具同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件的制作方法

一種涉及檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種能避免雜光干擾熒光影像擷取的具同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件。

背景技術(shù)：

“人命關(guān)天”的概念長期深植民心，因此只要國內(nèi)發(fā)生任何殺人案件，總會成為社會矚目的焦點，自然地殺人案件就成為國內(nèi)民眾評量治安優(yōu)劣、警察辦案能力及政府效能的指標(biāo)性案件，如處理不當(dāng)或遲未偵破，恐將造成嚴(yán)重影響。為確認(rèn)犯罪對象，過往多以采集到的指紋作為主要證據(jù)，隨著社會高度發(fā)展，犯罪手法亦伴隨著科技進(jìn)步，以及媒體報導(dǎo)而不斷翻新，傳統(tǒng)所仰賴的指紋等痕跡物證在部分預(yù)謀的智能型犯罪中，已經(jīng)無法發(fā)揮有效的功能。

在刑案現(xiàn)場搜尋物證時，常借助目視抑或者打光的方式進(jìn)行搜查，在搜尋的過程中，一般多先使用波長400-700nm的可見光對犯罪現(xiàn)場四周加以照射，找尋可能殘留的痕跡物證，然而，犯案的過程中，加害者可能會受到被害人的強力抵抗而受傷，留下少許的血液痕跡物證，導(dǎo)致犯罪者即便穿戴有手套等脫罪設(shè)備，犯罪現(xiàn)場仍會殘留皮屑、毛發(fā)與血液，甚至唾液，此類含有少許蛋白質(zhì)成份的物質(zhì)能吸收波長小于400nm的紫外光，而被激發(fā)出微弱的熒光。因此，熒光顯微技術(shù)除用于生物研究中的細(xì)胞分析與追蹤外，近年來更延伸至工業(yè)檢測、偽鈔辨識以及上述刑事鑒定等領(lǐng)域，使得擷取熒光顯微影像的重要性逐漸提升，常用的熒光影像擷取裝置，主要是將一個高頻的光照射在具有熒光特性的待觀測物上，例如刑案現(xiàn)場疑似血跡的位置，通過激發(fā)出一個較低頻的熒光，再加上絕佳的濾鏡組合，便可清晰的觀看或擷取熒光影像。再者，血液是一種難以清洗的物質(zhì)，只要不經(jīng)過特別處理(漂白水擦拭)，就會殘留于犯罪現(xiàn)場，鑒識人員只需朝向四周噴灑魯米諾(Luminol)和激發(fā)劑溶液(例如：過氧化氫)的混合液，此時被噴灑到的血液，通過血紅素中所含有的鐵離子催化魯米諾的發(fā)光反應(yīng)，在約為30秒的時間內(nèi)會持續(xù)發(fā)出藍(lán)色光芒，鑒識人員便能有效掌握相關(guān)的犯罪佐證。然而，以魯米諾來作為采證手段容易有破壞物證的疑慮，也會受到前述的漂白水影響，使得鑒識人員在使用上必須更加審慎處理。

為徹底屏除前述疑慮，鑒識人員目前改以多波域光源燈(Alternative light source)作為主要的鑒別器材，多波域光源燈系由多個燈源組合而成,且每一燈源分別具有一個特定的波長范圍，例如：照明用的一般白光光源(400-700nm)、找尋殘留血液的藍(lán)光光源(約為450nm)及用于搜尋唾液的近紫外光源(約為365nm)，并且共同收納于一個手提箱。這種 搜證取得的照片或者影像將會成為刑事偵察、起訴及審判時的關(guān)鍵物證，因此取得佐證圖像的方式必須精準(zhǔn)細(xì)膩，使得如白光影像和紫外光影像可以順利重疊比較對照，才能經(jīng)得起重重考驗。但多次操作各種燈源，即使盡量力求采取相同角度位置擷取影像，仍難免有所疏漏，這樣的操作，造成鑒識人員一定程度的不便。

由于熒光是基于分子中的價電子吸收入射光后，躍遷至高能量軌道，再度由高能量軌道躍遷回基礎(chǔ)軌道時，所釋放出波長較長、頻率較低的光子。相對于入射光照射物體表面的直接反射光、以及照射不平坦表面所造成的漫反射光，由于常見的檢測光源為氙氣燈，如申請人所提出的一些現(xiàn)有技術(shù)則會選用LED燈作為主要光源，但此類光源的出光方向具有一定立體角，即使采用LED光源仍無法避免反射光和漫反射光的干擾，而熒光的強度明顯低至少二至三個數(shù)量級，其中直接反射光的強度又比漫反射光還要高出至少十至百倍，導(dǎo)致熒光影像的呈現(xiàn)難免受到滋擾，對于此類熒光鑒識的良率構(gòu)成明顯干擾。

另一方面，目前警察若需在黑暗中攻堅時，往往必須一面操作手電筒照亮環(huán)境，并同時握持槍械，若有突發(fā)狀況，很可能讓槍械的運用失去穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度，使得警方人員的人身安全備受考驗。

為此，本發(fā)明要提供一種具同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件，充分利用激光(LASER)的同調(diào)性和高度能量集中的特性，提供高亮度的準(zhǔn)直光，使能配合操作需求，在適當(dāng)時機確保出光方向單一，以此控制出光方向，篩檢掉照射至欲檢測目標(biāo)時的反射光及漫反射光，提升熒光影像的信噪比，優(yōu)化熒光影像品質(zhì)；并且通過調(diào)整切換，控制激光源反射至涂有熒光粉的非平面反射鏡上，使其激發(fā)出另一混色光，提供有別于上述準(zhǔn)直的同調(diào)性光源的第二種光源，有效應(yīng)付多元的操作需求，增加使用便利性，即使是要鑒識如指紋或血跡等微量熒光蛋白，也可避免噴灑魯米諾而損壞微弱痕跡物證，使檢測的成功率提升，同時改善采證的便利性。

此外，亦可配合操作需求，讓激光源部分穿透作為例如槍械的激光瞄準(zhǔn)器，另一部分激光則反射涂有熒光粉的非平面反射鏡上，使其激發(fā)出另一混色光，同步提供可見光照明，讓槍械直接配置有雙重光源，提升黑暗環(huán)境下，警用槍械的操控性，讓光源的使用彈性大增。當(dāng)然，本發(fā)明的可切換光源組件也能應(yīng)用于熒光生物檢測，研究例如基因轉(zhuǎn)植，是否順利制造出熒光蛋白，同樣利用同調(diào)性光源作為激發(fā)光源，切換至第二光源則可作為照明，以此確認(rèn)實驗獲取的熒光影像，以便于和第二光源照明下的影像比對。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種具同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件，運用同調(diào)性光源提 供高亮度的準(zhǔn)直光，確保第一光源照射的方向，提供良好的暗場光源，提升熒光檢測的信噪比。

本發(fā)明另一目的是提供一種具同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件，通過出光方向切換單元，控制至少部分同調(diào)性光源出光被切換反射至涂有熒光粉的非平面反射鏡上，使其部分激發(fā)出熒光而混光形成供可見照明的第二光源，讓多光源檢測時，光源切換便捷。

本發(fā)明再一目的是提供一種具同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件，通過出光方向切換單元，可同步提供一準(zhǔn)直光源及一可見照明雙重光源，讓光源使用更有彈性。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種具有同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件，包括同調(diào)性發(fā)光單元，具有一個出光軸，供射出具有特定波長的同調(diào)性光束；其特征在于，具有同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件還包括：設(shè)置于出光軸的出光方向切換單元，供至少容許同調(diào)性光束部分以一出射軸射出；及一個反射單元，供當(dāng)同調(diào)性發(fā)光單元所發(fā)同調(diào)性光束至少部分被出光方向切換單元改變時，承受至少部分同調(diào)性光束并加以反射，其中反射單元包括非平面反射鏡及對應(yīng)非平面反射鏡布設(shè)的熒光層，熒光層系供至少部分吸收至少部分同調(diào)性光束，并供熒光層射出波長較同調(diào)性光束更長的可見光。

因此，本案所提供的一種具有同調(diào)性發(fā)光單元的可切換光源組件，通過選擇及調(diào)節(jié)出光方向切換單元，讓使用彈性最大化，除可單純將擴散光束的前進(jìn)方向直接變更照射到反射單元，讓涂于非平面反射鏡上的熒光層吸收光能并激發(fā)，射出波長較擴散光束長的可見光外，還能將出光方向切換單元從振動反射鏡改為部分反射鏡，使得擴散光束部分的光子可以直接射出，另一部分則會與熒光層進(jìn)行混光后射出，讓激光及可見光皆可一并向外射出，并運用激光的光學(xué)特性營造暗場光學(xué)降低漫反射光干擾熒光影像的擷取，讓作為呈堂證據(jù)的熒光影像其可靠性有效提升、且攜帶的便利性也獲得改善。此外，在生物熒光影像的檢驗領(lǐng)域，同樣能采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，透過可見光確認(rèn)熒光生物的所在位置，接著運用激光照射熒光生物使其體內(nèi)植有熒光的細(xì)胞被激發(fā)而發(fā)出熒光，提升本案的使用彈性。再者，本發(fā)明的可切換光源組件亦可組設(shè)于槍械上，透過同步發(fā)光的結(jié)構(gòu)特征，改善過往分別獨立操作照明光源及槍械的情況，增加槍械運用的穩(wěn)定性，保障檢警的人身安全。

附圖說明

圖1為本發(fā)明可切換光源組件第一較佳實施例的側(cè)面透視示意圖，說明各部件間的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。

圖2為圖1實施例出光方向切換單元的方塊圖，說明通過切換開關(guān)，使控制器驅(qū)使振動反射鏡往復(fù)位移。

圖3為圖1實施例中反射單元中振動反射鏡的側(cè)面透視部分示意圖，說明振動反射鏡能在遮斷位置及非遮斷位置間移動。

圖4為本發(fā)明第二較佳實施例可切換光源組件的側(cè)面透視示意圖，說明采用多個可獨立出光的激光二極管。

圖5為本發(fā)明第三較佳實施例可切換光源組件的側(cè)面透視示意圖，用于說明擴散光束照射至出光方向切換單元時，將有少許的光子能穿透射出，一部分的光子則會與熒光層進(jìn)行混光并向外射出。

圖6為圖5中反射單元的非平面反射鏡的正面示意圖，以放大尺寸顯示其結(jié)構(gòu)特征。

圖7為本發(fā)明出光方向切換單元另一實施例的示意圖，顯現(xiàn)擴散光束照射至出光方向切換單元后，將依照每一片反射鏡規(guī)劃的反射角度射出，使激光及可見光達(dá)到同步發(fā)射的目的。

圖8為本發(fā)明可切換光源組件另一結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為區(qū)別圖8的實施例示意圖，說明同調(diào)性光束會經(jīng)出光方向切換單元轉(zhuǎn)換出光方向，并與下游的反射單元進(jìn)行混光射出。

附圖標(biāo)記說明：

1、1’、1”、1””…可切換光源組件； 2…紫外光激光二極管；

2’…多波域激光二極管； 2”…藍(lán)色激光二極管；

20…出光軸； 21、21’、21””…同調(diào)性光束；

210…原始截面尺寸； 23’…轉(zhuǎn)換按鈕；

3…擴束單元； 31、31”、31”’…擴散光束；

4、4’、4”、4”’、4””…出光方向切換單元； 40…出射軸；

41…控制器；43…振動反射鏡；

431、431’…遮斷位置； 433…非遮斷位置；

45、45’…切換開關(guān)； 5、5””…反射單元；

51、51”…非平面反射鏡； 53、53’、53”…熒光層；

6””…球型罩殼； 60””…出光開口。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖作詳細(xì)說明如下。

鑒識人員在進(jìn)行犯罪現(xiàn)場的搜索時，勢必要厘清所有潛藏的痕跡物證，用以還原曾于犯案場所現(xiàn)蹤的每一個嫌疑者，且確保痕跡物證的影像擷取完整無誤，為讓鑒識人員同時應(yīng)付多樣的使用需求(照明外在環(huán)境及激發(fā)證據(jù)的熒光反應(yīng))，即能攜帶本案的可切換光源組件前往現(xiàn)場搜證，如圖1至圖3所示，本發(fā)明可切換光源組件1的第一較佳實施例，同調(diào)性發(fā)光 單元系以紫外光激光二極管2為例，利用激光所具備的光學(xué)特性(包括：發(fā)光頻率單純及光行進(jìn)的方向準(zhǔn)直)，使紫外光激光二極管2射出一束波長例如為375nm的同調(diào)性光束21，并沿著一個出光軸20準(zhǔn)直前進(jìn)，由于能量非常集中，需經(jīng)由同樣設(shè)置于出光軸20上的擴束單元3，將同調(diào)性光束21的原始截面尺寸210擴大，從而形成一束平行且截面尺寸較為開闊的擴散光束31，并照射至下游的出光方向切換裝置4。在本例中的擴束單元3為一組光學(xué)透鏡組。

請參考圖2所示，本例中的出光方向切換裝置4包括有一個受控制器41驅(qū)使而在固定距離內(nèi)往復(fù)擺動的振動反射鏡43，當(dāng)鑒識人員須辨識所處環(huán)境時，能通過切換開關(guān)45的觸壓，輸出一照明信號至控制器41，控制器41指令振動反射鏡43，如圖3所示，由虛線位置往出光軸20的方向樞轉(zhuǎn)，將振動反射鏡43樞轉(zhuǎn)至實線所示的遮斷位置431，一旦振動反射鏡43位在遮斷位置431附近微幅往復(fù)振蕩，會導(dǎo)致擴散光束31照射至振動反射鏡43時，其中絕大部分的光子則會循著反射定律而依照與入射角相等角度往出射軸40的方向射出，使擴散光束31被反射至下游的反射單元5。

擴散光束31中的光子接觸至反射單元5中為曲面鏡的非平面反射鏡51時，大部分的紫外光會被涂于非平面反射鏡51上的熒光層53吸收，為符合照明所需，本例中的熒光層53可同時摻雜紅、綠及藍(lán)三色熒光粉，經(jīng)由能階的躍遷變化激發(fā)出波長較入射的紫外光更長的紅、綠及藍(lán)三色熒光，以此在混光后提供人眼所認(rèn)知的白光照明，于此本例的可切換光源組件1即能應(yīng)付照明需求，提升搜證的便利性。

相對地，當(dāng)鑒識人員必須借助高頻光照射，確認(rèn)含有熒光蛋白質(zhì)的血跡或精液等體液等微量的痕跡物證時，可以反向驅(qū)動切換開關(guān)45，讓上述紫外光激光束經(jīng)過擴束后，直接照射至疑似痕跡物證的位置而嘗試激發(fā)其熒光反應(yīng)，此時出光方向切換單元4的控制器41將控制振動反射鏡43如虛線所示，往遠(yuǎn)離出光軸20的方向移動，讓擴散光束31能直接射出，為行文便利，定義此時振動反射鏡43所處的位置為非遮斷位置433。

要確保擷取影像的清晰程度，鑒識人員有時必須變更拍攝位置，相較于一般發(fā)散角度很大的光源，由于其光束分別以各不同角度出光，即使操作人員變更照射角度，仍經(jīng)常會因為直接反射光及漫反射光過強，微弱的熒光蛋白發(fā)光太弱而被忽略。本案擴散光束31則具有準(zhǔn)直特性，因此在變更照射角度時，將可順利避開直接反射光及漫反射光較強的角度，營造出暗場(dark field)效果，提升熒光影像的信號信噪比，讓擷取微跡物證影像的成功率及便利性獲得有效提升、且相較于過往的多波域光源在攜帶上有著更良好的操作性。

此外，由于激發(fā)熒光蛋白時可能是采用紫外光激光，若有影像比對的需求，鑒識人員還可保持在拍攝熒光影像的位置，再次觸壓切換開關(guān)，使本例的可切換光源組件發(fā)出白光，而讓鑒識人員運用本案的光源組件照明，在相同角度重復(fù)擷取另一幅白光影像，提高影像資料 的可比對性與可靠度。

另一方面，本案結(jié)構(gòu)也可運用于其他熒光檢測領(lǐng)域中，作為熒光生物樣品的斑馬魚在目前的生物研究領(lǐng)域中極為常見，主要是因為斑馬魚繁殖量大且繁殖周期短、能產(chǎn)生大量后代，并具有近似人類的基因與部分對應(yīng)的器官結(jié)構(gòu)等特性，甚至被推廣至疾病研究、藥物篩選、毒物測試等相關(guān)研究，實驗員為區(qū)分個別植入的基因，有時會刻意讓制造出來的熒光蛋白能分別對應(yīng)相異的激發(fā)光源，簡化繁瑣的實驗流程。

為減輕實驗員的負(fù)擔(dān)，如圖4所示，本發(fā)明第二較佳實施例的可切換光源組件1’中的同調(diào)性發(fā)光單元改為由三個獨立發(fā)光激光二極管組合形成的多波域激光二極管2’，當(dāng)需要啟動時，實驗員能點擊額外設(shè)置的轉(zhuǎn)換按鈕23’讓單一色光的激光二極管被選擇致能發(fā)光，例如將釋放紅色激光的激光二極管先行致能，經(jīng)過擴束后，通過紅光照明觀察確認(rèn)斑馬魚的所處位置并進(jìn)行相應(yīng)的麻醉措施，接著對其解剖。確認(rèn)無誤后，再次以轉(zhuǎn)換按鈕23’停止對紅色激光二極管的能量供輸，并且轉(zhuǎn)為致能另一個激光二極管(藍(lán)色激光)照射斑馬魚體內(nèi)的器官，此時因植入熒光基因而可產(chǎn)生熒光反應(yīng)的細(xì)胞或器官就會吸收藍(lán)色激光的高頻能量，并釋放出波長較長、頻率較低的例如綠色熒光。但在此類實驗中，可能會運用兩種甚至更多種相異的熒光基因，生成相異的熒光蛋白，另一相異的基因所造成的熒光蛋白則可能吸收綠色激發(fā)光而釋放不同色的熒光，例如紅光。

由于綠色光既可能是來自前一種熒光蛋白所釋放的熒光，也可能是用來測試后一種熒光蛋白實驗時的激發(fā)光，如何區(qū)別兩者，尤其是當(dāng)光源本身涵蓋較廣的頻率范圍時，即使增加濾色片(filter)，還是會大幅增加實驗人員的困擾，提高誤判的可能。當(dāng)采用本案的光源時，由于激光的出光頻率相當(dāng)純凈，一旦出光由藍(lán)色激光轉(zhuǎn)換為致能綠色激光二極管，就可以很清楚地分辨此時不會有藍(lán)色激光發(fā)出，也不會激發(fā)出任何綠色熒光，實驗員可以輕易通過轉(zhuǎn)換按鈕23’，確保實驗不致誤判。

此外，提交實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)報告時，通常會一并附上相應(yīng)的影像或者照片說明實驗流程細(xì)節(jié)，因此可將本例多波域激光二極管2’的三個激光二極管選擇性地致能或同時致能。在同時致能時，多波域激光二極管2’發(fā)出三束的同調(diào)性光束21’，并且觸壓如前一實施例的切換開關(guān)45’，讓出光方向切換單元4’的振動反射鏡(圖中未標(biāo)出)往遮斷位置431’移動，將三束同調(diào)性光束21’同步反射至反射單元(圖中未標(biāo)出)，經(jīng)由對應(yīng)三束同調(diào)性光束21’中至少一者的熒光層53’激發(fā)吸收，形成至少四種相異頻率光束所組成的白光而便利拍照攝影，避免實驗操作過程中還需要額外替換光源操作的繁瑣。同樣地，由于本案的同調(diào)性發(fā)光單元具有準(zhǔn)直光的特性，能提供較佳的暗場，可以輕易避開直接反射光及漫反射光，以提高信號信噪比而提升實驗成功率及可驗證性。

本發(fā)明第三較佳實施例的可切換光源組件則請參考圖5及圖6所示，本例中的同調(diào)性發(fā)光單元改為藍(lán)色激光二極管2”，而出光方向切換單元4”則為一片部分反射鏡(例如僅允許45％的光子通過，剩余的55％則會被出光方向切換單元改變前進(jìn)方向)，因此可讓照射至出光方向切換單元4”的擴散光束31”一部分光子直接穿透射出，另一部分的光子則會如第一實施例所述的內(nèi)容被反射而照射至本例中為多面陣列的非平面反射鏡51”，并在其表面涂有對應(yīng)吸收藍(lán)色激光二極管2”所發(fā)藍(lán)光的熒光層53”，其中主要為釋放黃光的黃色熒光粉，因此在部分藍(lán)光被反射、部分被吸收的情況下，釋放的黃色熒光與被反射藍(lán)光互補而發(fā)散出白光。

通過上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得本例的可切換光源組件1”能同時發(fā)出一束藍(lán)色且經(jīng)過稍微擴束的準(zhǔn)直光束以及一束黃藍(lán)混色的廣角度白光，將此光源組件組裝于檢警攜配的槍械上時，以藍(lán)色準(zhǔn)直光束作為瞄準(zhǔn)光源；白光則用于探查搜索，提供檢警在進(jìn)行攻堅任務(wù)時，避免同時操作手電筒及槍械的繁雜狀況，有效改善槍械操作的穩(wěn)定性。

當(dāng)然，如圖7所示，本發(fā)明的出光方向切換單元4”’還能采用微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems：MEMS)并作為第四較佳實施例，微機電系統(tǒng)系包括多片微小的反射鏡陣列，且每一片反射鏡分別由對應(yīng)的壓電晶體(鋯鈦酸鉛：PZT)獨立控制每一片反射鏡的反射角度，使得擴散光束31”’的光子接觸到每一片反射鏡后而被改變的前進(jìn)方向就會顯現(xiàn)差異，一部分的光子將會循反射角度直接向外射出，相應(yīng)地其余光子則會依照反射鏡規(guī)劃的反射方向前進(jìn)，照射至反射單元(圖中未標(biāo)出)與熒光層(圖中未標(biāo)出)最后混光射出。因此，本例中的可切換光源組件同樣具備激光及可見光能同步射出的功效，擴大本發(fā)明可切換光源組件的使用彈性。

更進(jìn)一步改良前述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明第五較佳實施例請參閱圖8，將本發(fā)明的可切換光源組件1””設(shè)置于一類似積分球(Integrating Sphere)的球型罩殼6””中，在同調(diào)性光束21””的前進(jìn)方向上于球型罩殼6””形成一個出光開口60””，并以出光方向切換單元4””封閉前述出光開口60””，本例中出光方向切換單元4””同樣以第一實施例的方式樞轉(zhuǎn)變換，使得同調(diào)性光束21””能直接射出，亦能經(jīng)由出光方向切換單元4””改變前進(jìn)方向而照射至下游的反射單元5””，混光形成波長較長的任一可見光后射出，前述的簡單變動均不影響本案技術(shù)特征的施行。

惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，凡是依本發(fā)明權(quán)利要求書及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。