本发明是有关一种裂隙照明装置及其显微镜系统，特别是一种适用于手持式装置的裂隙照明装置及其显微镜系统。
背景技术：
具有裂隙照明的显微镜可以聚焦狭长形的照明光束在目标物上，使照明光束的边缘具有高对比度。藉由穿透(廷德尔效应，tyndalleffect)或反射的照明光，可观察透明或半透明的目标物的表面或本体内的状态是否有裂痕、高低、颗粒或者不均匀分布的特征。此裂隙照明光源需具有高亮度特性，且裂隙照明光束需在目标物表面移动，如此即可藉由亮暗的对比或散射来观察细微的特征。举例而言，在眼科的应用上，具有裂隙照明的显微镜可观察眼外部的眼睑、巩膜、结膜；在前房的部分可观察角膜、虹膜；在后房的部分可观察水晶体；或者，藉由外加的手持镜片或隅角镜，可观察眼底视网膜或前房隅角是否堵塞。
然而，现有技术的裂隙照明模块体积较大，无法适用于手持式装置，因此，现有的具有裂隙照明的显微镜多为桌上型系统。有鉴于此，如何缩减裂隙照明模块的体积，使具有裂隙照明的显微镜能够以手持操作便是目前极需努力的目标。
技术实现要素：
本发明提供一种裂隙照明装置及其显微镜系统，其具有裂隙图案的光阑至投影透镜组的距离大于1倍投影透镜组的入光侧焦距且小于2倍投影透镜组的入光侧焦距。依据此结构，裂隙照明装置的体积能够有效缩减而可适用于手持式装置。
本发明一实施例的裂隙照明装置包含一第一发光元件、一第一光阑以及一投影透镜组。第一发光元件用以产生一主照明光。第一光阑具有至少一开孔，且第一光阑设置于第一发光元件的一出光侧，其中开孔为一狭长状开孔。投影透镜组设置于第一光阑的一出光侧，以会聚主照明光并投射至一目标物，其中第一光阑至投影透镜组的距离大于1倍投影透镜组的一入光侧焦距且小于2倍投影透镜组的入光侧焦距。
本发明另一实施例的显微镜系统包含一主机以及一裂隙照明装置。主机包含一影像感测器以及一显示模块。影像感测器用以撷取来自一目标物的一光线以形成一影像。显示模块与影像感测器电性连接，以显示影像感测器所撷取的影像。裂隙照明装置包含一第一发光元件、一第一光阑、一投影透镜组以及一成像透镜组。第一发光元件用以产生一主照明光。第一光阑具有至少一开孔，且第一光阑设置于第一发光元件的一出光侧，其中开孔为一狭长状开孔。投影透镜组设置于第一光阑的一出光侧，以会聚主照明光并投射至目标物，其中第一光阑至投影透镜组的距离大于1倍投影透镜组的一入光侧焦距且小于2倍投影透镜组的入光侧焦距。成像透镜组会聚来自目标物的一光线至影像感测器，其中投影透镜组的出光侧的一第一焦点以及成像透镜组的入光侧的一第二焦点的位置相同。
以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为一示意图，显示本发明一实施例的裂隙照明装置。
图2为一示意图，显示本发明另一实施例的裂隙照明装置。
图3为一立体图，显示本发明一实施例的裂隙照明装置。
图4为一示意图，显示本发明一实施例的裂隙照明装置的投影透镜组以及成像透镜组的相对关系。
图5a以及图5b为一示意图，显示本发明一实施例的裂隙照明装置的变焦成像透镜组。
图6为一后视图，显示本发明一实施例的裂隙照明装置。
图7为一立体图，显示本发明一实施例的显微镜系统。
符号说明：
10壳体
11第一发光元件
12第一光阑
121第一调节钮
13投影透镜组
14第二光阑
15成像透镜组
150壳体
151第三调节钮
152连接结构
153导电接点
154连接座
15a第一透镜
15b第二透镜
15c第三透镜
15d第四透镜
15e第三光阑
16弧形滑轨
17反射元件
18滤光片
181第二调节钮
19第二发光元件
20主机
21影像感测器
22显示模块
30抵靠元件
31抵靠垫
32连杆
33锁固件
c圆心
l主照明光
o1投影透镜组的光轴
o2成像透镜组的光轴
t目标物
具体实施方式
以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。
请参照图1，本发明的一实施例的裂隙照明装置包含一第一发光元件11、一第一光阑12以及一投影透镜组13。第一发光元件11可产生一主照明光l。于一实施例中，第一发光元件11可为一发光二极管或一激光二极管。第一光阑12设置于第一发光元件11的一出光侧。第一光阑12具有至少一开孔，举例而言，第一光阑12上的开孔可为一狭长状开孔。依据此结构，通过第一光阑12的主照明光l即为狭长状的光束。需说明的是，适当封装的发光二极管或激光二极管可限缩发光二极管或激光二极管的出光角度，因此，将发光二极管或激光二极管靠近第一光阑12的配置方式即可有效利用80％以上的发光二极管或激光二极管的出光量。换言之，第一发光元件11以及第一光阑12之间无需额外设置聚光透镜(collectorlens)，以减少元件数量以及装置体积。
投影透镜组13设置于第一光阑12的一出光侧，以会聚通过第一光阑12的主照明光l并投射至一目标物t，以在目标物t的表面形成狭长状的光斑或在目标物t内形成狭长状的光束。于一实施例中，投影透镜组13包含至少三个镜片，且至少三个镜片其中之一为一胶合镜片。一般而言，目标物t是位于投影透镜组13的出光侧的焦点位置，以使光斑或光束的边缘具有较高的对比度。于一实施例中，裂隙照明装置更包含一第二光阑14，其设置于第一光阑12以及投影透镜组13之间，以限制入射至投影透镜组13的主照明光l的光量。第二光阑14可限制较大角度的杂散光入射至投影透镜组13，如此可进一步提升照射至目标物t的光斑或光束的边缘的对比度。可以理解的是，第二光阑亦可设置于投影透镜组13中，亦即投影透镜组13中的多个镜片之间(未图示)。
可以理解的是，裂隙照明需在观察范围内(特别是纵深方向)维持较高的对比度，因此投影光束的景深较长，可提供较佳的操作性。为了达到投影光束景深延长的效果，裂隙照明的投影光束须为放大实像。于一实施例中，本发明的裂隙照明装置的第一光阑12至投影透镜组13的距离大于1倍投影透镜组13的入光侧焦距且小于2倍投影透镜组13的入光侧焦距。较佳者，本发明的裂隙照明装置的第一光阑12至投影透镜组13的距离大于1倍投影透镜组13的入光侧焦距且小于1.5倍投影透镜组13的入光侧焦距。于一实施例中，为了符合投影光束的景深涵盖人类角膜厚度的要求，本发明的裂隙照明装置的第一光阑12至投影透镜组13的距离大于1倍投影透镜组13的入光侧焦距且小于1.22倍投影透镜组13的入光侧焦距。
接续上述说明，由于投影光束为一放大实像，因此，第一光阑12上的开孔的尺寸需相对应地缩小，以使投影光束的尺寸符合观察者一般操作时的尺寸。于一实施例中，第一光阑12可为包含开孔的一基板。举例而言，基板可为硅基板、金属基板、陶瓷基板、玻璃基板或其它适当材料的基板。开孔可利用曝光、显影以及蚀刻等步骤形成于基板上。于一实施例中，第一光阑12可包含多个开孔，其形状可为不同宽度的狭长状开孔或圆孔，以符合操作需求或观察者的使用习惯。
于一实施例中，第一光阑12可类似一转盘结构，以使多个开孔可切换地设置于第一发光元件11的出光侧。举例而言，请参照图3，于一实施例中，第一发光元件11、第一光阑12以及投影透镜组13设置于壳体10内，藉由转动第一调节钮121即可转动第一光阑12，以切换不同尺寸的开孔对应于第一发光元件11。现有技术的裂隙照明是藉由调整两个刀片间的间距来改变裂隙的宽度，因此其机构设计较为复杂，导致体积较大。本发明的裂隙照明装置只需转动第一光阑12即可切换不同宽度的开孔，因此机构较为简单且体积大幅缩小。
请再参照图1，于一实施例中，本发明的裂隙照明装置更包含一成像透镜组15，其用以会聚来自目标物t的一光线至一影像感测器21。举例而言，来自目标物t的光线可以是目标物t反射或穿透目标物t的主照明光l，或是主照明光l激发目标物t所产生的荧光。需说明的是，虽然图1所示的实施例将投影透镜组13的光轴o1与成像透镜组15的光轴o2绘制于同一直线，但可以理解的是，在实际观察操作时，投影透镜组13的光轴o1与成像透镜组15的光轴o2大多具有一夹角，如图4所示。
请再参照图3，于一实施例中，本发明的裂隙照明装置更包含一弧形滑轨16，其中第一发光元件11、第一光阑12以及投影透镜组13可沿着弧形滑轨16滑动。于一实施例中，成像透镜组15设置于壳体150内，且壳体150与弧形滑轨16固定连接。如前所述，第一发光元件11、第一光阑12以及投影透镜组13设置于壳体10内，藉由移动壳体10即可调整投影透镜组13的光轴o1相对于成像透镜组15的光轴o2的夹角，以利观察者观察目标物t。
需注意的是，投影透镜组13的出光侧的一第一焦点位于弧形滑轨16的一圆心c，使壳体10移动至弧形滑轨16的任意位置时投影透镜组13的出光侧的第一焦点皆位于弧形滑轨16的圆心c。可以理解的是，为了撷取清晰的影像，成像透镜组15的入光侧的第二焦点亦位于弧形滑轨16的圆心c，亦即投影透镜组13以及成像透镜组15在弧形滑轨16的圆心c保持共焦面，如图4所示。依据此结构，将目标物t设置于弧形滑轨16的圆心c即可获得最佳的裂隙照明以及最佳的观察影像。
于一实施例中，本发明的裂隙照明装置更包含至少一第二发光元件19，其设置于弧形滑轨16的两端的至少其中之一。于图3所示的实施例中，弧形滑轨16的两端各设置一第二发光元件19。举例而言，相对于成像透镜组15，第二发光元件19设置于夹角45度的位置。由于影像感测器21的影像动态范围(dynamicrange)受到限制，因此，第二发光元件19可依据需求启动，以产生一辅助照明光来补足影像暗处的灰阶表现。于一实施例中，第一发光元件12以及第二发光元件19至少其中之一的输出模式可为恒亮模式或闪光模式。举例而言，亮度较低的恒亮模式可在观察目标物t时使用，而闪光模式，亦即较高亮度但短时间(小于250ms)，则可满足拍照的需求，例如高动态范围(highdynamicrange，hdr)成像以及高速快门等的应用。
请参照图2，于一实施例中，本发明的裂隙照明装置更包含一反射元件17，其设置于投影透镜组13的一出光侧。反射元件17可偏折投影透镜组13至目标物t的光路，以增加裂隙照明装置的设计弹性。举例而言，利用反射元件17可使第一发光元件11至反射元件17的光路与成像透镜组15的光轴o2垂直。换言之，第一发光元件11、第一光阑12、第二光阑14以及投影透镜组13等元件不会与成像透镜组15彼此干涉，因此各种元件之间可获得较紧密的配置，如图3所示，亦即使本发明的裂隙照明装置的体积缩小。
请再参照图1，于一实施例中，本发明的裂隙照明装置更包含一滤光片18，其设置于第一发光元件11至目标物t的一光路上。举例而言，滤光片18可设置于第一发光元件11与第一光阑12之间、第一光阑12与投影透镜组13之间、或是投影透镜组13与目标物t之间，如图1所示。滤光片18允许一特定波长范围的主照明光l通过。针对不同的应用可使用不同颜色的滤光片，举例而言，观察荧光现象可使用蓝色滤光片；加强影像对比度可使用绿色滤光片等。于一实施例中，滤光片18可为多个，且可切换地设置于第一发光元件11至目标物t的光路上。举例而言，多个滤光片18可设置于一转盘结构，同样地，藉由转动第二调节钮181(如图3所示)即可转动转盘以切换滤除不同波长的滤光片18至第一发光元件11至目标物t的光路上。
于一实施例中，成像透镜组15可为一可变焦透镜组。举例而言，请参照图5a以及图5b，成像透镜组15从目标物t至影像感测器21依序包含第一透镜15a、第二透镜15b、第三透镜15c以及第四透镜15d，其中第一透镜15a、第三透镜15c以及第四透镜15d的有效焦距为正，以及第二透镜15b的有效焦距为负。于一实施例中，成像透镜组15更包含一第三光阑15e，其设置于第二透镜15b以及第三透镜15c之间并贴近第三透镜15c。调整焦距时，为了固定成像透镜组15与目标物t的距离，第一透镜15a固定不动，第四透镜15d为补偿透镜，亦固定不动，仅第二透镜15b、第三透镜15c以及第三光阑15e移动，其中第三光阑15e随着第三透镜15c移动。于一实施例中，藉由转动第三调节钮151(如图3所示)即可转动凸轮环(camring)，进而改变第二透镜15b以及第三透镜15c间的间距而达到变焦的效果。举例而言，成像透镜组15的望远端的透镜配置如图5a所示，成像透镜组15的广角端的透镜配置如图5b所示。
请参照图6，于一实施例中，成像透镜组15包含至少一连接结构152，其设置于成像透镜组15的一出光侧。透过连接结构152，本发明的裂隙照明装置能够以可更换的方式连接于一主机20，如图7所示。可以理解的是，本发明的裂隙照明装置包含多个导电接点153，使裂隙照明装置与主机20连接时，裂隙照明装置能够与主机20电性连接。如此一来，主机20可透过导电接点153提供电源以及控制讯号至第一发光元件11以及第二发光元件19。依据上述结构，主机20可更换不同的光学镜头模块以观察不同的目标物。举例而言，不同的光学镜头模块可为眼底镜镜头、耳镜镜头、皮肤镜镜头、微循环镜头、鼻镜镜头、喉咙镜镜头或内视镜镜头等。
请参照图7，本发明的裂隙照明装置更包含一抵靠元件30。于一实施例中，抵靠元件30与内置成像透镜组15的壳体150连接。举例而言，壳体150包含一连接座154，抵靠元件30即设置于连接座154上。操作时，抵靠元件30可抵靠于适当的位置以限制成像透镜组15与目标物t间的距离，并增加操作的稳定性。举例而言，观察人体的角膜时，抵靠元件30以一抵靠垫31抵靠于受测者的额头，即可使受测者的角膜与成像透镜组15间维持一定距离。于一实施例中，抵靠元件30的长度可以调整。举例而言，抵靠元件30包含一连杆32以及一锁固件33。连杆32与抵靠垫31连接，且可沿成像透镜组15的光轴方向移动。锁固件33可在调整连杆32至适当长度时锁固连杆32。依据此结构，藉由调整连杆32的长度即可限制成像透镜组15与目标物t间的距离，以观察不同眼窝深度的受测者。
请再参照图7，本发明一实施例的显微镜系统包含一主机20以及一裂隙照明装置。裂隙照明装置的详细结构已如前所述，在此不再赘述。主机20包含一影像感测器21(如图1所示)以及一显示模块22。影像感测器21透过成像透镜组15撷取来自目标物t的一光线以形成一影像。显示模块22与影像感测器21电性连接，以显示影像感测器21所撷取的影像。于一实施例中，主机20为一手持式装置的外观，以利观察者手持操作本发明的显微镜系统。可以理解的是，主机20可包含其它必要或非必要的元件，例如处理单元、存储器模块、触控模块、有线及/或无线通讯模块、记忆卡插槽以及电池模块等。上述元件可采用现有元件加以实现，且非本发明的主要技术特征，故在此不再赘述。
综合上述，本发明的裂隙照明装置及其显微镜系统是将具有裂隙图案的光阑设置于投影透镜组的1倍至2倍投影透镜组的入光侧焦距之间，使通过裂隙图案的光线放大投影于目标物，因而获得较长景深的投影光束且发光元件至投影透镜组间可作更紧密的配置。较佳者，本发明的裂隙照明装置是将裂隙照明光源在一弧形滑轨上滑动且维持投影透镜组以及成像透镜组的焦点于弧形滑轨的圆心，因此本发明的裂隙照明装置可省略现有技术裂隙照明装置所采用的l型支架。依据此结构，裂隙照明装置的体积能够有效缩减而可适用于手持式装置。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。