技术领域
[0001] 本
发明有关于显微镜，尤指一种手持式荧光显微镜。
背景技术
[0002] 许多的物质在吸收某个特定
波长的光之后，会释放出较长波长的荧光。因此，在实验和研究中，可藉由检验特定波长的光线，而侦测出样本中是否有某项物质的存在或其分布状况等。例如，检测DNA、
抗体或者其它
生物样本时，可对样本照射特定波长的光线，并且利用荧光显微镜观察样本所释放出的荧光，以检测样本中是否有待测物质。
[0003] 图1为现有的荧光显微镜100的简化架构图，荧光显微镜100包含有激发
光源110、激发光滤镜(excitation filter)120、分光镜(dichroic mirror)130、物镜140、释放光滤镜(emission filter)150、及影像感测装置160。在荧光显微镜100中，激发光滤镜
120是用来对激发光源110所产生的光线L11进行滤光。激发光滤镜120会过滤掉波长较长的光线成分，而使波长短于特定波长(例如：490nm)的光线L12通过激发光滤镜120。
[0004] 激发光滤镜120滤光后的光线L12照射到分光镜130时，分光镜130会将波长在特定值(例如：500nm)以下的光线L13反射至样本，但允许波长在该特定值以上的光线L14透射通过而不输出至样本。
[0005] 分光镜130所反射的光线L13会经过物镜140照射到样本。样本中的特定荧光染剂被激发后，会释放出较长波长的荧光L15。荧光L15经过物镜140及分光镜130后，会照射到释放光滤镜150。释放光滤镜150会过滤掉波长较短的光线成分，而使波长在特定值(例如510nm)以上的光线L16通过。接着，影像感测装置160会依据接收到的光线产生荧光影像。
[0006] 如图1所示，荧光显微镜100照射到样本上的光线L13与样本产生的荧光L15两者的光路径会重迭。这样的光学架构会使得光线L13照射到样本后所产生的反射光，因为激发光滤镜120及释放光滤镜150有限的滤光效果使未过滤的反射光混杂在荧光L15的光路径中，而增加影像感测装置160接收到的光学噪声，因而降低荧光影像的观测
质量，或者需要采用过滤效果极高的滤光镜而导致大幅增加成本，是现有荧光显微镜100的缺点之一。
[0007] 另外，在现有的荧光显微镜100中，激发光源110是全
光谱光源，如高压汞灯(mercury-vaporlamp)或高压氘灯(xeon arc lamp)等，故激发光源110所产生的光线L11涵盖的光谱范围很广。因此，激发光滤镜120、分光镜130及释放光滤镜150皆需要采用较高的规格，才能降低其它波长成分的光线照射到样本所可能造成的干扰，但也因此增加了荧光显微镜100的组件复杂度。
[0008] 再者，前述的激发光源110不仅体积大，且在使用时会产生高温，所以需要较多的
散热空间或搭配复杂的散
热机构使用，才能将废热排除，否则会降低周边
电路组件的寿命。因此，传统的激发光源110很难与荧光显微镜100中的其它组件整合在一起，造成荧光显微镜100的体积长期以来都无法缩小到能让使用者随身携带的程度。所以，样本都必须先运送或被移动到荧光显微镜100的所在处才能进行检测。如果样本无法在荧光显微镜所在
位置附近被准备，那么样本在运送途中必须有良好的保存机制，否则样本便容易因为荧光衰减而影响检测的正确性，这也使得样本的运送过程成为影响检测结果的重要环节之一。
[0009] 由于一般样本所释放出的荧光很微弱，所以荧光显微镜100的检测过程也很容易受到环境光源的干扰。因此，现有的荧光显微镜100必须在暗室中进行操作才能获得理想的观测影像。
[0010] 上述的各项因素不但使得现有荧光显微镜100的制造较复杂、体积较大、成本较高，也导致荧光显微镜100必须在特定环境中(例如：暗室)操作才能发挥正常功能的使用限制。
发明内容
[0011] 有鉴于此，如何简化荧光显微镜的组件架构以缩小荧光显微镜的尺寸，并且提升荧光影像的观测质量和使用上的便利性，实系业界有待解决的问题。
[0012] 本发明书提供了一种手持式荧光显微镜，其包含有：一壳体；一第一局部光谱光源，设置于该壳体内部，用以产生一第一光线；一第一滤光装置，设置于该壳体内部，用以对该第一光线进行滤光以提供一第二光线；一第二滤光装置，设置于该壳体内部，用以对一样本经由第二光线照射后所产生的一荧光进行滤光，以提供一第四光线；一影像感测电路，设置于该壳体内部，用以接收该第四光线以产生一荧光影像；以及一光罩，设置于该壳体之一端，用以包围该样本，以降低或阻止光线从该光罩外进入该影像感测电路；其中该第二光线照射到该样本的光路径，不会与该荧光从该样本进入该第二滤光装置的光路径重迭，且该荧光进入第二滤光装置的光路径或是该第四光线进入该影像感测电路的光路径上皆未设置任何分光镜。
[0013] 本发明另提供了一种手持式荧光显微镜，其包含有：一壳体；一第一局部光谱光源，设置于该壳体内部，用以产生一第一光线；一第一滤光装置，设置于该壳体内部，用以对该第一光线进行滤光以提供一第二光线；一第二滤光装置，设置于该壳体内部，用以对一样本经由第二光线照射后所产生的一荧光进行滤光，以提供一第四光线；一第二局部光谱光源，设置于该壳体内部，用以产生一第五光线来照射该样本，其中该第五光线与该第一光线的光色不同，且当该第二局部光谱光源开启时，该第一局部光谱光源会关闭，而当第一局部光谱光源开启时，该第二局部光谱光源会关闭；一影像感测电路，设置于该壳体内部，用以接收该第四光线以产生一荧光影像；以及一光罩，设置于该壳体之一端，用以包围该样本，以降低或阻止光线从该光罩外进入该影像感测电路；其中该第二光线照射到该样本的光路径，不会与该荧光从该样本进入该第二滤光装置的光路径重迭，且该荧光进入第二滤光装置的光路径上或是该第四光线进入该影像感测电路的光路径上皆未设置任何分光镜。
[0014] 本发明另提供了一种手持式荧光显微镜，其包含有：一壳体；一第一局部光谱光源，设置于该壳体内部，用以产生一第一光线；一第一滤光装置，设置于该壳体内部，用以对该第一光线进行滤光以提供一第二光线；一第二滤光装置，设置于该壳体内部，用以对一样本经由第二光线照射所产生的一荧光进行滤光，以提供一第四光线；一第二局部光谱光源，设置于该壳体内部，用以产生一第六光线，其中该第六光线与该第一光线的光色不同，且当该第二局部光谱光源开启时，该第一局部光谱光源会关闭，而当第一局部光谱光源开启时，该第二局部光谱光源会关闭；一第三滤光装置，设置于该壳体内部，用以对该第六光线进行滤光以提供一第七光线；一影像感测电路，设置于该壳体内部，用以接收该第四光线以产生一荧光影像；以及一光罩，设置于该壳体之一端，用以包围该样本，以降低或阻止光线从该光罩外进入该影像感测电路；其中该荧光从该样本进入该第二滤光装置的光路径，不会与该第二光线照射到该样本的光路径或是该第七光线照射到该样本的光路径重迭，且该荧光进入第二滤光装置的光路径上或是该第四光线进入该影像感测电路的光路径上皆未设置任何分光镜。
[0015] 前述
实施例的优点之一是手持式荧光显微镜的组件架构较精简，而使制造的复杂度及成本皆能降低。
[0016] 前述实施例的另一优点是手持式荧光显微镜的局部光谱光源和其它组件能整合在同一壳体之内，使手持式荧光显微镜的体积得以大幅缩小，而便于携带使用，能让使用者便于各种应用环境中进行检测。
[0017] 前述实施例的另一优点是手持式荧光显微镜在一般环境中也能正常检测荧光影像，而不限于在暗室中才能使用。
[0018] 本发明的其它优点将藉由以下的说明和
附图进行更详细的说明。
附图说明
[0019] 图1为现有的荧光显微镜简化后的示意图。
[0020] 图2为本发明的手持式荧光显微镜的一第一实施例简化后的示意图。
[0021] 图3为本发明的手持式荧光显微镜的一第二实施例简化后的示意图。
[0022] 图4为本发明的手持式荧光显微镜的一第三实施例简化后的示意图。
[0023] 图5为本发明的手持式荧光显微镜的一第四实施例简化后的示意图。
具体实施方式
[0024] 以下将配合相关图式来说明本发明的实施例。在这些图式中，相同的标号表示相同或类似的组件。
[0025] 图2为本发明一实施例的手持式荧光显微镜200简化后的示意图。手持式荧光显微镜200包含有第一局部光谱光源210、第一滤光装置220、物镜230、第二滤光装置240、影像感测装置250及壳体280，用以对放置于承载体(例如，玻璃片、桌面等)上的样本进行荧光检测。在手持式荧光显微镜200中，第一局部光谱光源210是采用体积小且出光光谱涵盖范围较窄的光源，例如一个或多个各种发光
二极管(light emitting diode)或
激光二极管(laser diode)等，来取代体积较大的高压汞灯或高压氘灯等全光谱光源，以大幅减少设置光源所需的空间。
[0026] 相较于现有的高压汞灯或高压氘灯等全光谱光源，
发光二极管或激光二极管等局部光谱光源不仅体积小很多，且使用时产生的废热也远低于前述的全光谱光源。
[0027] 在运作时，第一局部光谱光源210会产生光谱涵盖范围较窄的第一光线L21，第一滤光装置220则会过滤掉第一光线L21中波长大于一第一预定值(例如490nm)的光线成份，使得只有波长小于或等于该第一预定值的第二光线L22才能通过第一滤光装置220。
[0028] 第一滤光装置220输出的第二光线L22照射至样本后，样本中的特定荧光染剂会被激发而释放出较长波长(例如：515nm以上)的荧光L23。在图2的实施例中，物镜230是设置在样本与第二滤光装置240之间的光路径上。荧光L23通过物镜230后会直接照射到第二滤光装置240。这里说的直接照射到第二滤光装置240的意思，指的是荧光L23从物镜230的光输出端到进入第二滤光装置240的光行程中，不会再被其他滤光或分光装置改变荧光L23的光线成分或路径。但若在物镜230与第二滤光装置240间设置不会改变荧光L23的光线成分或路径的光学元件，例如透明玻璃片或塑胶片等，则仍属于荧光L23通过物镜230后直接照射到第二滤光装置240的态样。
[0029] 实作上，影像感测装置250可以采用一或多个CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)
传感器、CCD(Charge Coupled Device)传感器、CID(Charge Injection Device)传感器、其它感光组件或是上述组件的组合来实现，用以依据通过第二滤光装置240的第四光线L24来产生荧光影像或进行后续的分析。
[0030] 此外，在手持式荧光显微镜200的壳体280的前端，还会设置光罩285。光罩285可以采用不透光或是低透光的材质，以一体成型或者多个组件组装的方式实现。光罩285可设置为适当的尺寸，以便于检测时能够包围样本，以阻绝或降低环境光线(如图2中的光线L)由光罩285外部进入影像感测装置250的可能性，以降低或排除环境光线对检测过程的干扰。因此，前述的手持式荧光显微镜200即便是在一般的环境下也能顺利检测荧光影像，而不受限于要在暗室中才能使用。换言之，使用者不必将样本和手持式荧光显微镜200携带至暗室中也能对样本进行荧光检测，大幅增加了检测环境的选择性和弹性。
[0031] 实作上，光罩285和壳体280可用一体成型方式整合在一起。或者，光罩285也可用可拆卸方式接合在壳体280的前端。
[0032] 如图2所示，手持式荧光显微镜200输出的第二光线L22会直接照射到样本上，且第二光线L22的光路径并未与荧光L23从样本进入第二滤光装置240的光路径重迭。因此，手持式荧光显微镜200输出的第二光线L22照射到样本后所产生的反射光，不易混杂在荧光L23进入第二滤光装置240的光路径中，可降低影像感测装置250接收到的光学噪声，进而提升荧光影像的观测质量和检测的正确性。
[0033] 再者，由于手持式荧光显微镜200中可省略现有荧光显微镜100中的分光镜130，使得所需的光学组件较
现有技术来得精简，且第一局部光谱光源210的体积也远小于现有的全光谱激发光源110，故手持式荧光显微镜200中的第一局部光谱光源210、第一滤光装置220、物镜230、第二滤光装置240及影像感测装置250等组件，可采用固定的方式或者可移动、或滑动的方式整合于壳体280的内部，而不会有散热方面的问题，达成荧光显微镜小型化的目标。
[0034] 如此一来，使用者便能轻易地将手持式荧光显微镜200携带至样本处进行检测。不仅提升检测的便利性，还能缩短所需的样本运送程序，有效降低样本在运送过程中受到污染的
风险。
[0035] 此外，由于前述的手持式荧光显微镜200中没有设置分光镜130，所以物镜230可在样本和影像感测装置250之间移动的距离变得更大，可增加手持式荧光显微镜200的变焦
自由度，使得荧光影像的观测质量获得进一步提升。
[0036] 在前述的手持式荧光显微镜200中，物镜230是设置在样本与第二滤光装置240之间的光路径上，但这只是一实施例，而非局限本发明的实际实施方式。例如，在图3所绘示的手持式荧光显微镜300中，物镜230是设置在第二滤光装置240与影像感测装置250之间的光路径上。此时，荧光L23会直接照射到第二滤光装置240，而第二滤光装置240输出的第四光线L24再通过物镜230进入影像感测装置250。这里说的直接照射到第二滤光装置240的意思，指的是荧光L23从样本处照射到第二滤光装置240的光行程中，不会再被其他滤光或分光装置改变荧光L23的光线成分或路径。但若在样本与第二滤光装置240间设置不会改变荧光L23的光线成分或路径的光学元件，例如透明玻璃片或塑胶片等，则仍属于荧光L23直接照射到第二滤光装置240的态样。
[0037] 相较于前述的手持式荧光显微镜200，手持式荧光显微镜300中还包含有导光装置360。在图3的实施例中，导光装置360是设置在第一滤光装置220的光输出端与样本之间，用于将第一滤光装置220输出的第二光线L22反射至样本上。导光装置360可以采用镜片组、光纤、导光板或导光膜等装置或前述这些装置的组合来实现。藉由导光装置360的设置，可允许第一局部光谱光源210和第一滤光装置220设置的位置更靠近荧光L23照射入影像感测装置250的光路径。如此一来，可进一步减少手持式荧光显微镜300所需的宽度，让手持式荧光显微镜300的外观尺寸和体积能更缩小。实作上，亦可将导光装置360改设置在第一局部光谱光源210与第一滤光装置220之间，用于将第一局部光谱光源210输出的第一光线L21反射至第一滤光装置220进行滤光。
[0038] 在其它的实施例中，也可以在手持式荧光显微镜中同时设置多组光源，以增加手持式荧光显微镜的操作便利性。例如，图4为本发明另一实施例的手持式荧光显微镜400简化后的示意图。在手持式荧光显微镜400中，还增设了第二局部光谱光源410，用来产生与第一光线L21光色不同的第五光线L42。例如，在一实施例中，第一局部光谱光源210是用绿光LED实现，而第二局部光谱光源410则是用白光LED实现。因此，第一局部光谱光源210产生的第一光线L21是绿光，而第二局部光谱光源410产生的第五光线L42则是白光。
[0039] 影像感测装置250使用第二局部光谱光源410时所观测到样本影像，会与使用第一局部光谱光源210时所观测到样本影像有所不同。在检测过程中，使用者可利用设置于壳体280上的切换钮(图4中未绘示)先开启第二局部光谱光源410(并同时关闭第一局部光谱光源210)，利用第二局部光谱光源410产生的第五光线L42来观测样本，以初步
定位出样本中要检测的部位或将手持式荧光显微镜400对准样本。接着，再利用该切换钮开启第一局部光谱光源210(并同时关闭第二局部光谱光源410)，利用第一局部光谱光源210产生的第一光线L21来对样本进行荧光检测。前述的光源切换方式有助于使用者更快找到要检测的样本部位，能缩短所需的检测时间。
[0040] 请参考图5，其所绘示为本发明另一实施例的手持式荧光显微镜500简化后的示意图。相较于图2中的手持式荧光显微镜200，手持式荧光显微镜500还包含有第二局部光谱光源510及第三滤光装置520。第二局部光谱光源510会产生一第六光线L51，而第三滤光装置520则会对第六光线L51进行滤光，以输出一第七光线L52。如图5所示，第一滤光装置220的输出光线L22照射到样本的光路径，不会与样本释放出的荧光L23进入第二滤光装置240的光路径重迭，而且第三滤光装置520的输出光线L52照射到样本的光路径，也不会与荧光L23进入第二滤光装置240的光路径重迭。
[0041] 检测不同样本时所使用的
荧光染料和所需的激发光频段可能会有所不同。为了使单一手持式荧光显微镜500能支持更多的检测应用，在部分实施例中可将第二局部光谱光源510和第一局部光谱光源210两者设置成具有不同的出光色，亦即，第一局部光谱光源210产生的第一光线L21的光色会与第二局部光谱光源510产生的第六光线L51不同，且第三滤光装置520的滤光频段也和第一滤光装置220的滤光频段不同。例如，第一局部光谱光源210可以是用来产生绿光的绿光LED，而第二局部光谱光源510则可以用来产生蓝光的蓝光LED。当检测的样本需要的是蓝光LED所产生的激发光时，使用者可利用设置于壳体
280上的切换钮(图5中未绘示)开启第二局部光谱光源510(并同时关闭第一局部光谱光源210)，以利用第二局部光谱光源510来提供所需的激发光。当检测的样本需要的是绿光LED所产生的激发光时，使用者可利用该切换钮开启第一局部光谱光源210(并同时关闭第二局部光谱光源510)，以利用第一局部光谱光源210来提供所需的激发光。换言之，本实施例中的手持式荧光显微镜500具有一机多用的功能，可应用在不同的荧光检测项目中，使用机构无需购置多套不同的荧光显微镜来应付不同的检测需要，可大幅降低所需的
硬件成本。
[0042] 在另一实施例中，第二局部光谱光源510与第一局部光谱光源210两者的出光色相同，且第三滤光装置520的功能也和第一滤光装置220相同。将第一局部光谱光源210和第二局部光谱光源510同时开启时，能提升手持式荧光显微镜500输出的激发光强度，有助于改善观测荧光释放量很微弱的样本时的影像质量和检测正确性。
[0043] 前述各实施例中的影像感测装置250可以透过USB
接口或1394接口等传输接口，将产生的影像讯号回传给耦接的计算机或检测系统，并且可透过该传输接口自该计算机或检测系统接收手持式荧光显微镜中的组件所需的电
力。因此，前述的手持式荧光显微镜架构中无需设置
电池装置，可有效减少手持式荧光显微镜的体积和重量。
[0044] 另外，前述实施例中的各个滤光装置220、240和520可以分别采用高通、低通、带通(bandpass)或带止(bandstop)等型态的吸收性(absorptive)滤光装置或反射性(reflective)滤光装置等。此外，各滤光装置也能够与其它组件进行适当的结合。例如，可将第二滤光装置240设置于物镜230上而成为单一组件，也可将第二滤光装置240直接设置在影像感测装置250的光接收端。滤光装置220或520也可以采用滤光材料以涂敷(coating)等方式直接设置于局部光谱光源210或510上。
[0045] 由前述可知，前述各实施例中的手持式荧光显微镜的输出光线照射到样本的光路径，不会与荧光从样本进入第二滤光装置240的光路径重迭。因此，手持式荧光显微镜200输出的光线照射到样本后所产生的反射光，不易混杂在荧光进入第二滤光装置240的光路径中，可降低影像感测装置250接收到的光学噪声，提升荧光影像的观测质量和检测的正确性。
[0046] 而且，前述的手持式荧光显微镜的架构无需使用分光镜，不仅可精简手持式荧光显微镜所需的组件、缩小手持式荧光显微镜的体积，还可增加物镜230在样本和影像感测装置250之间的可移动距离，使得本发明提出的手持式荧光显微镜具有更佳的变焦自由度，有助进一步提升荧光影像的观测质量
[0047] 由于局部光谱光源210、410和510采用的是发光二极管或激光二极管等小尺寸的光源组件，并且搭配上述架构上的改良，使荧光显微镜的体积能够更精简且易于携带，而能应用于更多的检测环境。
[0048] 再者，由于光罩285能够将大部分的环境光线阻绝在光罩285之外，可有效降低环境光源对荧光检测结果的干扰。因此，使用者不必将样本和前述的手持式荧光显微镜携带至暗室中也能对样本进行荧光检测，大幅增加荧光检测的场所选择性和便利性，对于扩大荧光检测的应用有莫大的帮助。
[0049]
说明书及
申请专利范围中的某些词汇被用来指称特定的组件，所属技术领域的技术人员应可理解，同样的组件可能会用不同的名词来称呼。本说明书及申请专利范围并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来为区分的基准。在说明书及申请专利范围中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可通过电性连接、有线传输、无线传输、或光学传输等
信号连接方式而直接连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接的电性或信号连接至该第二装置。
[0050] 说明书及图式中的组件的数量、位置和连接关系等仅为示意性的叙述与绘制，以简化说明。说明书中各个组件能以一个或多个的组件实施，或者说明书中多个组件的功能也可由同一组件实施，而皆属本发明的涵盖范围。此外，所属领域中具有通常知识者应能理解，若说明书及申请专利范围中叙述某些数值相同时，例如，波长、
频率或时间等数值，因为工艺条件、设计上的误差和设备条件等影响，而造成此些数值于实施时可能略有不同而仍能达成本发明的效果，也应属于本发明的涵盖范围。
[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，各个实施例及各实施例的部份技术特征间皆能适当的结合而不互斥，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修饰与组合，皆属本发明的涵盖范围。
