组合活动式显微镜基座及具有该基座的显微镜

摘要

一种组合活动式显微镜基座，供装设光源、及具有光轴的显微影像撷取器，光源及显微影像撷取装置是讯号传输连结至显示处理装置，且光源和显微影像撷取器具有相容的第一结合部和第二结合部，组合活动式显微镜基座包括：基座本体；及主支架，固定于基座本体、沿着对应重力方向上下延伸，主支架上形成置放单元及主组设埠，其中置放单元供固定承载待观测物，主组设埠吻合于第一结合部和第二结合部，供设置显微影像撷取器或光源；其中，主组设埠被规划成显微影像撷取器或光源设置时，显微影像撷取器的光轴或光源的主发光方向朝向对应置放单元。

说明书

【技术领域】

本发明是关于一种组合活动式显微镜，及供该组合活动式显微镜用的 基座。

【背景技术】

光学显微镜是观察研究微小物体必备的工具，利用光学透镜将人眼所 不能清晰分辨的微小物体放大成像，提供人们近距离观察及分析肉眼所不 能清晰察觉的影像资讯。常见的光学显微镜通常包括有载物台、光学观测 镜组、光源组件以及调焦组件。操作时，会先将承载待观测样本的玻片放 置于载物台上，并操控调焦组件，使样本能够清晰成像，藉以达到观察研 究的目的。

依照光学显微镜的载物台、光学观测镜组、及光源组件的相对位置， 可区别为正立显微镜与倒立显微镜，其中正立显微镜的结构较简单，是将 光源放置在最下方的基座中，向上发光照射载物台，光线穿过待观测物后， 经由位于上方的光学观测镜组成像，供操作者观察。由于光学观测镜组包 括有可旋转的多个不同倍率物镜，且物镜与待观测物间的距离较短，往往 因空间较狭窄而阻挠操作者操作载物台；相对地，倒立显微镜则因光学观 测镜组位于载物台的下方，光源则由上方向下照射，由于光源和载物台间 可以留下较大的操作空间，使得倒立显微镜的操作较为便利，但结构相对 复杂。无论是正立或倒立显微镜，由于光学观测镜组中都需要包括多片光 学镜头，使得整体造价无法大幅降低。

除一般的光学显微镜之外，荧光显微技术目前不仅可用于工业检测、 伪钞辨识以及刑事鉴定等实质应用，近年来更延伸至生物研究中的细胞分 析与追踪，使得荧光显微影像撷取的重要性逐渐提升，常用的荧光显微镜， 主要是将一个高频的激发光照射在具有荧光特性的待观测物上，例如钞票 的防伪线，或者刑案现场疑似血迹的位置，藉以激发出一个较低频的荧光， 再加上适当的滤镜组合，便可观查或撷取上述钞票或血迹的荧光影像；此 外，在生物科学的领域，许多研究是针对基因转植，为便于观察，植入的 基因常会制造出荧光蛋白，藉由待观测物的荧光反应有无，确认基因植入 的成败，并且可以对转植成功的生物进一步深入研究。

不幸地，由于激发光中往往只有极小的一部份会被荧光分子所吸收， 并且放出荧光，绝大多数激发光的光子都会维持原有的波长。如果采用上 述光学显微镜的结构，让待观测物介于光源和光学观测镜组的中间，一旦 有些许激发光穿透待观测物而投射至光学观测镜组，将完全掩盖荧光的影 像资讯，大幅提升实验失败的机率，这也使得荧光显微镜的结构主要是被 设计成光源照射至待观测物后，让荧光讯号依循相同路径返回至光学观测 镜组的反射式光路。

但是，由于激发光主要是被待观测物的表面直接反射，另有小部分则 是被不规则地向四面八方漫反射，荧光部分则是由大量激发光中，极少数 照射至荧光分子且被吸收后所释放的，因此荧光讯号的强度往往远低于激 发光；在观测或撷取影像记录时，无论是直接反射或漫反射的激发光，都 将被视为干扰荧光讯号的杂讯，当杂讯远大于实际讯号千倍万倍，就造成 影像处理上的极大难题。

加以，多数显微镜制造商都是以光学设计见长，往往执着于增加光学 元件来处理讯号杂音比(S/N比)，例如采用较佳的滤镜滤除激发光。但是， 即使滤镜品质再好，仍然会对荧光讯号有所削减，因此就需要提高光源亮 度，尤其光源来自距离观测位置有一段距离处，照射至待观测物的光束又 将随着距离而减弱，这也迫使荧光显微镜往往搭配一组亮度极高的光源， 并且需要采用多片过滤效果绝佳的滤镜，甚至曾经因为光源发光强度过高， 导致例如斑马鱼等微小待观测物被入射的激发光过度照射而蛋白质变性(煮 熟)的情况；而光学元件的不断添加以及高品质要求，也造成荧光显微镜动 辄百万元的高价。

一般实验室的经费通常限制甚严，不能无上限地采购多样化的光学显 微镜更甚者价格昂贵的荧光显微镜，往往仅能藉由一般的光学显微镜进行 观测实验，或是轮流共用少数珍贵的工具，无谓地耽搁研究实验的顺利进 行。为解决这方面的问题，申请人多次提出暗场光学架构的荧光显微镜设 计，就是让激发光由侧边照射待观测物，并且由上方或下方进行观察纪录， 通常是让光源与观察方向夹角超过45度，此种架构的立即效益，是将直接 反射的激发光由观察的光路中完全排除，使得要滤除的杂讯主要是外部背 景和漫反射的激发光，此外，申请人还在多件申请案中，提出将光源尽量 贴近待观测物，藉以减少路程中的损耗，使得采用LED成为可行。

然而，如何能因应操作者的需求，让上述正立显微镜、倒立显微镜、 荧光显微镜能集于一身，尤其是利用目前已经商业化而极其经济实惠且成 熟的装置，配合本发明所提出一种组合活动式显微镜基座，让载物台、光 学观测镜组、及光源组件可自由组合，大幅提升观测实验者的操作弹性， 可随心所欲的变动各个元件的相对位置，藉此符合多样化的实验需求，提 升实验的整体流畅度，还可以大幅降低实验研究器材的成本，降低无谓的 研究门槛，就是本发明所要达成的目标。

【发明内容】

本发明之一目的在于提供一种可轻易组装光学显微镜元件的组合活动 式显微镜基座，提升光学显微镜的使用弹性，亦可有效降低实验成本。

本发明另一目的在于提供一种组合活动式显微镜基座，通过导引置放 单元升降的升降单元，避免置放单元的空间受到局限。

本发明再一个目的在于提供一种具有组合活动式基座的显微镜，在辅 助支架上装设激发光源，通过角度调节件回避过往因激发光源的直接反射， 造成反射光盖过实验所需观察的荧光，并藉由辅助光源照射待观测物，提 升实验的流畅性及准确性。

本发明又另一个目的在于提供一种具有组合活动式基座的显微镜，将 LED光源尽量贴近待观测物，减少路程中的损耗。

本发明的更一目的在于提供一种具有组合活动式基座的显微镜，藉由 两个显微影像撷取器撷取相异视角的影像，提升实验操作的准确性。

为达上述目的，本发明提供一种组合活动式显微镜基座，供装设光源、 及具有光轴的显微影像撷取器，光源及显微影像撷取装置是讯号传输连结 至显示处理装置，且光源和显微影像撷取器具有相容的第一结合部和第二 结合部，组合活动式显微镜基座包括：基座本体；及主支架，固定于基座 本体、沿着对应重力方向上下延伸，主支架上形成置放单元及主组设埠， 其中置放单元供固定承载待观测物，主组设埠吻合于第一结合部和第二结 合部，供设置显微影像撷取器或光源；其中，主组设埠被规划成显微影像 撷取器或光源设置时，显微影像撷取器的光轴或光源的主发光方向朝向对 应置放单元。

将上述的组合活动式显微镜基座与显微镜结合，即成为一种具有组合 活动式显微镜基座的显微镜，是供讯号传输连结至一显示处理装置，该显 微镜包括：至少一个显微影像撷取器，具有至少一个光学镜头、一讯号传 输单元、一供电单元、及一第二结合部，该光学镜头是供撷取一待观测物 的影像，并通过该讯号传输单元输出前述待观测物的影像资讯至前述显示 处理装置；及至少一个光源，供朝向前述待观测物的位置发光，并且具有 和该第二结合部相容的第一结合部；一个组合活动式显微镜基座，包括： 一个基座本体；及一个主支架，是固定于该基座本体、且沿着一对应于重 力方向的上下方向延伸，该主支架上形成有一个置放单元及至少一个主组 设埠，其中该置放单元是供固定承载一待观测物，前述至少一个主组设埠 则吻合于上述第一结合部和上述第二结合部，并供至少设置一个前述显微 影像撷取器或前述光源；其中，上述至少设置一个前述显微影像撷取器的 主组设埠，被规划成使得上述至少一个显微影像撷取器或光源被设置时， 该至少一个显微影像撷取器的光轴或前述光源的主发光方向是朝向对应上 述置放单元。

因此，本发明所揭示的一种组合活动式显微镜基座及具有该基座的显 微镜，将最初固定设置的置放单元、显微影像撷取器、及光源改设为可随 意更换架设位置，此一结构设计使主支架的主组设埠位于整个光学显微镜 的组装重心位置，解决以往置放单元的操作空间受到局限的问题、且藉由 角度调节件避免设置于辅助支架上的激发光源照射待观测物时，直接反射 的激发光盖过欲观测的荧光，并将LED光源尽量贴近待观测物，减少路程 中的损耗；另一方面，藉由两个显微影像撷取器撷取相异视角的影像，获 取待观测物的完整影像，令观测者能够简易地组装以应付多元的检测实验， 除提升光学显微镜的使用弹性及实验的流畅度；同时还能进一步藉由辅助 光源照射待观测物，提升实验的准确性。

【附图说明】

图1为本发明第一较佳实施例的显微镜结构示意图，是说明主支架上 的显微影像撷取器、光源、及置放单元间的相对位置；

图2为本发明第一较佳实施例的显微镜侧视图，是说明主支架设置的 状态；

图3为本发明第一较佳实施例的显微镜结构示意图，是说明藉由主支 架上的升降单元，调节置放单元相对于基座本体上下移动；

图4为本发明第二较佳实施例的显微镜侧视图，是说明辅助支架与主 支架形成近似T字外形；

图5为本发明第三较佳实施例的显微镜侧视图，是说明辅助支架藉由 角度调节件进行枢转；

图6为本发明第四较佳实施例的显微镜侧视图，是说明主支架的主组 设埠形成有光学通路，并额外设有辅助光源及滤镜。

图7为本发明第五较佳实施例的显微镜侧视图，是说明两个显微影像 撷取器的光轴彼此交会而对应于置放单元。

【符号说明】

1、1’、1”、1”’…显微镜

2、2’、2”、2””…组合活动式显微镜基座

21、21””…基座本体22、22’、22”、22””…主支架

221、221’、221”、221””…置放单元222、222’、222”’…主组设埠

223、223””…对应组设埠224…升降单元

225”’…光学通路226”’…辅助光源

227”’…滤镜23’、23”、23””…辅助支架

231’、231”、231””…辅助组设埠24”、24””…角度调节件

3、3’、3”、3””…光源31、31’、31””…第一结合部

4、4’、4”’、4””…显微影像撷取器41、41’…光学镜头

42、42’…讯号传输单元43…第二结合部

44、44”’、44””…光轴5、5’、5”、5”’…待观测物

6、6’…平板电脑45、45’…供电单元

32…主发光方向

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合说明书 附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现；此外，在各实施例中， 相同的元件将以相似的标号表示。

本发明第一较佳实施例的显微镜，请一并参考图1至图3，显微镜1是 由组合活动式显微镜基座2、例释为指向性发光元件的光源3，例如LED、 以及例释为无线智能相机的显微影像撷取器4所组成。组合活动式显微镜 基座2包括一个基座本体21、及一个固定于基座本体21、且沿着对应于重 力方向的上下方向延伸的主支架22，主支架22上形成有一个供承载待观测 物5的置放单元221，为待观测物5的预定活动区域，在本例中待观测物5 例释为老鼠，前述置放单元221是设置在光源3及显微影像撷取器4之间， 经由光源3照射置放单元221中的待观测物5，使其具有足够的光照亮度， 再由显微影像撷取器4的光学镜头41进行撷取，通过本例中例释为无线传 输模组的讯号传输单元42，运用NFC(NearFieldCommunication)或者WIFI 等无线传输技术，将光学镜头41取得的影像，传输至观测者手中的显示处 理装置并显现出来，方便观测者清晰辨识目前的实验进度，前述的显示处 理装置在本例中则例释为平板电脑6；另一方面，由于置放单元221在本例 中并非完全封闭，而是在上方露出一个置放开口(图未示)，为防范待观测物 5由置放开口逃逸而脱离置放单元221，可额外设置一个透光遮罩(图未示) 在置放单元221的置放开口上，限制待观测物5的最大活动范围，方便观 测者进行相关实验。

此外，由侧视图中审视，可见受基座本体21固定的主支架22是略微 倾斜且并非完全平行于重力方向；故在此为行文的顺畅，以沿着对应重力 方向的上下方向延伸这一描述，来定义主支架22设置的状态。当然，熟悉 本技术领域人士也可自行变化，将主支架改为例如90度而完全垂直于基座 本体的结构态样或其他角度，均无碍于本发明技术的实施。

显微影像撷取器4还包括一个例释为具有特定尺寸的壳体的第二结合 部43，是用来稳固架设于主支架22上所形成的主组设埠222，在本例中主 组设埠222则例释为具有对应前述特定尺寸的容置槽，通过彼此对应的结 构设计，使得显微影像撷取器4可藉由与主组设埠222相吻合的第二结合 部43，稳固地装设在主支架22上而不会随意滑动，降低实验的复杂性。前 述的特定尺寸在本例中是指例如10X10的尺寸大小，但熟悉本技术领域人 士也可自行更改为其他任何一种尺寸，不会影响本实施例的实施。另一方 面，当显微影像撷取器4设置于主支架22上的主组设埠222时，主组设埠 222是被规划成使得显微影像撷取器4的光轴44是朝向对应置放单元221， 经由这样的规划设计，显微影像撷取器4的光学镜头41会沿着光轴44的 方向，准直地朝向置放单元221，并通过光学镜头41本身的调变焦功能， 即使最初置放单元221不在光学镜头41的焦点上，光学镜头41仍旧可自 行变换焦距以取得较佳的影像资讯，进一步增加实验操作的流畅性。

前述光学镜头41本身虽然具有调焦的功能，但有时仍难以确保置放单 元221能准确地落在光学镜头41的焦点上。因此，本例中的主支架22还 包括一个升降单元224，让置放单元221可藉由升降单元224相对于基座本 体21而上下移动，使得置放单元221内的待观测物5能被光学镜头41完 整地撷取所需影像。再者，显微影像撷取器4无论实验进行与否，仍随时 保持着撷取画面的准备动作，因而维持显微影像撷取器4的运作相对重要， 为此，本例中的显微影像撷取器4还具有一个例释为电池的供电单元45， 即使在实验的过程中供电单元45的电量耗尽，观测者也可以轻松地自行替 换新的供电单元45，以此延长实验的操作时间。

本例中的光源3更包括一个第一结合部31，前述第一结合部31与第二 结合部43彼此相容，并且第一结合部31同样例释为具有特定尺寸的壳体， 前述光源3是藉由第一结合部31架设于主支架22上形成的对应组设埠223， 前述对应组设埠223与主组设埠222彼此相容、且对应地设置于置放单元 221的相反侧面，前述对应组设埠223在本例中同样例释为具有对应前述特 定尺寸的容置槽，需要注意前述的彼此相容是指彼此间完全吻合而无任何 相异之处。

因此，光源3同样可藉由与对应组设埠223相吻合的第一结合部31， 稳固地装设在主支架22上；另一方面，当光源3设置于主支架22上的对 应组设埠223时，光源3的主发光方向32是准直地朝向置放单元221，由 于光源3所发的光会向四处散射，唯有完整朝向置放单元221的光才能有 效利用，为简化说明，以主发光方向32一词来定义由光源3发出而完整朝 向置放单元221的光。

当然，熟悉本技术领域人士也可以将对应组设埠与主组设埠的设置位 置进行交替，由最初的正立显微镜(光源在置放单元的下方，而显微影像撷 取器则位于置放单元的上方)改变为倒立显微镜(光源在置放单元的上方，而 显微影像撷取器则位于置放单元的下方)，均不影响本实施例的实施。

通过前述实施例的描述，可以发现本发明的几点特色。其中，通过主 支架上形成的主组设埠、以及与主组设埠相互吻合的第二结合部，让观测 者能随意组合，回避过往因实验经费的限制，仅能藉由少数的光学显微镜 完成众多的观测实验，使得实验数据容易产生落差，再者，过往的光学显 微镜一旦部分的元件损坏，只能舍弃并重新购入新的光学显微镜，对于观 测者而言，无疑额外增加一笔开销。本发明通过自由组合的方式，即使光 学显微镜部分的元件无端损坏，也可以轻松地针对该元件进行替换，提供 低成本的装置节省开销，并增加光学显微镜的使用弹性；另一方面，为保 持实验的流畅性，本例中的升降单元是在显微影像撷取器无法有效取得焦 距时，可以自由调整置放单元的位置，重新获取有效的焦距，让显微影像 撷取器能撷取清晰的待观测物影像，并且藉由显微影像撷取器的讯号传输 单元，将获得的影像输出至平板电脑，除让观测者能轻易辨识目前的实验 进度外，更能增加实验中的操作便利性。

本发明第二较佳实施例的显微镜1’，如图4所示，与前一实施例的差 异在于本例中的组合活动式显微镜基座2’还包括一个辅助支架23’，辅助支 架23’是与前一实施例中的主支架22’相连接，从侧视图中可发现，辅助支 架23’与主支架22’形成近似于T字的外形；另一方面，辅助支架23’在远离 主支架22’处设有一个辅助组设埠231’，辅助组设埠231’是与前一实施例中 的主组设埠222’彼此相容、且辅助组设埠231’同样例释为具有对应前述特 定尺寸的容置槽。

在荧光检测实验中，为便于观测如前一实施例的待观测物5’，植入的 基因常会制造出荧光蛋白，观测者可以将前一实施例中具有第一结合部31’ 的光源3’架设于辅助支架23’的辅助组设埠231’上，前述光源3’在本例中 是例释为激发荧光的激发光源，光源3’通过辅助组设埠231’的设置，而朝 向承载待观测物5’的置放单元221’进行照明，此时待观测物5’被转植的荧 光基因会受光源3’激发出荧光，再由如前一实施例的显微影像撷取器4’的 光学镜头41’取得待观测物5’的荧光影像，经本例中例释为传输线的讯号传 输单元42’，将待观测物5’的荧光影像传输至如前一实施例的平板电脑6’。 由于荧光实验必须限制外界的杂光，避免外界的杂光渗入而盖过原本欲观 察的荧光，因此，可额外装设一个遮罩(图未示)将外部光隔绝，大幅减低 任何背景杂光入侵，避免干扰实验的操作及观察；另一方面，显微影像撷 取器4’的供电单元45’在本例中则是例释为一条电源线，经由接驳市电的方 式以获取充足电能，藉此防范电能耗尽，进而影响实验操作的流畅性。当 然，显微影像撷取器亦可藉由本例中的讯号传输单元，除前述的传输资料 外，还可通过平板电脑提供运作时的电能，均不影响本实施例的实施。

此外，在实验进行前可在对应组设埠架设另一个显微影像撷取器，确 保架设于主组设埠上的显微影像撷取器的光学镜头是确实地朝向置放单 元，藉由这样的规划设计，观测者可以轻易地察觉显微影像撷取器的光学 镜头是否产生偏差并即刻进行修正，提升实验操作的流畅性。

本发明第三较佳实施例的显微镜1”，请参考图5所示，组合活动式显 微镜基座2”还具有一个供结合辅助支架23”至主支架22”的角度调节件 24”，藉由角度调节件24”的设置使得辅助支架23”可相对主支架22”进行 枢转，进而让设置于辅助组设埠231”、且如前一实施例例释为激发荧光的 光源3”能由低角度的方式照射置放单元221”内的待观测物5”，回避过往 直反射光盖过原本欲观察荧光的问题。

本发明第四较佳实施例的显微镜1”’，如图6所示，本例中的主组设埠 222”’还形成有一个对应显微影像撷取器4”’的光轴44”’的光学通路 225”’(opticalpath)，且主组设埠222”’更包括一组例释为近红外光的辅助光 源226”’、及设置于前述光学通路225”’的滤镜227”’。在本例中，滤镜227”’ 为可旋转更换的轮状结构。在进行实验操作前，可先将架设置于主组设埠 222”’上的辅助光源226”’开启，并且由显微影像撷取器4”’撷取此近红外光 影像，藉以确认例释为斑马鱼的待观测物5”’确实位于镜头范围无误后，再 将辅助光源226”’关闭，并改变所使用的滤镜227”’为例如仅准许绿光通透 的滤镜，并开启另一蓝光激发光源(图未示)，藉由滤镜227”’滤掉包括激发 光的漫反射光及其余背景杂光，让显微影像撷取器4”’能轻易地撷取到所需 的绿色荧光影像。

本发明第五较佳实施例，请参考图7所示，本例中的组合活动式显微 镜基座2””还具有两组对称设置于主支架22””两侧的辅助支架23””，经由 角度调节件24””连接至基座本体21””，而例释为LED发光元件的光源3”” 则藉第一结合部31””架设于主支架22””上的对应组设埠223””，以此提供 充足的光照，并通过本发明的自由组合技术，取代市面上常见的立体显微 镜。关于辅助组设埠231””的实施态样，与第三较佳实施例相同，在此不多 加赘述。本例的差异在于辅助组设埠231””是分别设置有显微影像撷取器 4””，显微影像撷取器4””的光轴44””则分别朝向对应置放单元221””，使 得光轴44””能交会于对应置放单元221””，而两组显微影像撷取器4””可 以夹一角度，模拟人眼的视角，图式中为便于说明，则是以夸张的角度呈 现。实际操作时，是让两组显微影像撷取器4””所取得的影像资料恰好合成 至例如一具面罩式的屏幕(图未示)上，让操作者的两眼分别观察到两幅彼此 夹一角度所取得的待观测物影像，从而建立足够的立体感，再度提升本发 明的使用弹性。

本发明所揭示的一种组合活动式显微镜基座及具有该基座的显微镜， 将最初固定设置的置放单元、显微影像撷取器、及光源改设为可随意更换 架设位置，此一结构设计使主支架的主组设埠位于整个光学显微镜的组装 重心位置，解决以往置放单元的操作空间受到局限的问题、且藉由角度调 节件避免设置于辅助支架上的激发光源照射至待观测物时所发的荧光太微 弱，无论是相较于入射光或直接反射光、甚至漫反射光，强弱差异都非常 明显，过往为因应直反射的困境，设置有多重滤光片来逐一滤除反射光， 但也不可避免将实验所需的荧光部分滤除；只得再加装放大倍率的镜片方 便肉眼捕捉荧光，经由此种改善，增加显微镜的使用弹性，不必使用先前 技术中价值至少二十多万人民币以上、所费不赀的荧光显微镜，大幅节省 实验的经费，并能提升实验的流畅性及准确性。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明 实施的范围，凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等 效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。