TWI486625B - 數位全像顯微鏡 - Google Patents

Description

數位全像顯微鏡

本發明是有關於一種數位全像顯微鏡。

數位全像顯微鏡之原理係利用兩道光束之干涉條紋，以記錄待測物之外觀。詳細而言，一道光束(下稱物光)打至待測物上，自待測物反射之物光被導引至影像感測裝置，並與一參考光產生干涉條紋。此干涉條紋被影像感測裝置記錄下後，可被轉換成數位訊號進行處理，而處理過後即可推算出待測物之外觀。

請參照第1圖，其繪示習知之一種數位全像顯微鏡的示意圖。數位全像顯微鏡包含光源910、分光鏡(beam splitter)920、影像感測裝置930、承載基板940與反射鏡950。承載基板940用以承載待測物300。首先光源910發出之光束912在通過分光鏡920後，即分成參考光914與物光916。物光916穿過承載基板940後打至待測物300，接著反射至影像感測裝置930。另一方面參考光914打至反射鏡950，接著被反射回分光鏡920，分光鏡920再將參考光914反射至影像感測裝置。然而在本習知方式中，分光 鏡920需置於待測物300與影像感測裝置930之間，且分光鏡920需與影像感測裝置930之收光面932傾斜一角度(例如45度)，如此一來待測物300與影像感測裝置930之間必須間隔一距離h，因此增加了顯微鏡本身的尺寸，以至於無法將數位全像顯微鏡微型化。

因此本發明之一態樣提供一種數位全像顯微鏡，主要利用光柵取代分光鏡，藉由調整光柵的位置或改變與影像感測裝置之收光面之夾角，而使數位全像顯微鏡之尺寸得以縮小。

一種數位全像顯微鏡包含光源、光柵、影像感測裝置與光學模組。光源用以提供光束。光柵置於光源與待測物之間，用以將光束分為參考光與物光。影像感測裝置用以收集參考光以及自待測物反射之物光。光學模組置於光源與待測物之間，用以將參考光導引至影像感測裝置，且將物光導引至待測物。

在一或多個實施方式中，光學模組具有測量區與非測量區，待測物置於測量區。物光穿透光學模組之測量區而打至待測物，且參考光打至光學模組之非測量區而反射至影像感測裝置。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含光強調制元件，置於光柵與光學模組之間。光強調制元件用以調制物光與參考光其中一者的光強度。

在一或多個實施方式中，光柵與光強調制元件共同組成主動式分光元件。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含疏水材質層，覆蓋光學模組面向待測物之一側的非測量區之至少一部分，且圍繞測量區。

在一或多個實施方式中，光學模組具有凹槽，位於光學模組面向待測物之一側的測量區。

在一或多個實施方式中，光學模組與光柵共同形成具有繞射圖案之全像光學元件。

在一或多個實施方式中，全像光學元件之繞射效率小於20%且大於0.1%。

在一或多個實施方式中，全像光學元件與影像感測裝置之收光面大致平行。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含光強調制元件，置於全像光學元件與待測物之間。光強調制元件用以調制物光的光強度。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含至少一反射側壁，置於全像光學元件與影像感測裝置之間。反射側壁用以將自待測物反射之物光導引至影像感測裝置。

在一或多個實施方式中，反射側壁與全像光學元件之法線之間具有一夾角，且夾角之範圍大於0度並小於或等於60度。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含載 板，用以承載待測物。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含疏水材質層，覆蓋載板面向待測物之一側的至少一部分，且圍繞待測物。

在一或多個實施方式中，載板具有凹槽，用以容納待測物。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含透鏡，置於光源與光學模組之間。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含反射元件，置於光源與光學模組之間。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含導引介質，置於光學模組與影像感測裝置之間。導引介質具有一導引面。

在一或多個實施方式中，影像感測裝置為電荷耦合元件或互補金屬氧化物半導體。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡更包含反射蓋，置於待測物相對於光學模組之一側。

105、205‧‧‧疏水材質層

110、910‧‧‧光源

112、912‧‧‧光束

114、914‧‧‧參考光

116、916‧‧‧物光

120‧‧‧光柵

130、930‧‧‧影像感測裝置

132、932‧‧‧收光面

140‧‧‧光學模組

142、144、222‧‧‧側面

146、226‧‧‧凹槽

148、228‧‧‧凸出部

150‧‧‧透鏡

160‧‧‧光強調制元件

170‧‧‧反射蓋

180‧‧‧反射元件

190、240‧‧‧導引介質

191、241‧‧‧底面

192、194、242、244‧‧‧導引面

196、246‧‧‧曲面

199‧‧‧側面

207‧‧‧測量區

210‧‧‧全像光學元件

212‧‧‧法線

220‧‧‧載板

230‧‧‧反射側壁

248‧‧‧反射側面

300‧‧‧待測物

920‧‧‧分光鏡

950‧‧‧反射鏡

A-A‧‧‧線段

I‧‧‧測量區

H、h‧‧‧距離

θ‧‧‧夾角

II‧‧‧非測量區

第1圖繪示習知之一種數位全像顯微鏡的示意圖。

第2圖繪示依照本發明第一實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。

第3圖繪示本發明一實施方式之待測物與光學模組的 局部示意圖。

第4圖繪示本發明另一實施方式之待測物與光學模組的局部示意圖。

第5圖繪示本發明再一實施方式之待測物與光學模組的局部示意圖。

第6圖繪示本發明第二實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。

第7A圖繪示本發明第三實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。

第7B圖繪示第7A圖之導引介質與影像感測裝置的上視圖。

第8圖繪示本發明第四實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。

第9A圖繪示本發明第五實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。

第9B圖繪示第9A圖之反射側壁與影像感測裝置的上視圖。

第10圖繪示本發明一實施方式之待測物與載板的局部示意圖。

第11圖繪示本發明又一實施方式之待測物與載板的局部示意圖。

第12圖繪示本發明再一實施方式之待測物與載板的局部示意圖。

第13圖繪示本發明第六實施方式之數位全像顯微鏡的 示意圖。

第14A圖繪示本發明第七實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。

第14B圖繪示第14A圖之導引介質與影像感測裝置的上視圖。

第15圖繪示本發明第八實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。

以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第2圖繪示依照本發明第一實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。數位全像顯微鏡包含光源110、光柵120、影像感測裝置130與光學模組140。光源110提供光束112。光柵120置於光源110與待測物300之間，用以將光束112分為參考光114與物光116。影像感測裝置130用以收集參考光114以及自待測物300反射之物光116。光學模組140置於光源110與待測物300之間，用以將參考光114導引至影像感測裝置130，且將物光116導引至待測物300。

詳細而言，光源110例如可為雷射光，然而本發明 並不以此為限。光源110發出之光束112首先到達光柵120。光束112藉由光柵120的分光作用而在空間上分為至少兩道光束，其中可選擇兩道光束作為參考光114與物光116。參考光114與物光116分別沿著不同的路徑而到達光學模組140。在本實施方式中，光學模組140具有測量區I與非測量區II，而待測物300置於光學模組140相對於光源110之一側面142，且位於光學模組140的測量區I中。物光116自光學模組140之另一側面144射入，到達光學模組140之測量區I，穿透光學模組140後打至待測物300。因此自待測物300反射的物光116則再度穿透光學模組140，接著到達影像感測裝置130。另一方面，到達光學模組140的參考光114會打至光學模組140之非測量區II，而被光學模組140反射至影像感測裝置130。因此到達影像感測裝置130的參考光114與物光116便能夠干涉以形成干涉圖案。此干涉圖案則被影像感測裝置130記錄下來，之後可被轉換成數位訊號進行處理。而處理過後即可推算出待測物300的外觀，以產生待測物300的影像。

本實施方式之數位全像顯微鏡，因由光柵120代替傳統之數位全像顯微鏡的分光鏡，待測物300與影像感測裝置130之間不必再容納具傾斜角的分光鏡，因此待測物300與影像感測裝置130之間的距離H即可小於傳統之數位全像顯微鏡的距離h(如第1圖所標示)。如此一來，因本實施方式之數位全像顯微鏡整體之尺寸得以縮小，因此有助於數位全像顯微鏡的微型化，對於觀測微小的待測物較 具有優勢。

在本實施方式中，光柵120為穿透式光柵。當光束112通過光柵120後會產生繞射現象，且主要產生一道零階之繞射光與二道一階之繞射光，其中可選擇任兩道繞射光分別作為參考光114與物光116。

另外，本實施方式之光學模組140可具有承載待測物300之功能，即待測物300可置於光學模組之側面142。光學模組140可為透明板，例如為玻璃板或塑膠板，因此物光116可穿透透明板而打至待測物300上。另一方面，參考光114在自光學模組140(即透明板)之側面144進入後，到達光學模組140之另一側面142。因透明板與周遭環境(在本實施方式中為空氣)的折射率之差異，使得部分之參考光114得以被側面142反射。此部分之參考光114則再度通過光學模組140而到達影像感測裝置130。更甚者，為了增加參考光114於側面142的反射量，一反射層可選擇性地置於光學模組140之側面142，例如是以鍍膜的方式將反射層鍍於光學模組140上，且反射層僅覆蓋光學模組140之非測量區II。因此到達影像感測裝置130的參考光114之強度可增加，同時不影響物光116於光學模組140之測量區I的穿透量。

在一或多個實施方式中，影像感測裝置130例如可為電荷耦合元件(Charge-Coupled Device；CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；CMOS)，然而本發明不以此為限。本發明 所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇影像感測裝置130的種類。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含透鏡150，置於光源110與光學模組140之間。透鏡150可將參考光114與物光116發散成球面波，其中具球面波之參考光114可涵蓋較多方向的光，而具球面波之物光116可放大與參考光114所形成之干涉條紋，即干涉條紋之條紋寬度會較寬，以利於後續的數位訊號處理。另外雖然在本實施方式中，透鏡150置於光柵120與光學模組140之間，即光束112先被分為參考光114與物光116後，參考光114與物光116再一併通過透鏡150。然而在其他實施方式中，透鏡150也可置於光源110與光柵120之間，即光束112先形成球面波後，再通過光柵120而分成參考光114與物光116。另一方面，雖然第1圖所繪之透鏡150為凸透鏡，然而本發明不以此為限。在其他的實施方式中，透鏡150亦可為凹透鏡。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含光強調制元件160，置於光柵120與光學模組140之間，用以調制參考光114與物光116其中一者的光強度。為了得到品質較好的干涉圖案，到達影像感測裝置130之參考光114與物光116的光強度需互相配合。因此在本實施方式中，光強調制元件160可置於物光116之行經路徑上。如此一來，即可以到達影像感測裝置130之參考光114為基準，調制物光116的光強度，使得影像感測裝置130所測 得的參考光114與物光116的光強度相匹配，以得到較佳品質的干涉圖案。然而在其他的實施方式中，光強調制元件160亦可置於參考光114之行經路徑上。如此一來，即可以到達影像感測裝置130之物光116為基準，調制參考光114的光強度。

上述之光強調制元件160可包含液晶光偏振調制器與至少一偏振片。舉例而言，光束112具有一特定之偏振方向，其偏振方向由兩互相正交之偏振態所組成，此兩偏振態具有不同或相同之分量。而液晶光偏振調制器可用以改變光束之兩正交之偏振態的分量，即光束之偏振方向在經過液晶光偏振調制器後可能會改變，其中光束之偏振方向會隨著提供至液晶光偏振調制器的電壓不同而不同。另外偏振片用以選取特定偏振方向之光。詳細而言，在本實施方式中，當光束112的兩正交之偏振態組成特定之偏振方向時，通過光強調制元件160之物光116或參考光114亦具有該偏振方向。以物光116為例，首先物光116進入液晶光偏振調制器後，其偏振方向可被改變。之後物光116通過偏振片後，一部分之物光116即被偏振片濾除，而當提供至液晶光偏振調制器的電壓不同時，被偏振片所濾除的光強度也不同。另外，若光束112不具有特定的偏振態時，物光116或參考光114在通過液晶偏振調制器前，可先通過另一偏光片，使得物光116或參考光114先成為偏振光後再進入液晶偏振調制器。

應注意的是，雖然上述之光強調制元件160是由偏 振方向而控制光強度，然而在其他實施方式中，光強調制元件160亦可為光強度衰減片，本發明不以此為限。

在一或多個實施方式中，上述之光柵120與光強調制元件160可結合成一主動式分光元件，即當光束112通過主動式分光元件後，不但可經過繞射而形成參考光114與物光116，亦可同時調整參考光114與物光116之光強比例。此一主動式分光元件可以為聲光調製器(Acousto-Optic Modulator；AOM)，然而本發明不以此為限。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含反射蓋170，置於待測物300相對於光學模組140之一側。當待測物300為一透明物質時，到達待測物300之一部分的物光116(如第1圖之虛線箭頭路徑所示)會穿透待測物300。而反射蓋170可將這部分的物光116反射回影像感測裝置130，以增強物光116的光強度。另外反射蓋170可為平坦之反射面，也可為粗糙的反射面。其中當反射蓋170為粗糙的反射面時，反射後之物光116會存在大角度照射光，可使物光116在影像感測裝置130上，與參考光114形成較寬之干涉條紋，以獲得更多待測物300之細節。

接著請參照第3圖，其繪示本發明一實施方式之待測物300與光學模組140的局部示意圖。在一或多個實施方式中，當待測物300處於液態時，用以承載待測物300之光學模組140可具有一凹槽146，位於光學模組140之側面142的測量區I。凹槽146即可容納待測物300。

然而凹槽146並不限於第3圖的結構。接著請參照 第4圖，其繪示本發明另一實施方式之待測物300與光學模組140的局部示意圖。光學模組140具有一凸出部148，位於光學模組140之側面142，且凸出部148圍繞光學模組140之測量區I，以形成凹槽146。凹槽146即可容納待測物300。

接著請參照第5圖，其繪示本發明再一實施方式之待測物300與光學模組140的局部示意圖。在本實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含疏水材質層105，覆蓋光學模組140之側面142的非測量區II之至少一部分，且圍繞測量區I。如此一來，呈液體狀之待測物300即可被疏水材質層105侷限於測量區I中。

接著請參照第6圖，其繪示本發明第二實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。第二實施方式與第一實施方式的不同處在於反射元件180，置於光源110與光學模組140之間。反射元件180用以改變參考光114與物光116的傳播方向。換言之，加入反射元件180後，光柵120與光源110便可移至反射元件180相對於影像感測裝置130之另一側。因此相較於第一實施方式，本實施方式之待測物300與影像感測裝置130之間的距離H又可再進一步縮小，且本實施方式之數位全像顯微鏡亦可容納體積較大的光源110。

另外，雖然本實施方式之透鏡150位於反射元件180與光學模組140之間，然而在其他的實施方式中，透鏡150亦可置於反射元件180與光柵120之間，亦或者置於光 柵120與光源110之間，本發明不以此為限。

另一方面，雖然在第6圖中未繪示，然而本實施方式之數位全像顯微鏡可更包含光強調制元件160與/或反射蓋170(皆如第1圖所繪示)。至於第二實施方式的數位全像顯微鏡，其餘的細節皆與第一實施方式相同，因此便不再贅述。

請參照第7A圖，其繪示本發明第三實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。第三實施方式與第一實施方式的不同處在於導引介質190，置於光學模組140與影像感測裝置130之間。導引介質190之材質例如可為玻璃或塑膠，本發明不以此為限。導引介質190具有一導引面192，用以將參考光114與物光116導引至光學模組140。此導引面192的作用與第二實施方式之反射元件180相似，皆用以改變參考光114與物光116的傳播方向，差別在於本實施方式之導引面192是以折射的方束改變參考光114與物光116的傳播方向。因此相較於第一實施方式，本實施方式之待測物300與影像感測裝置130之間的距離H亦可進一步縮小。

在本實施方式中，導引介質190與光學模組140之間存在一間隙198，此間隙198例如為空氣間隙。然而在其他的實施方式中，導引介質190也可與光學模組140一體成型，即導引介質190與光學模組140之間不存在間隙198，以增加參考光114與物光116到達光學模組140的強度，然而本發明不以此為限。

接著請同時參照參照第7A圖與第7B圖，其中第7B圖繪示第7A圖之導引介質190與影像感測裝置130的上視圖，而第7A圖係沿第7B圖之線段A-A的剖面圖。因為折射率的不同，導引介質190之側面199可增加光束的反射率。換句話說，自光學模組140反射的參考光114與物光116，在經過導引介質190之側面199的反射後，可增加到達影像感測裝置130的光強度。因此，影像感測裝置130於導引介質190的垂直投影可與導引介質190的底面191實質重合，而具導引面192的部分導引介質190則可設計成凸出狀。

另外，雖然本實施方式之透鏡150位於導引介質190之導引面192與光柵120之間，然而在其他實施方式中，透鏡150亦可置於光柵120與光源110之間，本發明不以此為限。另一方面，雖然在第7A圖中未繪示，然而本實施方式之數位全像顯微鏡可更包含光強調制元件160與/或反射蓋170(皆如第1圖所繪示)。至於第三實施方式的數位全像顯微鏡，其餘的細節皆與第一實施方式相同，因此便不再贅述。

請參照第8圖，其繪示本發明第四實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。第四實施方式與第三實施方式的不同處在於導引介質190的形狀。在本實施方式中，導引介質190具有導引面194，用以將參考光114與物光116導引至光學模組140。此導引面194的作用與第二實施方式之反射元件180相同，皆用以藉由反射的方式而改變參考光114 與物光116的傳播方向。因此相較於第一實施方式，本實施方式之待測物300與影像感測裝置130之間的距離H亦可進一步縮小，且本實施方式之數位全像顯微鏡亦可容納體積較大的光源110。

另外，在一或多個實施方式中，導引介質190亦可具有一曲面196。曲面196的作用與第三實施方式之透鏡150(如第7A圖所繪示)相同，皆用以使得參考光114與物光116皆發散為球面波。另外，雖然第8圖之曲面196往導引介質190之內部凹陷，然而在其他實施方式中，曲面196亦可為往導引介質190之外側凸出，本發明並不以此為限。而在本實施方式中，除了導引面196的形狀不同外，導引介質190之上視圖可與第7B圖相同。

另一方面，雖然在第8圖中未繪示，然而本實施方式之數位全像顯微鏡可更包含光強調制元件160與/或反射蓋170(皆如第1圖所繪示)。至於第四實施方式的數位全像顯微鏡，其餘的細節皆與第三實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第9A圖，其繪示本發明第五實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。第五實施方式與第一實施方式之差異在於光柵與光學模組。在本實施方式中，光柵與光學模組共同形成具有繞射圖案之全像光學元件210。換言之，全像光學元件210不但能夠將光束112分為參考光114與物光116，且能夠將參考光114導引至影像感測裝置130，並將物光116導引至待測物300。

詳細而言，光源110發出之光束112首先到達全像光學元件210。其中全像光學元件210由照射待測物300之物光116與參考光114，於全像光學元件210之全像儲存材質中干涉且儲存而成。因此一部分的光束112會在全像光學元件210上繞射，產生參考光114後，被全像光學元件210反射至影像感測裝置130。另一部分的光束112會穿透全像光學元件210，而打至待測物300上，此部分的光束112則為物光116。自待測物300反射的物光116會再度穿透全像光學元件210，接著到達影像感測裝置130。因此到達影像感測裝置130的參考光114與物光116便能夠干涉以形成干涉圖案。此干涉圖案則被影像感測裝置130記錄下來，之後可被轉換成數位訊號進行處理，而處理過後即可推算出待測物300的外觀，以產生待測物300的影像。

在一或多個實施方式中，全像光學元件210的繞射效率小於20%且大於0.1%，因此大部分的光束112可穿透全像光學元件210而形成物光116，藉此增加物光116之強度。

在本實施方式中，全像光學元件210與影像感測裝置130之收光面132可大致平行，因此待測物300與影像感測裝置130之間的距離H即可小於傳統之數位全像顯微鏡的距離h(如第1圖所標示)。如此一來，因本實施方式之數位全像顯微鏡整體之尺寸得以縮小，因此有助於數位全像顯微鏡的微型化，對於觀測微小的待測物較具有優勢。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含 光強調制元件160，置於全像光學元件210與待測物300之間，用以調制物光116的光強度。為了得到品質較好的干涉圖案，到達影像感測裝置130之參考光114與物光116的光強度需互相配合。因此在本實施方式中，光強調制元件160可置於物光116之行經路徑上。如此一來，即可以到達影像感測裝置130之參考光114為基準，調制物光116的光強度，使得影像感測裝置130所測得的參考光114與物光116的光強度相匹配，以得到較佳品質的干涉圖案。

接著請同時參照第9A圖與第9B圖，其中第9B圖繪示第9A圖之反射側壁230與影像感測裝置130的上視圖，而第9A圖係沿第9B圖之線段A-A的剖面圖。在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含至少一反射側壁230，置於全像光學元件210與影像感測裝置130之間。反射側壁230用以將自待測物300反射之物光116導引至影像感測裝置130。詳細而言，自待測物300反射之物光116，當待測物300之空間頻率越高，物光116之對應角頻譜越高，散射角度就越大，即越高空間頻率之物光116，反射至影像感測裝置130的強度就越低。因此反射側壁230可幫助具高空間頻率之物光116被反射至影像感測裝置130。更甚者，影像感測裝置130之收光面132可毗鄰反射側壁230相對於全像光學元件210之一側，且除了靠近光源110的位置外，反射側壁230可環繞收光面132設置，以較有效率地收集自待測物300反射之物光116。其中反射側壁230與全像光學元件210之法線212之間具有夾角θ， 且0<θ≦60度。

接著請回到第9A圖。在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含透鏡150，置於全像光學元件210與光源110之間。透鏡150可將光束112發散成球面波，藉此放大干涉條紋之條紋寬度，以利於後續的數位訊號處理。更進一步地，透鏡150可藉由調整其橫向位置，以改變光束112射向全像光學元件210之角度，其中橫向定義為全像光學元件210之延伸方向。另一方面，雖然第9A圖所繪之透鏡150為凸透鏡，然而本發明不以此為限。在其他的實施方式中，透鏡150亦可為凹透鏡。

在一或多個實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含一載板220，用以承載待測物300。因此自全像光學元件210射出之物光116會穿透載板220而到達待測物300。而自待測物300反射之物光116亦會再度穿透載板220而射向全像光學元件210。因此載板220可為透明載板，其材質例如可為玻璃或塑膠，本發明並不以此為限。

另一方面，本實施方式之數位全像顯微鏡亦可更包含反射蓋170，置於待測物300相對於全像光學元件210之一側。至於第五實施方式的數位全像顯微鏡，其餘的細節皆與第一實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第10圖，其繪示本發明一實施方式之待測物300與載板220的局部示意圖。在一或多個實施方式中，當待測物300處於液態時，用以承載待測物300之載板220可具有一凹槽226，位於載板220面向待測物300 之側面222。凹槽226即可容納待測物300。

然而凹槽226並不限於第10圖的結構。接著請參照第11圖，其繪示本發明另一實施方式之待測物300與載板220的局部示意圖。載板220具有一凸出部228，位於載板220之側面222，且凸出部228定義出凹槽226。凹槽226即可容納待測物300。

接著請參照第12圖，其繪示本發明再一實施方式之待測物300與載板220的局部示意圖。在本實施方式中，數位全像顯微鏡可更包含疏水材質層205，覆蓋載板220之側面222的至少一部分，且圍繞定義出一測量區207。如此一來，呈液體狀之待測物300即可被疏水材質層205侷限於測量區207中。

接著請參照第13圖，其繪示本發明第六實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。第六實施方式與第五實施方式的不同處在於反射元件180，置於光源110與全像光學元件210之間。反射元件180用以改變光束112的傳播方向。換言之，加入反射元件180後，光源110便可移至反射元件180相對於影像感測裝置130之另一側，因此本實施方式之數位全像顯微鏡可容納較大體積之光源110。

另外，雖然本實施方式之透鏡150位於反射元件180與光源110之間，然而在其他的實施方式中，透鏡150亦可置於反射元件180與全像光學元件210之間，本發明不以此為限。

另一方面，雖然在第13圖中未繪示，然而本實施 方式之數位全像顯微鏡可更包含光強調制元件160、反射蓋170與/或反射側壁230(皆如第9圖所繪示)。至於第六實施方式的數位全像顯微鏡，其餘的細節皆與第五實施方式相同，因此便不再贅述。

請參照第14A圖，其繪示本發明第七實施方式之數 位全像顯微鏡的示意圖。第七實施方式與第五實施方式的不同處在於導引介質240，置於全像光學元件210與影像感測裝置130之間。導引介質240之材質例如可為玻璃或塑膠，本發明不以此為限。導引介質240具有一導引面242，用以將光束112導引至全像光學元件210。此導引面242的作用與第六實施方式之反射元件180相似，皆用以改變光束112的傳播方向，差別在於本實施方式之導引面242是以折射的方束改變光束112的傳播方向。如此一來，本實施方式之數位全像顯微鏡亦可容納較大的光源110。

接著請同時參照第14A圖與第14B圖，其中第14B 圖繪示第14A圖之導引介質240與影像感測裝置130的上視圖，而第14A圖係沿第14B圖之線段A-A的剖面圖。在本實施方式中，導引介質240更具有反射側面248，用以將自待測物300反射之物光116導引至影像感測裝置130。此反射側面248的作用與第五實施方式之反射側壁230相同。而反射側面248與全像光學元件210之法線212也具有一具有夾角θ，且0<θ≦60度。另外，影像感測裝置130於導引介質240的垂直投影可與導引介質240的底面241實質重合，而具導引面242的部分導引介質240則可設計 成凸出狀。

另一方面，雖然在第14圖中未繪示，然而本實施方式之數位全像顯微鏡可更包含光強調制元件160與/或反射蓋170(皆如第9圖所繪示)。至於第七實施方式的數位全像顯微鏡，其餘的細節皆與第五實施方式相同，因此便不再贅述。

請參照第15圖，其繪示本發明第八實施方式之數位全像顯微鏡的示意圖。第八實施方式與第七實施方式的不同處在於導引介質240的形狀。在本實施方式中，導引介質240具有導引面244，用以將光束112導引至全像光學元件210。此導引面244的作用與第六實施方式之反射元件180相同，皆用以藉由反射的方式而改變光束112的傳播方向。

另外，在一或多個實施方式中，導引介質240亦可 具有一曲面246。曲面246的作用與第七實施方式之透鏡150(如第14圖所繪示)相同，皆用以使得光束112皆發散為球面波。另外，雖然第15圖之曲面246往導引介質240之內部凹陷，然而在其他實施方式中，曲面246亦可為往導引介質240之外側凸出，本發明並不以此為限。而在本實施方式中，除了導引面240的形狀不同外，導引介質240之上視圖可與第14B圖相同。

另一方面，雖然在第15圖中未繪示，然而本實施 方式之數位全像顯微鏡可更包含光強調制元件160與/或反射蓋170(皆如第9圖所繪示)。至於第八實施方式的數位全 像顯微鏡，其餘的細節皆與第七實施方式相同，因此便不再贅述。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧光源

112‧‧‧光束

114‧‧‧參考光

116‧‧‧物光

120‧‧‧光柵

130‧‧‧影像感測裝置

140‧‧‧光學模組

142、144‧‧‧側面

150‧‧‧透鏡

160‧‧‧光強調制元件

170‧‧‧反射蓋

300‧‧‧待測物

H‧‧‧距離

I‧‧‧測量區

II‧‧‧非測量區

Claims (18)

1. 一種數位全像顯微鏡，包含：一光源，用以提供一光束；一光柵，置於該光源與一待測物之間，用以將該光束分為一參考光與一物光；一影像感測裝置，用以收集該參考光以及自該待測物反射之該物光；以及一光學模組，置於該光源與該待測物之間，用以將該參考光導引至該影像感測裝置，且將該物光導引至該待測物，其中該光學模組與該光柵共同形成一具有繞射圖案之全像光學元件，該全像光學元件與該影像感測裝置之一收光面大致平行。
2. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，其中該光學模組具有一測量區與一非測量區，該待測物置於該測量區，該物光穿透該光學模組之該測量區而打至該待測物，且該參考光打至該光學模組之該非測量區而反射至該影像感測裝置。
3. 如請求項2所述的數位全像顯微鏡，更包含一光強調制元件，置於該光柵與該光學模組之間，該光強調制元件用以調制該物光與該參考光其中一者的光強度。
4. 如請求項3所述的數位全像顯微鏡，該光柵與該光 強調制元件共同組成一主動式分光元件。
5. 如請求項2所述的數位全像顯微鏡，更包含一疏水材質層，覆蓋該光學模組面向該待測物之一側的該非測量區之至少一部分，且圍繞該測量區。
6. 如請求項2所述的數位全像顯微鏡，其中該光學模組具有一凹槽，位於該光學模組面向該待測物之一側的該測量區。
7. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，其中該全像光學元件之繞射效率小於20%且大於0.1%。
8. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，更包含一光強調制元件，置於該全像光學元件與該待測物之間，該光強調制元件用以調制該物光的光強度。
9. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，更包含至少一反射側壁，置於該全像光學元件與該影像感測裝置之間，該反射側壁用以將自該待測物反射之該物光導引至該影像感測裝置。
10. 如請求項9所述的數位全像顯微鏡，其中該反射側壁與該全像光學元件之法線之間具有一夾角，且該夾角 之範圍大於0度並小於或等於60度。
11. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，更包含一載板，用以承載該待測物。
12. 如請求項11所述的數位全像顯微鏡，更包含一疏水材質層，覆蓋該載板面向該待測物之一側的至少一部分，且圍繞該待測物。
13. 如請求項11所述的數位全像顯微鏡，其中該載板具有一凹槽，該凹槽用以容納該待測物。
14. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，更包含一透鏡，置於該光源與該光學模組之間。
15. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，更包含一反射元件，置於該光源與該光學模組之間。
16. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，更包含一導引介質，置於該光學模組與該影像感測裝置之間，該導引介質具有一導引面。
17. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，其中該影像感測裝置為一電荷耦合元件或一互補金屬氧化物半導體。
18. 如請求項1所述的數位全像顯微鏡，更包含一反射蓋，置於該待測物相對於該光學模組之一側。