中該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交。

Description

光學系統及其干涉物鏡模組
本發明關於一種光學系統及其干涉物鏡模組。本發明亦關於一種藉由所述光學系統來成像樣品的方法。
光學系統是一個由透鏡、反射鏡和稜鏡所組成的組合，其構成了光學儀器的光學部分。近年來，非侵入式光學系統是一種被廣泛使用的技術，例如光學同調斷層掃描術(OCT)、反射共軛焦顯微術(RCM)、雙光子發光顯微術(TPL)等。有許多種非侵入式成像光學系統。舉例而言，光學同調斷層掃描(OCT)系統是一種採用影像干涉技術的光學系統，已廣泛地應用於組織的成像重建。這種干涉成像技術可進行生物樣品的高解析度截面成像。就成像干涉法而言，寬帶照明將有助於軸向解析度，且可產生高解析度的截面/體積影像。
本發明關於一種干涉物鏡模組及其光學系統，其用於改善不同組織類型之間的高解析度OCT影像的整體影像品質。
本發明提供一種干涉物鏡模組，其包含一物鏡，該物鏡包含一溫控器，以使該物鏡溫度維持於26℃至37℃間，以及一干涉模組，其被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，以及使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交。
另一方面，本發明提供一種裝置/系統，其包含：一照明模組，其被建構成將一來源光提供給一光學干涉模組，而該光學干涉模組將該來源光轉化成一線狀光並且處理光訊號；一本發明所揭干涉物鏡模組，其用於處理來自於該光學干涉模組的光線並且處理由一樣品所產生的光訊號；一個二維相機，其被建構成用於接收一由該樣品背向散射的干涉訊號；以及一數據處理模組，用於將該干涉訊號處理成為一影像。
另一方面，本發明也提供一種用於成像一樣品的裝置/系統，其包含本發明之一干涉物鏡模組，其中該溫控器使該物鏡溫度維持於26℃至37℃間，且該干涉模組被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，並且使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交。
援引併入
本說明書中所提到的所有出版物、專利和專利申請案均通過引用併入本文，其程度等同於特別地且單獨地指出每個單獨的出版物、專利或專利申請通過引用而併入。
A:光源
B:光學干涉模組
C:干涉物鏡模組
D:檢測器
E:數據處理模組
R:區域
S:區域
10:物鏡
20:干涉模組
21:參考片
22:分光鏡
23:樣品片
241:第一介質
242:第二介質
243:第三介質
244:第四介質
25:折射調節構件
251:厚玻片
252:薄玻片
253:玻璃嵌片
254:旋轉軸
255:光軸
26:折射調節構件
27:焦平面
28:干涉平面
29:溫控器
3:樣品
30:樣品
41:分光鏡
42:樣品物鏡
43:參考物鏡
44:參考鏡
51:物鏡
52:分光鏡
53:參考鏡
藉由參考闡述了使用本發明原理的例示性具體例的以下詳細說明和下列附圖，更能夠理解本發明的特徵和優點：
圖1顯示本發明光學系統的示意圖。
圖2A顯示本發明不含溫控器之米勞型干涉物鏡模組的一具體例。
圖2B提供由根據圖2A設計的光學系統所產生的例示性干涉影像，其中上方影像由對稱設計產生，而下方影像由不對稱設計產生。
圖2C提供由根據圖2A設計的光學系統所產生的SNR圖，其中上方曲線由對稱設計產生，而下方曲線由不對稱設計產生。
圖3A-C顯示由干涉物鏡模組的焦平面(FP)和干涉平面(IP)於一樣品掃描期間的相對位置。
圖4顯示本發明之例示性林尼克型干涉物鏡模組的一具體例。
圖5顯示本發明之例示性邁克遜型干涉模組的具體例。
圖6顯示設有一折射調節構件的例示性米勞型干涉模組的具體例。
圖7A/B顯示圖6的折射調節構件的實例。
圖8顯示設有一折射調節構件的例示性米勞型干涉模組的具體例。
圖9顯示一設有圖8折射調節構件的例示性米勞型干涉模組的具體例之細節。
圖10A/B顯示本發明所揭例示性光學系統的SNR圖。圖10A顯示圖6所示以一玻片作為折射調節構件25的米勞型干涉物鏡模組的系統所獲得之結果。圖10B顯示不含玻片的系統所獲得之結果。
圖11A-D顯示由對應於圖10A和圖10B的光學系統所產生之例示性截面光學同調斷層掃描(OCT)影像。
圖12A-C提供如圖9所示包含一干涉物鏡模組的光學系統所產生的干涉影像。
圖13A-C顯示干涉影像，其由米勞型干涉物鏡模組之光學系統所成像，且該米勞型干涉物鏡模組具一溫控器，能進行各溫度設定。
圖14為本發明含有溫控器之米勞型干涉物鏡模組示例。
光學干涉法被廣泛地使用於科學和產業中。它也被應用於例如皮膚學、眼科學或口腔健康等醫學領域。在醫學應用領域中，整個組織中的折射率並不會永遠均一。舉例來說，角質層和癌組織的折射率通常高於其他皮膚組織。因此，不易在整個組織中以細胞級解析度觀察特徵。本發明提供一種設有特定干涉物鏡模組的光學系統，以改善上述缺陷，同時保持高解析度和SNR值，以便可調整地在不同深度上觀察樣品。
結合高數值孔徑的光學元件和寬帶光源，可藉由OCT來達成一微米左右的近等性空間解析度。此一特點使得OCT成為提供細胞級解析度成像的有效工具。該系統的一個問題在於焦點深度(DOF)受限。就DOF受限而言，OCT截面(B-掃描)影像的一小部份將會具有良好的解析度，但大部分都 是模糊的。有些方法可解決此一問題，包括影像融合，貝塞爾氏光束生成(Bessel beam generation)、動態聚焦等。大多數的方法需要在空間解析度(亦即，影像融合)或靈敏度(亦即，貝塞爾氏光束)上作出一些讓步。優化空間解析度和靈敏度的一種方法是在軸向掃描期間同時移動焦平面和干涉平面；但此一方案存在兩個問題。首先，由於樣品的光學性質(亦即，折射率)通常無法事先得知，且隨著組織不同而有明顯變化，因此，難以在不同的組織間保持相同的成像表現。此一問題在具有高數值孔徑的系統中尤其嚴重，在此種系統中DOF狹窄，且系統易受樣品性質的差異所影響。另一個問題在於需要至少兩個軸向掃描模組，才能夠在不移動樣品(亦即，患者)的情況下移動焦平面和干涉平面，明顯地增加了系統的成本和複雜性。
在生物組織內進行高解析度OCT成像的其中一個問題在於，焦平面(FP)和干涉平面(IP)之間的錯配。就具有動態聚焦功能(焦平面(FP)於軸向掃描期間移動)的OCT而言，原則上可以透過仔細選擇具有與樣品組織相近之折射率(RI)的浸液來避免此一問題。但是，生物組織的折射率(RI)永遠與深度相依，且隨著身體部位的不同而變化，所以難以避免焦平面(FP)與干涉平面(IP)之間的錯配。在某些情況下，此一問題會降低影像的空間解析度。就基於低空間同調性光源(亦即，鹵素燈)的OCT而言，因為失焦訊號難以干涉，所以相較於具有空間同調性光源(亦即，超連續光譜源)的系統，這也會造成嚴重的靈敏度下降。
被提出來解決此一問題的方法包括有，運用數值法進行影像重新聚焦，或是藉由特別的掃描元件(例如物鏡和參考模組)來補償此一錯配。本發明提供一種系統/方法，藉由選定折射率(RI)略大於或小於樣品組織的浸 液，和/或在干涉儀中導入具有相反符號的內建錯配，使焦平面(FP)和干涉平面(IP)之間的錯配最小化。藉由此一設置，系統可涵蓋更多不同的組織類型，而且可藉由改變內建錯配的數量來擴充。
下述為焦平面(FP)和干涉平面(IP)間之錯配的一個簡單模型。首先定義焦平面(FP)的深度掃描速度為v FP ，且干涉平面(IP)的深度掃描速度為v IP 。若該等掃描速度在掃描過程中是恆定的，則可將錯配表示為：
Figure 111115176-A0202-12-0006-1
△z是焦平面(FP)和干涉平面(IP)間的錯配，z是干涉平面(IP)的深度位置，△z 0是前文所述之內建錯配，且β是錯配相對於深度的增加率。在此一簡單模型中(各平面的速度恆定)，在β和△z 0皆為零時，即可使整體錯配最小化，且若β和/或△z 0不為零，則它們的符號相反。
就只有一個掃描軸(亦即，掃描移動於干涉儀和樣品之間的邁克遜/林尼克型干涉儀，抑或是米勞型干涉儀)的OCT而言，各個平面在樣品內的移動速度(相對於干涉儀的最後平面或樣品的表面)可估算為：
Figure 111115176-A0202-12-0006-2
v O 是干涉儀和樣品之間的相對速度，n O 是干涉儀和樣品之間隔空間(經常填充有浸液)的折射率，而n sam 值是樣品的折射率。就活體內組織成像而言，常見到樣品的平均折射率隨著深度而變化。更確切來說，上層可能具有比下層更高或更低的折射率。例如，表層皮膚由角質層和表皮組成，角質 層的平均折射率通常高於表皮。由於n sam 值與深度相依，即使具有恆定的v O 值，v IP 和v FP 亦仍為深度的函數。
下述實例為選擇n O (亦即，浸液的折射率)和△z 0(內建錯配的數量)的考量點。若n sam 值隨著深度而降低，則β也是如此。在此情況下，β的初始值較佳為正值，如此可將β的整體絕對值最小化，因此，n O 應被選定為小於樣品表層區域的n sam 值。而且在此例中，△z 0應為負值，以使整體△z值最小化。
為能夠解決前述問題，本發明提供如圖1所示光學系統的具體例，其包含一光源A，用於將一來源光提供給光學干涉模組B；一干涉物鏡模組C，其處理來自於光學干涉模組B的光線並且處理由一樣品所產生的光訊號；以及一檢測器D，其檢測來自於該樣品的干涉訊號。此外，可以設置一數據處理模組E，將該干涉訊號處理成為一干涉影像。
干涉物鏡模組C包含一物鏡和一干涉模組。該干涉模組包含一用於分離該來源光的分光鏡；一用於提供參考臂的參考片；以及一樣品片，用於處理來自於樣品的樣品臂。圖2A顯示一例示性不含有溫控器之米勞型干涉物鏡模組。米勞型干涉物鏡模組包含一物鏡10和一干涉模組20，其中干涉模組20包括與一與物鏡10分開配置的參考片21，以提供一參考臂；一分光鏡22，用於分光被物鏡10和參考片21所處理的來源光；以及一樣品片23，其被設置成用於傳遞來自分光鏡22的分束光，並且處理來自樣品30的背向散射光。在一些具體例中，參考片、分光鏡和樣品片各自獨立為熔融石英等，其折射率和厚度較不受溫度變化的影響。
干涉模組20被建構成使該干涉物鏡模組C的焦平面27和干涉平面28的間距於一測量期間變化。在該測量期間，干涉物鏡模組C的焦平面27和干涉平面28在某一位置上重疊，而該位置通常是樣品內的某一深度(亦即，干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交)。
在本文中，圖3A-C顯示米勞型干涉物鏡模組的焦平面(FP)27和干涉平面(IP)28於一測量過程中的相對位置。在開始測量前，焦平面(FP)27位於樣品片23和樣品30的界面上，且干涉平面(IP)28位於樣品30內，不與焦平面(FP)27重疊(圖3A)。當物鏡朝向樣品30進行掃描時，焦平面(FP)27和干涉平面(IP)28間距縮短，然後在樣品3內的某一深度重疊(圖3B)。通常，在掃描測量期間，重疊位置具有最清晰的影像品質。隨著持續掃描深入樣品3，焦平面(FP)27和干涉平面(IP)28將會彼此遠離(圖3C)。因此，在樣品掃描過程中，焦平面(FP)27和干涉平面(IP)28的間距有變化。
由於樣品臂和參考臂不對稱，使得干涉物鏡模組的焦平面(FP)和干涉平面(IP)不重疊。為了達成這個不對稱性質，在某些具體例中，米勞型干涉物鏡模組包含至少兩種相異的介質被填充於干涉模組20中。
為了獲得更好的干涉成像品質，在某些具體例中，圖2A所示不含溫控器之米勞型干涉物鏡模組填充有至少兩種折射率相近於受測樣品的相異介質。第一介質241和第二介質242填充於米勞型干涉物鏡模組內部的空間。在一些具體例中，第一介質或第二介質被填充於物鏡10和參考片21之間的空間。在一些具體例中，第一介質被填充在參考片21和分光鏡22之間的空間。該至少兩種相異的介質具有相近於樣品3的折射率，其範圍為約1.2至約1.8。在一些具 體例中，第一介質具有位於約1.3至約1.5之範圍內的折射率。在一些具體例中，第一介質包含水、矽油、矽膠、超音波凝膠、乙醇或甘油，其具有一位於約1.3至約1.5之範圍內的折射率，抑或是彼等之組合。在某些具體例中，第一介質包含水、矽油或甘油。在某些具體例中，第一介質包含矽油。在一些具體例中，相異於第一介質的第二介質242被填充於分光鏡22和樣品片23之間的空間。在一些具體例中，第二介質具有異於第一介質241的折射率，但其折射率仍在約1.2至約1.8的範圍內。在某些具體例中，第二介質包含矽膠，例如ST-彈性體10或其對應彈性體等。
在某些具體例中，當樣品3的折射率大於皮膚的折射率時，將會滿足方程式(1)至(3)：
n平均樣品<n平均參考.........(1)
d樣品>d參考.........(2)
n平均樣品×d樣品=n平均參考×d參考.........(3)。
根據圖2，「n平均樣品」表示區域S的平均折射率，意指為樣品臂的平均折射率，其被定義為
Figure 111115176-A0202-12-0009-3
，n代表穿過區域S中之各材料樣品臂的折射率，d代表各材料的厚度。「n平均參考」表示區域R的平均折射率，意指參考臂的平均折射率，其被定義為
Figure 111115176-A0202-12-0009-4
，n代表穿過區域S中之各材料參考臂的折射率，d代表各材料的厚度。「d樣品」表示區域S的距離，「d參考」表示區域R的平均折射率。
在某些具體例中，當樣品3的折射率小於皮膚的折射率，將會滿足方程式(4)、(5)和(3)。
n平均樣品>n平均參考.........(4)
d樣品<d參考.........(5)
n平均樣品×d樣品=n平均參考×d參考.........(3)。
方程式(4)、(5)和(3)中的符號被定義為相同於方程式(1)、(2)和(3)。
在一些具體例中，為了達成樣品臂和參考臂的不對稱，樣品片23的材料和/或厚度與分光鏡22相異。
在某些具體例中，樣品片23的厚度和/或材料經過改變/選擇，以滿足方程式(1)至(5)。在某些具體例中，樣品片23的厚度和/或材料相異於分光鏡22(且選擇性地相異於參考片21)。在一些具體例中，分光鏡22的厚度和/或材料經過改變/選擇，以滿足方程式(1)至(5)。在某些具體例中，分光鏡22厚度和/或材質相異於樣品片23(且選擇性地相異於參考片21)。在一些具體例中，該材料差異的特徵在於折射率。
圖2B係提供由根據圖2A設計的光學系統所產生的例示性干涉影像，而上方影像由對稱設計產生，其中使用相同的介質來填充模組20，且分光鏡22和參考片23的厚度相同。更好的上方影像是由非對稱性設計所產生，其中使用兩種相異的介質來填充干涉物鏡模組20，且分光鏡22和參考片23的厚度相同。所有的B-掃描影像皆攝自於人的手掌。採用不對稱設計所獲得的B-掃描影像對於表皮展現出更好的靈敏度和解析度。
圖2C提供了一例示性光學系統的SNR圖，該光學系統包含圖2A所示米勞型干涉物鏡模組。上方曲線得自於非對稱設計，其中使用兩種相異的介質來填充干涉物鏡模組，且使用兩種不同厚度的分光鏡22和參考片23。下方曲線得自於對稱設計，其使用相同介質來填充干涉物鏡模組20，且分光鏡22和 參考片23的厚度相同。信號雜訊比(SNR)相對於深度的曲線係藉由>15次B-掃描人體皮膚的平均值來估算。藉由將傳統的對稱米勞型設計變更為一種具有不同介質和不同玻璃厚度的不對稱米勞型設計，改善了整體SNR。
藉由本發明所揭露的例示性米勞型干涉法，可簡單地透過移動米勞型物鏡來達成焦平面(FP)和干涉平面(IP)的同時移動。相較於邁克遜型和林尼克型干涉法，米勞型OCT對於振動亦具有更高的阻抗性，需要更少的光學元件，且更為輕巧。米勞型結構的一個問題在於可調節度較低。由於參考臂和樣品臂在米勞型干涉法中共用相同的物鏡，故難以增加額外的掃描軸(例如第二軸)來補償錯配。因為本發明可選擇性地使用第二軸來補償錯配，所以適用於米勞型OCT。
干涉物鏡模組C不限於米勞型(Mirau type)，亦可為邁克遜型(Michelson type)、林尼克型(Linnik tyep)或馬赫-曾德爾型(Mach Zehnder type)。圖4提供一種林尼克型干涉物鏡模組作為實例，其包含一分光鏡41，用於將來源光分光至一參考物鏡43和一樣品物鏡42。參考物鏡43將分束光線投射至一參考鏡44，以產生一參考臂，且該參考臂干涉由樣品3背向散射出來的樣品臂。在測量期間，將分別調節參考物鏡43和樣品物鏡42。
圖5中提供一種邁克遜型干涉物鏡干涉模組作為實例，其包含一物鏡51，將來源光傳送至一分光鏡52，隨後分束光將會被投射至樣品3和參考鏡53上。接著，來自於參考鏡53和樣品3的參考臂和樣品臂干涉生成干涉訊號。在測量期間，可以調節物鏡51和參考鏡53。
為了調節焦平面和干涉平面的重疊位置，在一些具體例中，米勞型干涉物鏡模組的分光鏡22和樣品片23之間設置有一折射調節構件25，如圖 6所示。第一介質241和第二介質242被填充於米勞型干涉物鏡模組內部的空間。在一些具體例中，折射調節構件25包含一玻片、一旋轉片等。在一些具體例中，折射調節構件25為一旋轉片，其包含數個具有不同厚度和/或折射率的部分，如圖7所示。折射調節構件25(亦即，旋轉片)可區分成若干部份，其包含一厚玻片251部件和一薄玻片252部件(圖7A)，其中旋轉軸254位於折射調節構件25(亦即，旋轉片)的中央，且光軸255位於玻片251和252的部分。在某些具體例中，折射調節構件25可被設計成如圖7B所示者，其具有數個不同厚度或折射率的玻璃嵌片253融合於折射調節構件25上。折射調節構件25上各部份的光學特性可視需求而變化。
本發明提供另一個米勞型干涉物鏡模組的具體例，如圖8所示。例示性米勞型干涉物鏡模組包含一位於分光鏡22和樣品片23之間的折射調節構件26。第一介質被填充在米勞型干涉物鏡模組內的空間，如圖8所示。在一些具體例中，折射調節構件26為一可沿著縱向移動的玻片，而所述縱向相同於物鏡的掃描方向。
本發明亦提供如圖9所示米勞型干涉物鏡模組之具體例。該米勞型干涉物鏡模組除了第三介質243填充於分光鏡22和折射調節構件26之間的空間，且第四介質244填充在折射調節構件26和樣品片23之間的空間以外，具有相同於圖8的結構。在某些具體例中，第三介質243的折射率可以小於第四介質244的折射率。由於第三介質243和第四介質244具有相異的折射率，干涉調節裝置26在物鏡掃描期間將會不對稱地移動，使得樣品臂的平均干涉作用在掃描觀察過程中變化，從而可以調節焦平面和干涉平面的重疊位置。
圖10提供本發明所揭例示性光學系統的SNR圖。圖10A顯示一由包含圖6所示米勞型干涉物鏡模組的系統所得到的結果，該模組具有一玻片作為折射調節構件25；反之，圖10B顯示一不帶有玻片之系統的結果。當折射調節構件插置於分光鏡和樣品片之間，在深度為0至150μm的SNR訊號(圖10A)顯然大於不具有折射調節構件者(圖10B)。然而，隨著折射調節構件被移除，SNR訊號在高於150μm的深度將會變得更大。此一結果可以在干涉影像中觀察到，如圖11A-D所示。圖11A和11B是由對應於圖10A之光學系統所產生的干涉影像，而圖11C和11D的影像是由對應於圖10B的光學系統所產生。當光學系統具有一被插置於分光鏡和樣品片之間的折射調節構件時，淺層皮膚的影像是清晰的(見箭頭)(圖11A和11B)，這代表米勞型干涉模組的焦平面和干涉平面相重疊。反之，在深層皮膚出現模糊訊號(白色星形)(圖11C和11D)，這代表焦平面和干涉平面不重疊。然而，隨著折射調節構件被移除，在深層皮膚中的影像將會變為清晰(見箭頭)，但在淺層皮膚中則會失焦(白色星形)，如圖11C和11D所示。根據此一結果，聚焦觀察深度，以及焦平面和干涉平面的重疊位置，皆可以透過本發明光學系統而有效地改變。
圖12A-C提供由包含圖9所示干涉物鏡模組的光學系統所得到的干涉影像。在開始掃描測量之前，淺層樣品中的影像訊號很強(圖12A)。掃描開始時，隨著折射調節構件接近樣品片，深層樣品的影像變得清晰(圖12B和12C)。
某些具體例中提供一種干涉物鏡模組，其包含具有一溫控器之物鏡，用以在操作過程中使物鏡維持適當的溫度範圍。令人意外的發現，透過控制干涉物鏡模組中該物鏡之溫度於一特定範圍，其干涉影像相較於不具有溫 控器者，更能產生清晰的影像品質。該干涉模組包含與該物鏡分開設置以提供一參考臂的一參考片、用於將來自於該物鏡之來源光加以分光的一分光鏡、以及用於傳輸來自於該分光鏡的分束光以提供一樣品臂的一樣品片，其中該干涉模組被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，以及其中該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交。在部分具體例中，該溫控器包含一正溫度係數加熱器(PTC)加熱器或其類似者。
圖13A-C為干涉影像示例，其由含有溫控器之米勞型干涉物鏡模組之光學系統所成像。圖13A之干涉影像係於約33℃下量測，圖13B之干涉影像係於約26℃下度量測，圖13C之干涉影像係於約室溫下量測，基本上室溫指光學影像裝置或其類似裝置的操作溫度。如圖13A-C所示，圖13A及圖13B之細胞核邊緣比圖13C銳利，除此之外，相較於圖13C，圖13A及圖13B清楚地顯現具有較高的訊躁比(SNR)值。
在不受任何特定理論或假設束縛下，當該裝置用於量測人體皮膚時，物鏡10適合的溫度範圍為低於人體溫度37℃，以避免人體不舒適及較佳的散熱效果。在部分具體例中，物鏡合適的溫度範圍介於26℃至37℃。於部分實施態樣中，合適的溫度範圍可為26℃至36℃，27℃至36℃，28℃至36℃，29℃至36℃，或30℃至36℃，令人意外的發現，本發明所揭露之物鏡溫度能使干涉影像呈現高品質。於特定具體例中，物鏡較佳的溫度約33℃，介於30℃至36℃間(即33℃+10%)。
除此之外，溫控器被發現是達到高品質影像的重要元件。原則上，要實現溫度控制通常會將溫控器置放於中央(例如物鏡的中央部)，以使溫控器能控制整個物鏡的溫度。然而，令人意外的發現，在示例米勞型物鏡的中 央部加熱，並無法明顯改善影像品質，相反的，當將溫控器29設置於物鏡10的頂端(參圖14)，則能夠顯著獲得高品質影像。
部分具體例提供一種干涉物鏡模組，包含含有一溫控器之物鏡，其中該溫控器能使物鏡溫度維持於26℃至37℃間；以及一干涉模組，其被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，以及使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交。在部分具體例中，干涉物鏡模組被浸入折射率相近於樣品的至少兩種相異介質中。特定具體例中，至少兩種相異介質具有不同的折射率。特定具體例中，不同的折射率係介於1.2至1.8間。於部分具體例中，溫控器能維持物鏡溫度介於30℃至36℃。特定具體例中，溫控器包含一PTC加熱器或其類似者。部分具體例中，干涉模組包含一參考片，其與該物鏡分開設置，以提供一參考臂；一分光鏡，其用於將來自該物鏡之來源光分光；以及一樣品片，其用於傳輸來自該分光鏡之分光束，以提供一樣品臂。特定具體例中，該干涉物鏡模組包含一第一介質其被填充於一位於該參考片及該分光鏡之間的空間；以及第二介質，其被填充在一位於該分光鏡和樣品片之間的空間。特定具體例中，樣品片具有不同於分光鏡的厚度和/或材料。部分具體例中，該第一介質包含水、矽油、或甘油、或其類似者。部分具體例中第二介質包含矽膠或其類似者。部分具體例中，干涉物鏡模組為米勞型(Mirau type)干涉物鏡模組、邁克遜型(Michelson type)干涉物鏡模組、林尼克型(Linnik tyep)干涉物鏡模組，或是馬赫-曾德爾型(Mach Zehnder type)干涉物鏡模組。
在一些具體例中，樣品片具有不同於分光鏡的厚度和/或材料。在某些具體例中，干涉物鏡模組被浸入一或多種折射率相近於樣品的介質中。 在某些具體例中，干涉物鏡模組包含第一介質，其被填充於參考片和分光鏡之間的空間；以及第二介質，其被填充於分光鏡和樣品片之間的空間。在某些具體例中，第一介質和第二介質具有相異的折射率。在某些具體例中，該等相異的折射率位在約1.2至約1.8的範圍內。在某些具體例中，第一介質包含水、矽油或甘油等。在某些具體例中，第二介質包含矽膠等。
在一些具體例中，干涉模組還包含一被定位於分光鏡和樣品片之間的折射調節構件。在某些具體例中，折射調節構件是玻片、旋轉片等。在某些具體例中，旋轉片包含數個具有不同厚度和/或折射率的部份。在某些具體例中，折射調節構件是一可縱向移動的玻片。在某些具體例中，干涉模組包含位於分光鏡和可縱向移動玻片之間的第三介質，以及位於可縱向移動玻片和樣品片之間的第四介質，其中第三介質的折射率小於第四介質的折射率。
在一些具體例中提供一種裝置/系統，其包含：一照明模組，其被建構成將一來源光提供給一光學干涉模組，而該光學干涉模組將該來源光轉化成一線狀光並且處理光訊號；一本發明所揭干涉物鏡模組，其用於處理來自於該光學干涉模組的光線並且處理由一樣品所產生的光訊號；一個二維相機，其被建構成用於接收一由該樣品背向散射的干涉訊號；以及一數據處理模組，用於將該干涉訊號處理成為一影像。在特定具體例中，該溫控器能維持溫度介於26℃至37℃間。
在一些具體例中提供一種用於成像一樣品的方法，其藉由一包含本發明干涉物鏡模組的裝置/系統來進行，其中該溫控器能維持物鏡在26℃至37℃間，且該干涉模組被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，並且使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期 間相交。本發明的光學系統和干涉物鏡模組用於以細胞級解析度來調節一樣品的觀察深度。它適用於提供如皮膚或角膜等樣品之樣品表面或內部深層的資訊。就米勞型干涉光學系統而言，高NA物鏡可以使像差最小化並且使解析度最佳化，本發明的干涉物鏡模組可有效地改善其觀察深度。部分具體例中，該溫控器可維持該物鏡的溫度介於26℃至37℃間。
雖然本文已出示並且闡述了本發明的較佳具體例，但對於熟習本領域技術人士而言，這些具體例顯然僅供例示。熟習本領域技術人士可以完成許多更改、變化和取代，而不會悖離本發明。應當理解的是，本文所敘述之本發明具體例的各種替代方案均可供用於實施本發明。本發明意欲以下列請求項來界定本發明的範圍，並且藉此涵蓋落入這些請求項之範圍內的方法和結構以及其均等物。
C:干涉物鏡模組
R:區域
S:區域
10:物鏡
20:干涉模組
21:參考片
22:分光鏡
23:樣品片
241:第一介質
242:第二介質
27:焦平面
28:干涉平面
29:溫控器
3:樣品

Claims (26)

  1. 一種干涉物鏡模組，其包含：
    一物鏡，該物鏡包含一溫控器，以使該物鏡溫度維持於26℃至37℃間，以及
    一干涉模組，其被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，以及使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交。
  2. 如請求項1所述的干涉物鏡模組，其中該干涉物鏡模組被浸入於至少兩種相異的介質中，而該至少兩種相異的介質具有一相近於該樣品的折射率。
  3. 如請求項2所述的干涉物鏡模組，其中該至少兩種相異的介質具有相異的折射率。
  4. 如請求項33所述的干涉物鏡模組，其中該等相異的折射率位在約1.2至約1.8的範圍內。
  5. 如請求項1所述的干涉物鏡模組，其中該溫控器將該物鏡之溫度維持於30℃至36℃間。
  6. 如請求項5所述的干涉物鏡模組，其中該溫控器包含一PTC加熱器或其類似者。
  7. 如請求項1所述的干涉物鏡模組，其中該干涉物鏡模組包含一參考片，其與該物鏡分開設置，以提供一參考臂；一分光鏡，其用於將來自該物鏡之來源光分光；以及一樣品片，其用於傳輸來自該分光鏡之分光束，以提供一樣品臂。
  8. 如請求項7所述的干涉物鏡模組，其中該干涉物鏡模組包含第一介質，其被填充於一位於該參考片及該分光鏡之間的空間；以及第二介質，其被填充在一位於該分光鏡和樣品片之間的空間。
  9. 如請求項8所述的干涉物鏡模組，其中該樣品片具有不同於分光鏡的厚度和/或材料。
  10. 如請求項8所述的干涉物鏡模組，其中該第一介質及該第二介質具有不同折射率。
  11. 如請求項10所述的干涉物鏡模組，其中該不同折射率係介於約1.2至約1.8之範圍。
  12. 如請求項8所述的干涉物鏡模組，其中該第一介質包含水、矽油或甘油。
  13. 如請求項8所述的干涉物鏡模組，其中該第二介質包含矽膠。
  14. 如請求項1所述的干涉物鏡模組，其中該干涉物鏡模組包含一折射調節構件，係位於該分光鏡和該樣品片之間。
  15. 如請求項14所述的干涉物鏡模組，其中該折射調節構件是一玻片或一旋轉片。
  16. 如請求項15所述的干涉物鏡模組，其中該旋轉片包含複數個具有不同厚度和/或折射率的部分。
  17. 如請求項14所述的干涉物鏡模組，其中該折射調節構件是一可縱向移動的玻片。
  18. 如請求項17所述的干涉物鏡模組，其中該干涉物鏡包含一位於該分光鏡和該可縱向移動玻片之間的第三介質，以及一位於該可縱向移動玻 片和該樣品片之間的第四介質，其中該第三介質的折射率小於該第四介質的折射率。
  19. 如請求項1所述的干涉物鏡模組，其中該干涉物鏡模組為米勞型(Mirau type)干涉物鏡模組、邁克遜型(Michelson type)干涉物鏡模組、林尼克型(Linnik tyep)干涉物鏡模組，或是馬赫-曾德爾型(Mach Zehnder type)干涉物鏡模組。
  20. 如請求項1所述的干涉物鏡模組，其中該溫控器設置於該物鏡的前端區域。
  21. 一種裝置/系統，其包含：
    一照明模組，其被建構成將一來源光提供給一光學干涉模組，而該光學干涉模組將該來源光轉化成一線狀光並且處理光訊號；
    一如請求項1所述的干涉物鏡模組，其用於處理來自於該光學干涉模組的光線並且處理由一樣品所產生的光訊號；
    一個二維相機，其被建構成用於接收一由該樣品背向散射的干涉訊號；以及
    一數據處理模組，用於將該干涉訊號處理成為一影像。
  22. 如請求項21所述的裝置/系統，其中該干涉物鏡模組被浸入於至少兩種相異的介質中，而該至少兩種相異的介質具有一相近於該樣品的折射率。
  23. 如請求項21所述的裝置/系統，其中該干涉物鏡模組包含一參考片，其與該物鏡分開設置，以提供一參考臂；一分光鏡，其用於將來自該物 鏡之來源光分光；以及一樣品片，其用於傳輸來自該分光鏡之分光束，以提供一樣品臂。
  24. 如請求項21所述的裝置/系統，其中該溫控器設置於該物鏡的頂端區域。
  25. 一種藉由請求項21之裝置/系統進行一樣品成像的方法，其中該溫控器將該物鏡之溫度維持於26℃至37℃間，且其中該干涉模組被建構成使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面的間距於一測量期間變化，並且使該干涉物鏡模組的焦平面和干涉平面在該測量期間相交。
  26. 如請求項25所述的方法，其中該溫控器將該物鏡之溫度維持於30℃至36℃間。
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