我們從一出生張開眼睛，看到的世界就是藉由光產生影像建構而成。眼睛就是一種光學系統，光影增加了我們生活上許多的美感，而日常生活中我們也透過操控光線，開發出各類光學儀器與科技產品，來打造我們的通訊器具、工作方式，例如行動電話、光纖網路、乃至於擴增實境 (augmented reality, AR)；現代醫療保健可利用光學儀器實現非侵入式成像檢視、或雷射手術，以及更精準的醫療診斷；在實驗研究、工廠製造上，光可進行加工檢測、自動化定位等。人類以無數方式使用光學儀器或系統，運用光學、改變世界，使生活更加安全、健康。
善於整合光機電，借光使光的儀器專家
一般大眾所熟知的顯微鏡，正確的名稱應該是「光學顯微鏡 (optical microscope)」，是利用光學原理，由透鏡放大物像送到眼睛或成像儀器，可以看到細胞大小的光學儀器，放大倍率和解析度 (聚焦) 為顯微鏡重要因素。它的出現為人類探索生命和世界帶來了非常大的幫助，是研究生命科學的利器。
在台灣提到「光學系統」，就讓我們聯想到客製化光電儀器重鎮，隸屬國家實驗研究院的台灣儀器科技研究中心 (儀科中心)。1970 年代台灣缺乏外匯存底，在經濟不富裕的情況下，難以採購國外的尖端科學儀器，因此國家政策性任務交付儀科中心負責國內自主開發光學顯微鏡。1976 年首批國人自製光學顯微鏡，研製成功。1982 年將「六百倍顯微鏡」技轉給台灣廠商，這是儀科中心第一件技術移轉案，光學顯微鏡也成為儀科中心極具象徵性的代表物之一。
▲70年代小學生使用的600倍光學顯微鏡為儀科中心所研製的
經過四十年的磨礪與深耕技術能量，突破大口徑非球面鏡技術瓶頸，將光機研發能量從顯微鏡技術躍升到福衛五號光學遙測酬載，並加值應用於半導體產業、航太檢測、汽車產業、智慧機械產業、醫療器材、智慧農業以及環境保育等，上天下海，深入民生，服務夥伴橫跨理、工、醫、農各領域。儀科中心提供光學系統的全方位服務方案 (Total Solution Service for Optics)，從一沙一世界到浩瀚天宇的大千世界，為科學發現敞開了偉大的航道。
客製化開發鼠腦研究所需之大口徑高解析光學顯微鏡頭
儀科中心以逾 45 年的光學及真空技術研發能量，協助中央研究院「建構腦部高解析 3D 影像」研究團隊客製化開發「晶格層光顯微鏡」所需之大口徑高解析光學顯微鏡頭。該大口徑鏡頭具備大範圍成像視野 (直徑 22 mm) 與高空間解析度 (1 mm) 的特性，拍攝一次即可取得一層完整鼠腦範圍的高解析影像，改善一般顯微物鏡成像範圍過於狹窄及影像拼接的問題，大幅提高取像與研究的效能。可應用於高解析的大視野取像，及腦部研究之 3D 影像建構，將有助於研究團隊未來進一步探索老鼠腦，揭密與蛋白質分布有關之機制，對解答部分人類腦部疾病做出貢獻。
▲儀科中心為中研院量身客製「應用於鼠腦研究之大口徑顯微物鏡」
非破壞性的動態觀測細胞，一直以來都是科學家所追求的，期望可以利用藉由觀測細胞隨時間的變動來看細微的變化。傳統光學顯微術能夠解析的最小距離，大約 250 奈米左右。而大腦神經突觸的大小約在 20 到 40 奈米之間，與腦部分子活動相關的神經結構尺度也在數十奈米。運用傳統的光學顯微術觀察大腦，即使可知大致的神經走向，也無法得知細微變化。
若想再觀察更細微，就必須藉由電子顯微鏡、原子力顯微鏡來實現。電子顯微鏡是利用觀測「電子」來顯示物體內結構、或表面樣貌；原子力顯微鏡則是利用原子間「凡得瓦力」的作用，來呈現物質表面樣貌。然而電子顯微鏡只能觀察經過冷凍切片處理的生物樣品，換言之，樣品是死的。同時非常費時費工，單一個果蠅腦就需花費 16 個月拍攝完成，再經過無數的工程師進行影像處理，不利於統計分析。原子力顯微鏡也是擁有奈米解析度的儀器，目前已發展到可觀察水中的活細胞。然而原子力顯微鏡只能觀察到樣品表面的形貌，無法看到細胞內部的構造。
後來有螢光顯微鏡的產生，利用汞燈與雷射來激發螢光分子，附著或接合在指定的生物分子上，由於這些特定的生物分子的分布，會與生物細胞內的結構有關，所以藉由觀察螢光的分布，我們就能了解生物細胞的微觀結構。但這些激發的能量，往往使螢光能顯現的時間非常短，激發光的能量也會對生物分子造成傷害，也就是所謂的「光毒性」。
為了觀察鼠腦、實踐活體生物分子的螢光顯微觀測，中央研究院應用科學研究中心陳壁彰副研究員，與團隊研發出「晶格層光顯微鏡」，將一個由儀科中心打造的特殊顯微物鏡，整合入實驗室既有的掃描式貝色層光顯微鏡 (Scanning Bessel Beam Light-sheet Microscope)，建構出針對透明化樣品最佳化的超解析顯微鏡，讓光源只精準地照射到生物樣品中所要觀察的焦平面上，減少不必要的照明以減少光毒性，並應用日本東京大學 Yasuteru Urano 團隊開發的新型閃爍螢光染劑 HMSiR 標定腦內分子，讓每一個參與大腦記憶生成的分子，發出清晰且明亮的光訊號。
物鏡是顯微鏡結構中最為複雜的光學元件，是由若干個透鏡組合而成的一個透鏡組。組合使用的目的是為了克服單個透鏡的成像缺陷，提高物鏡的光學質量。顯微鏡的放大作用主要取決於物鏡，物鏡質量的好壞直接影響顯微鏡映射質量，它是決定顯微鏡的解析度和成像清晰程度的主要關鍵。
專業藏在細節裡，細節裡的光學薄膜
由於光線通過不同介質會產生不同的現象，當不同薄膜層之反射光互相產生破壞性干涉時，反射光就會被抵銷，如此就可達成抗反射的效果就可以增加穿透率，還能改善影像的清晰度。因此，我們通常會在光學元件、或是獨立基板 (substrate) 上製鍍單層或多層的透明金屬或氧化物薄膜，以改變光波傳遞的特性。
例如採用減反射膜後可使複雜的光學鏡頭的通光量損失減少；採用高反射比的反射鏡可提高雷射器的輸出功率；利用光學薄膜可提高矽光電池的效率和穩定性。
在真空環境下進行鍍膜，主要原因是在高真空狀態時，殘餘氣體很少，就如同一個潔淨室，薄膜材料的氣化原子或分子可以減少與周圍的環境粒子碰撞，可直線飛向基板的，這樣可以保持較大動能到達基板，氣化原子或分子即可以在基片上凝結成較牢固的膜層。影響鍍膜品質與功能的因素非常的多，也是一門需要高專業素養的技術人員才能完善掌控製程。
光學鍍膜是精密光學中常見的應用，是指在光學元件表面鍍上一層或多層薄膜的製造流程，目的是為了控制光的增加或減少反射、濾光、偏振等功能性需求。尤其雷射系統、高級檢測儀、生醫檢測儀及光纖通訊系統的精密元件都需高階的光學鍍膜。
創新知識仰賴創新儀器科技
人因夢想而偉大，因實踐夢想而不凡。當新的問題接踵出現時，要如何找到答案呢？這時候就需要創造新的儀器設備來實踐與驗證。
自 1901 年以來，在物理、化學、生理與醫學領域，有超過 23 屆的諾貝爾獎是以開創性儀器而獲獎肯定，並且以先進儀器設備取得的研究成果則超過 25 屆獲獎，讓我們深刻體認先進儀器設備的重要性。儀器的發展與科學保持著共生關係 (symbiotic relationship)，決定了科學發展與社會進步，挑戰未來的無限可能。
儀科中心扮演國內創新研發所需的儀器科技研發平台，以核心技術創造卓越價值，近年積極推動儀器設備在地化的使命，2020 年協助產業開發建置全台首創線上全檢「太陽能板產線智慧即時回饋檢測設備」，在 1 分鐘內即可完成一片板材檢測，不但檢測效能提升 30 倍以上，並可即時分析研判結果，據以對製程進行調整，大幅提升生產效能和品質，良率提高至 99.2%，遠高於 75%~80% 的全球平均值；秉持著「醫生出題、儀科解題」的服務理念，協助醫學界開發多項生醫光電儀器，例如協同義守大學與義守醫院合作研發「生醫顯微影像光譜檢測系統」，整合顯微取像與高光譜模組，透過人工智慧學習，進行組織或病理試片分析，協助醫檢及研究人員進行攝護腺組織、子宮頸抹片、泌尿上皮細胞等初步組織或病理試片特徵分類。
▲協助產業開發建置全台首創線上全檢「太陽能板產線智慧即時回饋檢測設備」
儀科中心為台灣真空技術與光學技術的先驅，於所建立的相關技術領域基礎上，發展儀器基礎工程技術，根據產業製造、學術實驗與生醫檢測等各界需求，客製化開發目前市面上「不存在」的設備，提供解決方案、實踐創想，儀科中心始終以台灣儀器科技的夢工廠驅動產學研向前邁進，未來的無限想像。
