專利名稱：紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，特別是有關(guān)于利用一光學(xué)晶體將紅外光影像轉(zhuǎn)換成可見光影像的顯微影像裝置。
為了解決上述的問題，本發(fā)明的一個目的在于提出一種紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的顯微影像裝置；其中，此顯微影像裝置不使用干涉儀模組及紅外焦平面陣列偵測器。此紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的顯微影像裝置包括一紅外光源、一可見光光源、一紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡、一雙色鏡、一可見光成像鏡、一可見光影像擷取器以及一樣品座；其中，上述紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡更包括一光學(xué)晶體與紅外物鏡。當(dāng)紅外光源照射一樣品后，借由上述紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡將紅外光吸收光譜轉(zhuǎn)換成可見光光譜影像。接著，借由可見光成像鏡與可見光影像擷取器讀取此可見光光譜影像。
本發(fā)明的一特征在于，經(jīng)吸收后的紅外光光譜影像與可見光光源在光學(xué)晶體后形成一和頻可見光影像。
本發(fā)明的另一特征在于，上述紅外物鏡為一紅外無限遠(yuǎn)修正反射式物鏡。
本發(fā)明的再一特征在于，上述光學(xué)晶體為一非線性光學(xué)晶體。
本發(fā)明的再一特征在于，上述光學(xué)晶體為一準(zhǔn)相位匹配晶體。
本發(fā)明的一優(yōu)點在于，不使用干涉儀模組及紅外焦平面陣列偵測器，降低讀取紅外吸收光譜顯微影像裝置的成本。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，將紅外吸收光譜影像轉(zhuǎn)換成可見光影像，避免了紅外光譜被空氣吸收的問題。
圖2是本發(fā)明的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置示意圖；圖3是說明和頻過程中不同波長光束在光學(xué)晶體內(nèi)的一前進(jìn)方向示意圖；圖4是說明光學(xué)晶體中離軸紅外光束、可見光束和和頻光束的動量守恒示意圖；圖5是顯示可轉(zhuǎn)換紅外光波長范圍(虛線)、轉(zhuǎn)換后和頻光波長范圍(虛線)，及既定晶體角度下可轉(zhuǎn)換紅外光帶寬(實線)、轉(zhuǎn)換后和頻光波長帶寬(實線)的示意圖；圖6是顯示在不同晶體外入射角度時，影像擷取器所得到和頻影像(x，y)，及其特定位置上所顯示的紅外吸收光譜圖。
圖號說明1、紅外物鏡；2、紅外光源；3、紅外焦平面陣列偵測器；4、樣品座；5、被樣品吸收后具有振動光譜資訊的紅外光束；6、樣品；7、紅外成像鏡；8、掃描干涉儀；8a、分光鏡；8b、固定鏡；8c、掃描鏡；10、紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡；20、紅外無限遠(yuǎn)修正反射式物鏡；30、光學(xué)晶體；40、樣品座；
50a、被樣品吸收后具有振動光譜資訊的紅外光束；50b、無限遠(yuǎn)修正后的紅外光束；60、窄頻可見光束；70、雙色鏡；80、雙色膜；90、可見光成像鏡；100、可見光影像擷取器；110、濾光片；120、紅外光源；130、窄頻可見光源；140、和頻光束；150、樣品；IR、紅外光束；Kp、窄頻可見光動量；Ks、和頻可見光動量；Kir、紅外光動量；λp、窄頻可見光波長；λir、紅外光波長；λs、和頻光波長。
參考圖2，一樣品150設(shè)置于本發(fā)明的顯微影像裝置的樣品座40，并且被來自紅外光源120的紅外光束IR照射。紅外光束IR被樣品150吸收后，產(chǎn)生具有樣品紅外吸收光譜資訊的紅外光束50a，此紅外吸收光譜屬于振動光譜，可顯示出樣品的化學(xué)官能基或化學(xué)鍵結(jié)特征。
參考圖2，樣品150吸收后的紅外光束50a進(jìn)入一紅外物鏡20。此紅外物鏡20為一紅外無限遠(yuǎn)修正反射式物鏡(IR infinity-correctedreflective object lens)；換言之，此紅外物鏡20將穿透樣品150紅外光束50a反射成無限遠(yuǎn)修正的紅外光束50b。
參考圖2，一可見光光源130，例如一激光光源，產(chǎn)生一窄頻可見光束60；接著，此窄頻可見光束60借由一雙色鏡70反射至紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡10。
參考圖2，在紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡10中，無限遠(yuǎn)修正后的紅外光束50b入射一光學(xué)晶體30，例如一非線性晶體(nonlinear optical crystal)或一準(zhǔn)相位匹配晶體(quasi-phase matching crystal)。此外，來自可見光光源130的窄頻可見光束60亦入射此光學(xué)晶體30。
圖3是概要地說明和頻過程中不同波長光束在光學(xué)晶體內(nèi)的前進(jìn)方向示意圖。如圖3所示，在本發(fā)明的實施例中，此光學(xué)晶體30的一側(cè)面具有一雙色膜(dichroic film)80；其中，紅外光50b穿透此雙色膜80，且可見光60借由此雙色膜80反射。
參考圖3，在此光學(xué)晶體中，當(dāng)帶有紅外吸收光譜資訊的紅外光束與窄頻可見光束滿足下列條件時，耦合形成一和頻光束。此條件是一相位匹配(phase-matching)條件，其包括下列二個等式1/λir+1/λp＝1/λs (1)Kir+Kp＝Ks(2)其中，λir是紅外光束的波長，λp是可見光束的波長，λs是和頻光束的波長，Kir是紅外光束的動量，Kp是可見光束的動量及Ks是和頻光束的動量。進(jìn)一步，等式(2)可改寫成no(λir)/λir+no(λp)/λp＝ne(λs，θ，T，V)/λs (3)其中，no為尋常光折射率(ordinary-ray refractive index)，ne為非尋常光折射率(extraordinary-ray refractive index)。等式(1)是說明紅外光束能量與窄頻可見光束能量必須等于和頻光束能量，即滿足能量守恒；且等式(3)是說明紅外光束動量與窄頻可見光束動量必須等于和頻光束動量，即滿足動量守恒。此外，由等式(3)可看出改變晶體的角度θ、溫度T及電壓V均會影響ne值。
參考圖2，和頻光束140通過上述雙色鏡70與一濾光片110；其中，此濾光片110是防止窄頻可見光束60通過。最后，此和頻光束140借由一可見光成像鏡90和可見光影像擷取器100，例如一CCD(電荷耦合裝置)，接收。
參考圖2，顯微影像裝置的離軸上的紅外光束(以虛線表示)亦進(jìn)入紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡10。圖4是概要地說明離軸的紅外光束于光學(xué)晶體中的動量守恒圖。由于紅外波長λir遠(yuǎn)大于窄頻可見光波長λp，也就是紅外光束的動量Kir遠(yuǎn)小于窄頻可見光的動量Kp。故和頻光束的動量與紅外光束動量可視為平行于窄頻可見光束的動量。在圖4中，三個光束在晶體內(nèi)的相位失配ΔΦ＝ΔK×L＝|Ks-Kir-Kp|×L必須小于2π才有和頻產(chǎn)生，此條件使紅外光束可允許的張角δ有一上限，此處L為晶體長度。此時，Kir的最大張角即為圖4的δ，此δ將影響樣品150處可觀察紅外影像的視野大小(field of view)。
圖5是概要地顯示和頻過程中紅外光束帶寬與產(chǎn)生的和頻光束帶寬的比較。如圖5所示，窄頻光束的波長λp為一固定值，當(dāng)光學(xué)晶體具有一既定晶體角度θ時，可見光影像擷取器可量測到一紅外波長λir和頻后的可見光光束波長λs。圖6是概要地顯示當(dāng)光學(xué)晶體具有不同晶體角度時，產(chǎn)生不同的和頻光束波長影像。如圖6所示，當(dāng)光學(xué)晶體具有不同的晶體角度θ時，可見光影像擷取器可量測到不同的和頻光束波長λs的影像。每個λs影像均對應(yīng)一轉(zhuǎn)換前的紅外波長λir影像，并可從多幅影像中得到每個像素的紅外吸收光譜圖。由于紅外光經(jīng)樣品150后在晶體30處就被轉(zhuǎn)換成可見光，紅外光經(jīng)過大氣的距離極短，大氣吸收很有限，所以不需象一般紅外顯微系統(tǒng)須通入干燥氣體，因而提升了便利性。
本發(fā)明中，可見光源亦可使用其他產(chǎn)生窄頻可見光的光源，例如發(fā)光二極管、激光二極管。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視申請專利范圍所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，包括一樣品座，于該樣品座上設(shè)置一樣品；一紅外光源，發(fā)射一紅外光束且該紅外光束入射上述樣品，接著該紅外光束穿透樣品，形成具有紅外吸收光譜資訊的的紅外光束；一紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡，包括一光學(xué)晶體與一紅外物鏡，其中，該紅外物鏡接收上述具有紅外吸收光譜的紅外光束并將其轉(zhuǎn)換成平行光束入射光學(xué)晶體；一可見光源，發(fā)射一窄頻可見光束且該窄頻可見光束入射上述光學(xué)晶體，其中，于該光學(xué)晶體中，該窄頻可見光束使該具有紅外吸收光譜資訊的紅外影像轉(zhuǎn)換成一可見光和頻影像；一可見光成像鏡，將上述可見光和頻影像成像于一既定位置；以及，一可見光影像擷取器，設(shè)置于上述既定位置，且接收上述可見光和頻影像。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，其中上述紅外物鏡為一紅外無限遠(yuǎn)修正反射式物鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，其中上述光學(xué)晶體為一非線性光學(xué)晶體。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，其中上述光學(xué)晶體為一準(zhǔn)相位匹配晶體。
5.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，其中上述光學(xué)晶體的一側(cè)面具有一雙色膜，此膜使窄頻可見光反射以及使紅外光穿透。
6.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，更包括一雙色鏡，將上述窄頻可見光束反射至該紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡，且使上述和頻光束通過該雙色鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，更包括一濾光片，防止窄頻可見光束被該可見光影像擷取器接收。
8.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，其中上述可見光源為選擇自下列所組成的族群一激光光源、一發(fā)光二極管及一激光二極管。
9.如權(quán)利要求1所述的紅外光轉(zhuǎn)換可見光的顯微影像裝置，其中上述可見光影像擷取器為一CCD。
全文摘要
一種紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的顯微影像裝置，其中，此顯微影像裝置不使用干涉儀模組及紅外焦平面陣列偵測器；此紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的顯微影像裝置包括一紅外光源、一可見光光源、一紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡、一雙色鏡、一可見光成像鏡、一可見光影像擷取器以及一樣品座；其中，上述紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡包括一光學(xué)晶體與紅外物鏡；當(dāng)紅外光源照射一樣品后，借由上述紅外光轉(zhuǎn)換可見光物鏡將紅外光光譜影像轉(zhuǎn)換成可見光光譜影像；接著，借由可見光成像鏡與可見光影像擷取器讀取此可見光光譜影像。
文檔編號G01J3/42GK1427251SQ0114038
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者王浩偉, 林耀明, 葉迎春 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院