CN101828139A - 具有波长转换磷光体的光源 - Google Patents

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Abstract

一种为荧光显微镜中样品的分子提供光的装置，其包括发光二极管和包含磷光体的光学元件(11)。分子具有峰值激发波长。LED在第一波长发射光(5)；磷光体(4)能够接收第一波长的光并在不同于第一波长的预选第二波长发射光(6)。第二波长与分子的峰值激发波长基本上相近。

Description

具有波长转换磷光体的光源
相关申请的交叉引用
此申请要求于2007年9月5日提交的、名称为“LEDMicroscopy Light Source”的美国临时申请序列号60/970,045；于2008年3月25日提交的、名称为“Light Source”的美国临时申请序列号61/039,148；以及于2008年7月24日提交的、名称为“Light Source”的美国临时申请序列号61/083,361的优先权，全部的这些都通过参考引入于此。
技术领域
本发明涉及光源。
背景技术
荧光显微术是一种光学显微技术，用于通过将来自位于样品之上或内部的目标物(例如有机分子或无机组合物)的荧光或磷光发射进行成像，来研究样品的结构或属性。例如，样品可以用荧光基团所标记，所述的荧光基团即由吸收特定波长(峰值激发波长)的光而激发并且作为响应来发出荧光或在比峰值激发波长更长的波长上发射光的分子。可以通过检测所发射的荧光来获得被标记样品的荧光图像。
用于激发荧光显微镜中样品的光一般具有窄的波长范围以避免与发射波长的光谱重叠，因为这种情况会产生噪音或干扰对来自样品的荧光发射进行的检测。典型的光源有氙和汞电弧放电灯或卤素白炽灯。氙和卤素白炽灯产生白光；汞灯产生具有数个位于不同波长的宽发射频段的光。这些光源需要使用激发滤光片以限制到达样品的光的波长。
最近，发光二极管(LED)已经被用作荧光显微术的光源。LED是在窄波长频段中发射光的半导体设备。从LED发射的光的波长取决于LED的半导体材料。LED在荧光显微镜中的使用是理想的，因为窄的发射波长频段免除了对激发滤光片的需求，并且因为它们的发射倾向于比电弧放电或白炽灯的发射更稳定。LED同样优选的使用在荧光显微镜中，因为它们的输出可以被电子控制，不像过滤后的宽频段光源如电弧放电或白炽灯。
发明内容
本发明涉及一种设备，用于为荧光显微镜中样品的分子提供光，这些分子具有峰值激发波长。
在本发明的一般方面，该设备包括LED以及包括磷光体的光学元件。LED发射在第一波长上的光。磷光体能够接收在第一波长上的光并且发射在预选的与第一波长不同的第二波长上的光。第二波长与分子的峰值激发波长基本上相近。
实施方式可包括下列的一种或几种。光学元件为涂覆到透明基板上的分色短通薄膜滤光片。分色短通薄膜滤光片被配置为透射第一波长并反射第二波长。磷光体作为薄膜被涂覆于透明基板上与分色短通薄膜滤光片相反的一侧。透明基板定向为使分色短通薄膜滤光片处于朝向LED的一侧。分色短通薄膜滤光片被设置以提供空气与透明基板之间的折射率匹配。磷光体薄膜的厚度足以允许由LED发出的一些光线透射穿过薄膜的厚度。光学元件包括定位以接收由磷光体发出的光的透镜。光学元件包括定位以接收由磷光体发出的光的分色长通薄膜滤光片。分色长通薄膜滤光片能够反射第一波长并透射第二波长。设备包括液体冷却***用于冷却光学元件。第一波长为463nm并且第二波长为550nm或537nm。LED发射的光具有至少6瓦的功率，例如，6瓦至8瓦之间。磷光体被设置为至少转换由LED发射的光的80％，例如，由LED发射的光的80％至90％。
在另外的方面，用于为荧光显微镜里样品的分子提供光的设备包括多个LED及各自包含磷光体的多个光学元件，每个光学元件接收从一个LED发出的光。每个LED在不同的LED发射波长上发射光。每种磷光体能够接收那一个LED的LED发射波长上的光并且发射在不同的预选磷光体发射波长上的光。磷光体发射波长中的至少一个波长与分子的峰值激发波长中的至少一个波长基本上相近。
实施方式可包括下列的一种或更多种。设备包括液体冷却***用于冷却多个光学元件。设备包括用于电子开启与关闭每个LED的装置。设备包括多个分色镜，每个分色镜与一个光学元件相关联。多个分色镜被配置为将从每个磷光体发射的光形成单个光束。
在另外的方面，用于为荧光显微镜中样品的分子提供光的设备包括多个LED以及包含磷光体的光学元件。每个LED发射第一波长的光。磷光体能够接收第一波长的光并发射与第一波长不同的预选第二波长的光，第二波长与分子的峰值激发波长基本上相近。
在进一步的方面，用于为荧光显微镜中样品的分子提供光的设备，分子具有峰值激发波长，该设备包括LED，包含第一磷光体的第一光学元件，及包含第二磷光体的第二光学元件。LED发射在第一波长上的光。第一磷光体能够接收在第一波长上的光并能够发射与第一波长不同的预选第二波长的光。第二磷光体能够接收在第二波长上的光并发射与第一及第二波长不同的预选第三波长的光。第三波长与分子的峰值激发波长基本上相近。
在另外的方面，用于为荧光显微镜中样品的分子提供光的设备包括LED以及包括含有量子点的液体的光学元件。LED发射在第一波长上的光。量子点能够接收在第一波长上的光并能够发射与第一波长不同的预选第二波长的光。第二波长与分子的峰值激发波长基本上相近。在一种实施方式中，光学元件进一步包括能够接收在第一波长上的光并能够发射在第二波长上的光的磷光体。
在另外的方面，***包括第一LED或激光二极管，第一分色镜，第二LED或激光二极管，以及第二分色镜。第一LED或激光二极管能够发射具有与第一荧光或磷光分子的激发波长相关的第一波长的输出光。第一分色镜沿着从第一发光二极管或激光二极管到显微镜的光路来设置。第二LED或激光二极管能够发射具有与第二荧光或磷光分子的激发波长相关的第二波长的输出光。第一波长与第二波长不同。第二分色镜沿着从第二发光二极管或激光二极管到显微镜的光路来设置。
实施方式包括下列的一种或更多种。***包括第一准直设备与第二准直设备。第一准直设备沿着从第一LED或激光二极管到第一分色镜的光路设置。第二准直设备沿着从第二LED或激光二极管到第二分色镜的光路设置。***包括第三LED或激光二极管，第三分色镜，第四LED或激光二极管，以及第四分色镜。第三LED或激光二极管能够发射具有与第三荧光或磷光分子的激发波长相关的第三波长的输出光，第三波长与第一波长和第二波长不同。第三分色镜沿着从第三LED或激光二极管到显微镜的光路设置。第四LED或激光二极管能够发射具有与第四荧光或磷光分子的激发波长相关的第四波长的输出光，第四波长与第一波长、第二波长及第三波长不同。第四分色镜沿着从第四LED或激光二极管到显微镜的光路设置。
第一LED或激光二极管包括紫外LED并且第一波长从大约200nm到大约400nm。第二LED或激光二极管包括可见光谱LED并且第二波长从大约400nm到大约700nm。第二LED或激光二极管包括蓝色LED并且第二波长从大约440nm到大约480nm。第三LED或激光二极管包括绿色LED并且第三波长从大约500nm到大约570nm。第四LED或激光二极管包括红色/橙色LED并且第四波长从大约570nm到大约700nm。第一波长从大约360nm到大约370nm。第二LED或激光二极管包括蓝色LED并且第二波长从大约465nm到大约475nm。第三LED或激光二极管包括绿色LED并且第三波长从大约520nm到大约530nm。第四LED或激光二极管包括红色/橙色LED并且第四波长从大约585nm到大约595nm。
第一荧光或磷光分子包括选取于包括DAPI和Hoechst的群组中的荧光材料。第二荧光或磷光分子包括选取于包括EGFP和FITC的群组中的荧光材料。第三荧光或磷光分子包括选取于包括TRITC和Cy3的群组中的荧光材料。第四荧光或磷光分子包括选取于包括Texas红色和mCherry的群组中的荧光材料。
***包括沿着从第三发光二极管或激光二极管到第三分色镜的光路设置的第三准直设备以及沿着从第四发光二极管或激光二极管到第四分色镜的光路设置的第四准直设备。***包括冷却***。冷却***包括散热器及风扇。***包括与第一LED或激光二极管及第二LED或激光二极管操作性地连接的控制盒。控制盒被设置用于控制施加到第一LED或激光二极管及第二LED或激光二极管的电力。控制盒包括电源开关及LED启用开关。
在另外的方面，***包括第一LED或激光二极管、第一分色镜、第一准直设备，第二LED或激光二极管、第二分色镜、第二准直设备，第三LED或激光二极管、第三分色镜、第三准直设备，第四LED或激光二极管、第四分色镜，以及第四准直设备。第一LED或激光二极管能够发射具有与第一荧光或磷光分子的激发波长相关的第一波长的输出光。第一波长从大约200nm到大约400nm。第一分色镜沿着从第一LED或激光二极管到显微镜的光路设置。第一准直设备沿着从第一LED或激光二极管到第一分色镜的光路设置。第二LED或激光二极管能够发射具有与第二荧光或磷光分子的激发波长相关的第二波长的输出光。第二波长从大约440nm到大约480nm。第二分色镜沿着从第二LED或激光二极管到显微镜的光路设置。第二准直设备沿着从第二LED或激光二极管到第二分色镜的光路设置。第三LED或激光二极管能够发射具有与第三荧光或磷光分子的激发波长相关的第三波长的输出光。第三波长从大约500nm到大约570nm。第三分色镜沿着从第三LED或激光二极管到显微镜的光路设置。第三准直设备沿着从第三LED或激光二极管到第三分色镜的光路设置。第四LED或激光二极管能够发射具有与第四种荧光或磷光分子的激发波长相关的第四波长的输出光。第四波长从大约570nm到大约700nm。第四分色镜沿着从第四LED或激光二极管到显微镜的光路设置。第四准直设备沿着从第四LED或激光二极管到第四分色镜的光路设置。
在一种实施方式中，第一波长从大约360nm到大约370nm。第二LED或激光二极管包括蓝色LED并且第二波长从大约465nm到大约475nm。第三LED或激光二极管包括绿色LED并且第三波长从大约520nm到大约530nm。第四LED或激光二极管包括红色/橙色LED并且第四波长从大约585nm到大约595nm。
在进一步的方面，***包括第一LED、第一激光二极管、一个或更多光学组件，以及控制***。第一LED能够发射具有与第一荧光或磷光分子的激发波长相关的第一波长的光。第一激光二极管能够发射具有与第二荧光或磷光分子的激发波长相关的第二波长的光，第二波长与第一波长不同。一个或更多光学元件被配置用于结合从第一LED发射的光与从第一激光二极管发射的光，从而形成到显微镜的输出光。控制***被设置用于：基于输出光的所需特性及由第一LED和第一激光二极管发射的相应输出功率，控制输出光中第一波长的光的强度和第二波长的光的强度。
使用包括具有以上特性的磷光体的光学元件在包括荧光显微术在内的多种应用中具有优势。特别是，科学家和实验室技师可以选择一种能够接收第一波长上的光并发射与第一波长不同且与样品中分子的峰值激发波长基本上相近的预选第二波长的光的磷光体。因为磷光体具有与待检测样品的分子的峰值激发波长相近的发射波长，用于激发磷光体的LED不需要发射与样品的分子的峰值激发波长相近的预选第二波长的光。在所需的波长上可能难以找到能提供足够功率用于激发样品中分子的商用LED。在那些情况下，在那些波长产生足够功率的LED一般是通过高成本定制的或者将低功率的LED组合成阵列来产生足够的功率。除其他优势外，包括磷光体的光学元件的运用允许使用与激发受测样本的分子所需的适当磷光体配对的低成本商用LED。因此，科学家及技师被赋予了使用有效地激发特定荧光基团所需波长的权利，其中该特定荧光基团的峰值激发波长与任何现有LED的发射波长基本上不相近似。
附图说明
图1为荧光显微镜***的示意图。
图2为拥有磷光体的光学滤光片的一种实施方式的结构示意图。
图3为代表性的LED、磷光体，和荧光基团的吸收和发射光谱图表。
图4为拥有磷光体的光学滤光片的另一种实施方式的结构示意图。
图5为被设置用于多波长激发的荧光显微镜***的示意图。
图6为控制盒的示意图。
图7为由多个LED驱动的具有磷光体的光学滤光片的示意图。
图8为用于具有磷光体的光学滤光片的液体冷却***的示意图。
图9为量子点发射元件的示意图。
图10为荧光显微镜的另一种实施方式的示意图。
图11为光引擎的示意图。
具体实施方式
参照图1，荧光显微镜***20包括LED模块16，光学模块200，以及落射荧光显微镜204。显微镜204包括平台29用于支撑包含具有峰值激发波长和比激发波长更长的发射波长的荧光基团的样品28。
LED模块16包括高功率LED 1，其被通电地、传热地、机械地连接到热传导基板2或连接到冷却***的电路板。电能被提供给在窄的波长范围内发射LED输出光5的LED 1，例如在463nm，且半最大值全宽(FWHM)大致为±12nm。LED可以从多种商业来源获得。比如，表面积为120mm2的蓝色LED，零件编号112601，可从LuminusDevices，1100 Technology Park Drive，Billerica，MA 01821获得。LED 1的发射功率优选的为6-8瓦之间。
来自LED模块16的输出光5在光学模块200中被光学滤光片11所接收，该光学滤光片11磷光体涂层4，该磷光体涂层4的特征在于具有与样品28中荧光基团的峰值激发波长重叠的输出波长。在一个例子中，当接收到波长为463nm的LED输出光5时，磷光体涂层4发射波长为550nm的磷光体输出240。
输出光240由产生准直光束(由线202代表)的短焦距透镜41所接收。透镜41可以为非球面聚光透镜或透镜***。准直光束202通过外部照明端口67进入封装光学模块200的附加光学元件的外壳242，并由聚光透镜21以在孔径光阑虹膜22的平面聚焦到最小尺寸。孔径光阑22限制光束202的尺寸和形状以便提高最终由显微镜204中物镜27产生的图像的分辨率和对比度。穿过孔径光阑22之后，光束202发散并穿过调节光束202的强度的视场光阑虹膜23，接着被中继透镜24再次准直为被显微镜204接收用以照亮样品的激发光束(由线66代表)。
显微镜204包括其它光学元件用以将光引导至显微镜的适当部分。在一种实施方式中，显微镜204包括接收激发光束66的可选的长通滤光片25。分色长通镜26将激发光束66反射入用于将激发光束聚焦于样品28的物镜27。样品28中的荧光基团发出荧光发射光37，这束光被物镜27引导至分色长通镜26。分色长通镜26允许荧光发射光37通过并反射任何剩余的激发光。带通滤光片30只传输荧光发射光37中波长对应于样品28中荧光基团的发射波长的部分。分光器31接着将传输的发射光分成两束由线35和40代表的光束。第一中继透镜***206将光束35引导至探测器、传感器，或分光光度计，优选为CCD相机或等效设备的表面36，用于成像或记录。第二中继透镜***32将光束40引导至目镜33供操作者观察。
参照图2，在一种实施方式中，光学滤光片11包括承载于距LED模块16最近的载玻片3的表面上的分色短通薄膜滤光片9。光学滤光片11在反面还包括一层磷光体4。磷光体4具有在LED输出光5波长范围内的激发(吸收)波长。当吸收输出光5时，磷光体4发射波长比LED输出光5更长的光6、7。磷光体具有优选地80％到90％的转换效率。磷光体可以为含有硫硒化物的化合物，如美国专利号7,109,648中所描述的，其在此通过参考引入，但也可以使用任何其它磷光体化合物、分子、化学品，或材料，如量子点。例如，用以产生波长为550nm的磷光体发射光的优选磷光体为产品编号BUVY02，可以从PhosphorTech Corporation，351 Thornton Road，Lithia Springs，GA 30122获得。可替换地，如果需要中心大约为537nm的光，那么可以使用同样能够从PhosphorTech Corporation获得的磷光体BUVG01。为了获得理想的发射波长，通过从光学模块200中移除光学滤光片11并***包含不同磷光体的不同的光学滤光片，一种类型的磷光体可以与另一种类型的磷光体简单的互换。
参照图3，磷光体产品号BUVY02具有与LED 1的发射光谱102重叠的吸收光谱100，并且具有与样品28中荧光基团的激发光谱106重叠的发射光谱104。
再次参照图2，磷光体与透明粘合剂(binder)混合并覆盖于光学滤光片11上，以生成厚度受控的涂层。必须调节涂层的厚度，使得在LED的满功率时，整个涂层厚度内的磷光体都能被LED的输出光5所激发。正确地调节涂层的厚度将会最小化对磷光体发射的光线6、7的再吸收，同时使由LED输出光5造成的磷光体激发最大化。LED输出光5的一部分8可以穿过磷光体4的涂层而不被吸收。
磷光体以朗伯模式发射光线，同时包括正向传播光6(在理想的方向上传播)与逆向传播光7。分色短通薄膜滤光片9透射波长短于截止波长的光并反射波长较长的光。滤光片9的截止波长被选择使得滤光片9反射逆向传播光7至朝向显微镜204的理想方向。由于LED输出光5的波长短于滤光片9的截止波长，所以LED输出光5被磷光体4所接收。例如，对于输出波长为463nm的LED及发射波长为550nm的磷光体，滤光片9可以具有大约在510nm的截止波长。磷光体4发射的光包含在发射波长上的正向传播光6和反射光10，以及在LED输出光波长上的光8。另外，滤光片9可以提供折射率匹配使得更多LED输出光5穿过载玻片3。
参照图4，在另一种实施方式中，光学滤光片110另外包括半球形透镜12，其捕捉离开磷光体4涂层的发散光6、8、10并将其形成发散度较小的光束(由线13代表)的。透镜12允许光束13在从光学滤光片11传播开去时保持较高的强度，并且使得光束能够以较低的损失被较有效地准直。分色薄膜长通滤光片14可被加入光束13的光路，用于反射在LED输出光波长上的光8，产生主要包含磷光体发射波长上的光6、10(图2所示)的输出光240。
参照图5，在另一种实施方式中，被配置用于多波长激发的荧光显微镜***228包括LED模块230、光学模块226，以及落射荧光显微镜204。LED模块230包含冷却***231。外设台面控制盒233(例如，手控器)与LED模块230接合，以允许用户通过调制到LED的功率来控制LED 1发射的光的强度。包含多种各自具有不同峰值激发波长的荧光基团的样品28被显微镜204中的平台29支撑。
LED模块230包括多个LED 208、210、212，每个LED分别发射波长各不相同的LED输出光214、216、218。每个LED输出光214、216、218在光学模块226中被相应的各自包括磷光体涂层232、234、236的光学滤光片47、48、49接收。每个磷光体涂层232、234、236能够吸收在相应光学元件上入射的LED输出光214、216、218的波长。磷光体232、234、236发射波长为λ220、λ222、λ224的磷光体发射光220、222、224，使得λ220＞λ222＞λ224。这些波长中的每一个都可以与样品28中至少一种荧光基团的峰值激发波长重叠。如上结合图2所示，每个光学滤光片47、48、49还分别包括只透射磷光体发射光并反射LED输出光的分色长通滤光片53、54、55。
准直光学器件300、301、302将磷光体发射光220、222、224转换为由线56、57、58代表的准直光束。分色光学元件59、60、61接收各准直光束56、57、58并统一将这些光束合并为包含波长λ220、λ222、λ224的单一光束(由线202代表)。元件59为分色镜或反射器以将波长为λ220的光沿光轴64反射向元件60。元件60为透射λ220并沿光轴63向元件61反射λ222的分色长通滤光片。元件61为透射λ220与λ222并沿光轴62向外部照明端口67反射λ224的分色长通滤光片。就是说，元件59、60、61反射相关联的LED波长并透射来自上游的LED的光。光轴62是外部照明端口67的光轴。元件59、60、61必须在-Y方向上偏移使得光轴62、63、64相互对齐。应该注意，分色光学元件59、60、61可以另外地被设置以过滤在LED输出光波长上的光，从而消除对分色长通滤光片53、54、55的需求。光束202进入外部照明端口67，并且如上所述，形成由显微镜204所接收的激发光束(由线66代表)。
显微镜204基本上与图1中所示的显微镜相似，例外之处在于图1中的分色带通滤光片25和30没有出现。此设置允许在激发光束66中获得的多个波长被传递进入显微镜204，并且允许多个来自样品28中荧光基团的荧光发射波长在目镜34中成像或者在探测器、传感器，或分光光度计的面36被探测。针对每个激发波长λ220、λ222、λ224来捕捉来自样品28的荧光的图像。可替换地，可以使用一种多波长成像装置，例如三芯片CCD相机。各个波长使用集成于这种相机中的三色滤光片进行实时分析。可以替换地使用三色棱镜将光束35分成三束各自具有不同波长的光，其中每一束都可以被转移至单色成像装置。可替换地，可以使用多波段发射滤光片限制到达探测器的荧光发射光的波长。
尽管示出了三个LED 208、210、212以及三个相对应的光学元件47、48、49，但LED和相对应的光学元件的数量只由样品所需的波长以及将多束发射光束合并为一束发射光束的固有的损耗所限制。还注意到，棱镜或光导(反射的或折射的)也可被用于执行由分色光学元件59、60、61所执行的光束合并。
参照图6，控制盒233，例如，手控器，与LED模块230接合，以允许用户远程选择让哪个或哪些LED 208、210、212点亮(即，选择让哪些LED“打开”)并且通过调制提供给每个LED的功率来控制所选LED所发射光的强度。控制盒233具有内部电路板(未示出)、发光主电源开关250、发光LED启用开关252，和四个滑块254、256、258和260以及相应的LED指示灯262、264、266和268。每个滑块与LED模块230中的一个LED相关联；比如，在此实施方式中，滑块254、256和258分别控制LED 208、210和212，并且滑块260不与任何LED相关联。LED指示灯262、264、266和268指示出哪些LED被点亮。
主电源开关250为LED模块230加电；LED启用开关252决定LED自身在什么时候被加电。当主电源开关252被打开时，冷却***231被启动并开始将LED模块230中的LED冷却至理想的运行温度。当达到运行温度时，在LED启用开关252上的就绪指示灯270会被点亮，以指示LED模块230已准备好进行光输出。这是LED模块230的加电周期中仅有的“降温”时间(类似于基于灯的设备的“预热”时间)。
当达到运转温度时，LED启用开关252可以被打开，以滑块254、256、258和260设置的功率水平对LED 208、210和212供电。LED启用开关252允许用户在不失去预设的LED强度水平的情况下关闭单个LED。比如，使用者可以将LED的强度水平预设在理想的数值，接下来在不会漂白或加热活体样品的情况下快速打开和关闭LED，以采集显微镜204中的图像。此外，LED启用开关252允许在LED开启和关闭的循环中保持对LED的充足的冷却。就是说，当LED被关闭(由LED启用开关252控制)但LED模块230的主电源仍开启(由主电源开关250控制)时，冷却***231保持对LED的冷却。如果主电源开关250被开启，则用户可以通过打开LED启动开关快速的恢复实验并且不会招致初始启动LED模块230时的“降温”时间。
控制盒233包括用于主电源开关250、LED启用开关252，以及滑块254、256、258和260的电路。另外，控制盒233包括到LED指示灯262、264、266和268以及就绪指示灯270的供电。控制盒233通过连接线缆(未展示)与LED模块230接合。控制盒可以在底部包括橡胶脚垫以防止在使用时此单元在如实验台面或桌面的表面上滑动。
在另一种实施方式中，LED模块230中每个LED 208、210、212可以被电驱动以同时或以预定顺序来根据需要产生相应波长的光。电子开关被以电子的方式施行且不基于可能移动并有潜在可能会晃动样品的快门、转轮，或运动部件。电子开关在选择或切换波长时具有很小的或没有延迟，并且通过使用简单的软件控制，LED可以快速地并且以精细定时的方式进行开启和关闭。每个LED可以在数微秒内被激活并与成像设备同步，使得不连续的图像按顺序被捕捉。这使得例如生物过程如活细胞有丝***的同步实时研究成为可能。
参照图7，可以用多个LED 80为光学滤光片110提供光，以增加磷光体4发射光的强度。每个LED 80具有将LED输出光82聚焦到光学滤光片110上区域的透镜81。每个连续增加的LED 80都线性地增加施加到光学滤光片110上的功率。这一设置在提高荧光输出光240的强度至只用高功率LED无法达到的水平时是理想的。或者，可以通过这样做来补偿只产生低功率的理想LED，如在紫外波段发射光的LED，包括在365nm只产生400mW最大功率并且只能被700mA最大电流驱动的Nichia NCSU033A-E LED。
在另一实施方式中，两个光学滤光片11可被串行设置。LED发射的短波长LED输出光被具有第一种磷光体涂层的第一光学滤光片接收。磷光体吸收LED输出光并发射第一磷光体发射波长的光。由磷光体发射的光被另一具有第二种磷光体涂层的光学滤光片接收，它吸收第一磷光体发射波长的光并发射与显微镜中荧光基团的峰值激发波长重叠的第二磷光体发射波长的光。如果不存在发射能够激发第二种磷光体的光的LED的话，这种实施方式可能是理想的。
尽管光学滤光片11被描述为用于落射荧光显微镜，但它还可以被用于任何会通过单色的，高功率的光而受益的应用，例如辩论和针对表演艺术和电影以及电视制作的舞台照明。其他显微镜设备如共聚焦显微镜和倒置显微镜也可以采用所述的光学元件。它还可能作为一种光源应用于生物化验，比如内窥镜设备、读板仪(plate reader)、滑片扫描器、荧光免疫测定，以及定量聚合酶链反应(PCR)。
使用此处所述的光学元件有许多优点。LED无法获得的发射波长可以被得到。可以取得高发射强度，使得例如灵敏的荧光测量或者对需要很短曝光时间的短暂生物事件的测量成为可能。不需要过滤来自白光光源的发射光用以获得具有理想波长的激发光束。电子控制使高速调制激发光束的强度和波长能够实现。
采用功率大于8瓦的高功率LED的一个后果是需要很大的驱动电流；该大电流产生大约73瓦必须从LED中消除的热量。对于包括多个LED的***，如图7所示，总散热量可以超过365瓦。在一些实施方式中，LED被安装在连接到诸如散热器(例如，主动冷却散热器)之类的冷却***的电路板上。冷却***也可以包括风扇。其他冷却***的例子包括热电冷却器、风扇、热管、强制通风冷却，以及液体冷却***。在一些实施方式中，冷却***包括翅状(finned)散热器。然而，对于落射荧光显微镜应用，LED模块的尺寸被大约限制为用于汞汽灯的外壳大尺寸。热管、散热器及风扇对于装入这个有限空间时常会远远过大；并且，风扇造成不理想的机械振动。
鉴于这些限制，冷却LED模块的优选方法为使用强制液体冷却***。强制液体冷却***相对较为紧凑并且允许充足的空间和容量将LED产生的热量输往周边环境。强制液体冷却***使用闭环热交换器，其包括在远程安装的散热器/风扇组件、冷却剂泵、储箱以及LED电源。液体增压冷盘为LED提供安装表面并且有足够的容量将LED冷却。比如，如果使用蓝色LED，必须保持120℃的安全节点温度，其要求LED基板的温度保持在60℃。为了达到这些温度，强制液体冷却***将液体保持在比环境温度高10℃的温度，从而提供足够的热容量。
LED的高功率运行对包括磷光体的光学滤光片造成显著的热量和熄灭(quenching)问题。例如，当在它的额定电流18安培下运行时，蓝色LED产生大约8.5瓦蓝光。大量的此光线作为热量被光学滤光片11吸收，将磷光体4和安装磷光体的载玻片3暴露在极高的温度中。即使在更适中的LED驱动电流下，载玻片3的温度也能够达到超过250℃，主要由于载玻片不良的导热系数。如此高的温度会熄灭磷光体的发射。在低LED驱动电流下，对于上述优选的磷光体，磷光体发生仍然可能会被熄灭70％。尽管其他更适应高温运行的磷光体是可得的，但它们的光谱与理想的磷光体的吸收光谱不充分匹配并且它们的转换效率远低于优选的磷光体。
消除磷光体熄灭的一个办法是通过导引空气流至载玻片3的表面，从而主动冷却光学滤光片11的表面。然而，这种方法需要风扇，其有噪音并且使用相对大量的空间。此外，空气在小面积上转移热量时效率低下并且容易携带污染和灰尘。压电微型风扇，一种由电源驱动的共振压电元件，能克服一些与使用空气流有关的缺点；但是，这样的设备相当昂贵。鉴于照射光学滤光片11的LED使用液体冷却，优选的，同样利用冷却液来冷却光学滤光片11。
参照图8，示出了液体冷却***70的剖面示意图。如前所述，光学滤光片11包括涂覆在载玻片3顶部的磷光体4以及涂覆在载玻片3底部的滤光片9。假若滤光片9机械上足够坚固，间隔框组件74可以被粘贴到滤光片9上。否则，框架组件74被直接附接于载玻片3底部表面并且滤光片9被涂覆于仅在框架组件74内包含的区域中的载玻片3。第二载玻片75被附接在框架组件74的底部。框架组件74为足够大的不会遮挡从LED模块16(未示出)入射的LED输出光5的方形或圆形的环。任何几种商业应用的环氧树脂或胶粘剂，例如Dow-Corning Sylgard 184有机硅密封剂(可从Dow-Corning Corp.得到)，可以被用于将框架组件74附接在光学滤光片11和载玻片75上。当同时与光学滤光片11和载玻片75装配和密封时，框架组件74制造出液体冷却室76，其中填充以冷却液，如水、蒸馏水、去离子水、水与乙二醇的混合液(不含色素)、水与丙二醇的混合液(不含色素)、电介质冷却油，或其他任何具有合适的透射特性的热传导性液体。框架组件74边上的端口(未示出)允许冷却液通过软管进入和离开冷却室76。如果使用多个光学滤光片11，则软管可以将冷却室76同与其它光学滤光片11相关联的其它冷却室串接起来。可替换地，可以使用定制装配件将冷却室76与毗邻的光学滤光片11的冷却室直接安装与密封。关联于一串光学滤光片11中第一个和最后一个的冷却室被连接到也在LED模块的强制液体冷却***中使用的散热高压。通过使冷却液在冷却室76中循环，LED可以在不产生明显的荧光辐射熄灭的情况下以全驱动功率运行。
在其它实施方式中，可以使用量子点提供理想的发射光谱。量子点具有峰值激发波长以及比此激发波长更长的发射波长。可以被精确控制的量子点的尺寸决定它的发射光谱。因此，来自量子点的发射可以集中于任何波长范围并且不主要由材料的化学组成决定，像来自磷光体的发射那样。量子点可以悬浮于普通溶剂如水、酒精、丙酮，或油中。通过以具有合适发射波长的量子点悬浊液替换图7所示的冷却室76中的冷却液，可以获得在荧光输出波长上的增强的输出，同时保持对磷光体的妥善冷却。在一种替代的实施方式中，磷光体4可从光学滤光片11中移除，并且发射可以完全由包含在冷却室76中的量子点悬浊液产生。
参照图9，量子点发射元件85包括涂覆于最接近LED模块16(未展示)的载玻片75上的分色短通薄膜滤光片9。距离LED模块16较远的第二载玻片87包含分色长通薄膜滤光片89。在两块载玻片75、87之间，框架组件74的布置如上所述，以形成液体冷却室76。激发(吸收)波长在LED输出光5的波长范围内的量子点悬浊液91填充入冷却室76并在其内部循环。量子点悬浊液91吸收LED输出光5，并发射波长比LED输出光波长更长的量子点输出光93。滤光片89透射量子点输出光93并将LED输出光5反射回量子点悬浊液91。任何由量子点发出的逆向光(即，朝向LED)均被滤光片9反射至正向。
使用量子点发射元件85的优点是，它为量子点悬浊液提供冷却从而使量子点发射的熄灭不会发生。它还允许LED输出光5被反射回量子点悬浊液，在此LED输出光可以进一步激发量子点以产生更多在理想的发射波长上的发射。此外，它提供分色滤光片以将量子点输出光84导入正向。通过简单地排干和清洗冷却室76，并将理想的量子点的悬浊液重新填充入冷却室，可以直接地切换量子点悬浊液91至另一包含在不同波长发射的量子点的悬浊液。这些特性可以全部在紧凑的组件中实现。
参照图10，在一种不同的实施方式中，LED发射的波长与照射样品的波长相同。在设置用于多波长照射的荧光显微镜***400中，LED模块402包括LED 404、406、408和410以使多种颜色照射荧光显微镜412。比如，LED模块可以包括下列中的任意一种或全部：紫外(UV)LED(主导输出波长介于约200nm到约400nm之间的LED)、蓝色LED(主导输出波长介于约440nm到约480nm之间的LED)、青色LED(主导输出波长介于约480nm到约500nm之间的LED)、绿色LED(主导输出波长介于约500nm到约570nm之间的LED)、黄色LED(主导输出波长介于约570nm到约600nm之间的LED)、红色/橙色LED(主导输出波长介于约570nm到约700nm之间的LED)和/或红外/近红外LED(主导输出波长介于约700nm到约1400nm之间的LED)。一种峰值波长为365nm的范例UV LED，是型号为NCSU033A高功率UV LED，由日本德岛的NichiaCorporation制造。荧光显微镜***不必要包括以上所列的全部颜色的LED，并且可以包括，比如，四种颜色、五种颜色、六种颜色，或更多种。可以包括多个具有相同发射波长的LED。
每个LED 404、406、408和410分别通过准直光学器件416投射光到相应的分色镜418、420、422和424上，以将每个LED产生的波长合并入共同的光路426。如上所述，分色镜为反射相关联LED的波长并使其它波长通过的滤光片，允许来自上游LED的光线通过并进入显微镜412。例如，分色镜424反射由LED 410发射的波长的光并透射在其它波长上的光，允许来自LED 404、406、408和410的光透射至显微镜412。LED由如图6所示的控制盒414控制。
LED被安装在电路板428上，电路板428进而被安装在如包含风扇432的散热器430的冷却***上。其它冷却***的例子如上所述。
在一种实施方式中，LED波长的选择基于荧光显微镜412中样品上存在的特定的染色、免疫磷光体试剂或者基因编码的荧光信史的激发波长。通过特定地激发样品上的目标荧光基团，LED波长的特异性降低了对样品的潜在光损伤或光漂白。表1包含范例的荧光基团，以及可以用于激发各荧光基团的范例LED。
  激发色   荧光基团   激发λ(nm)   发射λ(nm)   范例LED峰值范围(不是主导波长)(nm)   范例LED峰值(不是主导波长)(nm)
  紫外  DAPI   359   461   355-375   365
  紫外  Hoechst   352   461   355-375   365
  蓝色  EGFP   488   511   460-480   470
  蓝色  FITC   490   525   460-480   470
  绿色  TRITC   550   573   515-535   525
  绿色  Cy3   552   568   515-535   525
  红色(橙色)  Texas红色   595   620   580-600   590
  红色(橙色)  mCherry   587   610   580-600   590
表1
参照图11，在一种实施方式中，安装在公共LED电路板352上的多个LED 350被包含在光引擎354中。在光引擎354运行时，零到四个LED可以同时被驱动。每个LED机械地接合(通过散热块(heatslug)或电路板传热面)于安装于电路板352背面的热电冷却(TEC)设备356。每个TEC设备356机械地接合于由安装于光引擎354的外壁362中的风扇360所冷却的公共的翅状散热器358。TEC 356和LED350被封装于光引擎354内的环境隔室中，以隔绝冷的部件并防止对光学器件和冷却电子器件的湿气污染。因为LED一般来说具有很长的寿命，长时间的进行实验无论从LED的损耗还是从散热上讲都没有问题。
LED电路板352接合于安装在光引擎354侧壁上的主电路板(或或多个电路板)364。主电路板364包含与附加的控制盒(图6中所示)接合，驱动LED 350和TEC 356，并控制冷却风扇360的电路。微处理器(未示出)被用来监测和控制LED 350和TEC 356的温度和功率。微处理器还提供USB接口以便调试、调谐以及开发期间的软件上传并用于性能调节。
来自每个LED 350的光使用安装于LED下的定制的准直透镜366进行准直。准直透镜366被集成入光引擎354的环境隔室中，并被保持在环境温度或稍高的温度以防止透镜上的凝结。准直透镜366被设计用以应付不同的路径长度、锥角度、波长以及不同LED的运行温度。每个准直光路被投射于安装于45°角，反射相关于LED的特定波长并且透射其他波长的分色滤光片368。从分色滤光片368反射的光被投射于将用于输入的光聚焦到显微镜中的输出透镜组件370。输出透镜组件370包括焦距调节旋钮372，其允许一个(或多个)透镜相对平移以聚焦输出光。聚焦能力使光引擎354能够与各种显微镜的照射光学器件接合。可互换的显微镜适配器374允许光引擎354被机械地安装在预定的一组显微镜类型上。
在一些实施方式中，一个或更多个LED被替换为激光二极管。由激光二极管发出的光被设置为与被它替换的LED光学等效，使得由LED发射的特定波长的光与由激光二极管发射的相同波长的光之间的差别对于用户来说不明显，并且使得不论用LED还是用激光二级管照射表面，差别都不显著。同时包括LED和激光二极管的显微镜***还包括被设计成顾及到LED和激光二极管之间运行差别的电子控制***。比如，显微镜***可以包括电子器件，其被设置用以确保激光二极管的输出功率与被它替换的LED的输出功率大致相同。
当从激光二极管发出的光照射到粗糙表面时常常产生不理想的散斑图案，而从LED发出的光不产生这种图案。散斑图案的产生是由于激光二极管光线的高度相干性。在粗糙表面上大于入射相干激光二极管的相干光的波长的地形变化会散射入射光。这些散射的分量相互干涉产生固定的图案。散斑图案具有“盐和胡椒”般的外观，并且在粗糙表面与观察者相对移动时看起来会闪耀或闪烁。
为了减少或消除散斑效应，可以在激光二极管的光路上添加光学部件。一种办法是将激光二极管的光束成像于半透明或漫射的屏幕或全息的光学元件上，例如棱镜上。然后，所得的被照亮区域经过光路被成像在被观察的物体上。可替换地，使得激光二极管光所传播的横向和/或纵向路径长度发生至少一个激光二极管光波长的改变的光学部件对减少散斑有帮助。实现这一目的的一种选择是移动激光二极管的位置，使得产生的散斑图案比散斑的波节之间的明显间隔移动更大距离。如果将激光二极管光移动一个波长的距离所需的时间比探测器(例如，人眼或电子传感器)的积分时间更短，那么散斑的外观就基本上会被减小或消除。这种运动可以通过多种办法实现，包括让激光二极管光穿过光学厚度不均匀(即，楔形的)的、在光学上明净的旋转中的玻璃盘；通过将激光二极管光从震动的压电镜表面反射离开来使信号平均；或者通过移动成像面、显微镜物镜的焦点，或激光二极管本身。一种合适的压电镜倾斜器可以从PIEZO SYSTEMS，INC.，186Massachusetts Avenue，Cambridge，MA 02139获得。例如，对于用肉眼观察，如果楔形件被移动使得光路长度变化量大于激光二极管光的一个周期并且瞬时频率大于约50-60Hz，那么穿过光学厚度变化大于激光二极管光的一个周期的玻璃楔形件的激光二极管光将会被均匀化。对于电子观察(如用CCD相机)，持续时间将需要比相机的理想曝光时间短许多倍。
一般的，改变激光二极管光的光路长度可以在光照射到样品前的任何点进行。光路长度的改变甚至可以对原始的激光二级管光束上进行，其对于小几何结构和极高的频率效果最佳。由于照射光束的光学行程(excursion)只有激光二极管光的波长的量级(典型地，介于360nm至800nm之间)，所以照射光束实际移动量比起样品被光束照射的面积来是微不足道的。
在一些实施方式中，采用模块化设计，其中具有针对特定应用的期望波长的LED和/或激光二极管被选择和归组到封装之中。就是说，发射波长适合用于活细胞应用、蛋白质应用，或者标准的落射荧光应用的LED和/或激光二极管被聚为一组。例如，活细胞封装可以包括在能够激发Cy5、CFP、GFP、YFP，以及mFRP等荧光染料的波长上发射的LED和/或激光二极管，如表2所示。
  荧光染料   目标峰值波长
  Cy5   635
  CFP   435
  GFP   470-475
  YFP   510
  mRFP   590
表2
蛋白质封装可以包括能够激发UV、CFP、GFP、YFP以及mRFP等荧光染料的LED和/或激光二极管，如表3所示。
  荧光染料   目标峰值波长
  UV   365
  CFP   435
  GFP   470-475
  YFP   510
  mRFP   590
表3
落射荧光封装可以包括在能够激发Cy5、FITC、TRITC以及Texas红色等荧光染料的波长上发射的LED和/或激光二极管，如表4所示。
  荧光染料   目标峰值波长
  Cy5   635
  DAPI   365
  FITC   470-475
  TRITC   540
  Texas红色   590
表4
其它LED和/或激光二极管的封装也是可能的。一般的，封装包括二个至八个光源以包含与某特定应用有关的波长。
可互换的滤光片也可以获得。例如，宽带滤光片(30nm到50nm宽)消除了对激发滤光片的需求。在另一个例子中，窄带滤光片会把使用多波段发射滤光片的多波段应用作为目标。可替换地，荧光显微镜***可以不包括滤光片，以允许用户采用他们自己的已经包括激发和发射滤光片的一套滤光片。
在一种实施方式中，使用一种模块化方法，其中每个LED或激光二极管与和它相关联的光学器件及冷却组件设置在分离的模块中。模块化方法允许基于当前***需要而单独地替换LED或激光二极管。例如，如果正在使用具有特定波长的激光二极管，并且随后得到在同样波长上的高功率LED，那么模块化方法能够允许用LED模块替换激光二极管模块。
其它实施方式在权利要求中。比如，尽管光学滤光片11被用于支撑磷光体涂层4，但在其它实施方式中，可以使用其它光学元件以包含用于发射与不同荧光基团的峰值激发波长重叠的不同波长的光的磷光体涂层。此外，可以使用额外的光学组件，包括镜面、反射器、准直器、分光器、合光器、分色镜、滤光片、偏光镜、偏光分光器、棱镜、全内反射棱镜、光纤、光导，以及光均质器等。那些本领域的技术人员知晓如何选择合适的组件，以及如何在荧光显微镜***中排列这些组件。应该理解，前面的描述是为了说明而不是限制被随后的权利要求范围所定义的本发明的范围。

Claims (39)

1.一种用于为荧光显微镜中的样品的分子提供光的装置，所述分子具有峰值激发波长，该装置包括：
在第一波长发射光的发光二极管(LED)；以及
包括磷光体的光学元件，所述磷光体能够接收第一波长的光并以与所述第一波长不同的预选第二波长发射光，所述第二波长与所述分子的峰值激发波长基本上相近。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学元件为涂覆到透明基板上的分色短通薄膜滤光片，所述分色短通薄膜滤光片被设置用于透射所述第一波长并反射所述第二波长。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述磷光体作为薄膜被涂覆在所述透明基板与所述分色短通薄膜滤光片相反的一侧上，所述透明基板被定向为使得所述分色短通薄膜滤光片在面向所述LED的一侧上。
4.根据权利要求3所述的装置，所述分色短通薄膜滤光片被进一步设置用以提供空气与所述透明基板之间的折射率匹配。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述磷光体的薄膜的厚度足以允许由所述LED发射的光的一部分透射经过所述薄膜的厚度。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述光学元件进一步包括被定位用以接收由所述磷光体发射的光的透镜。
7.根据权利要求3所述的装置，其中所述光学元件进一步包括被定位用以接收由所述磷光体发射的光的分色长通薄膜滤光片，所述分色长通薄膜滤光片能够反射所述第一波长并透射所述第二波长。
8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于冷却所述光学元件的液体冷却***。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一波长为463nm。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二波长为550nm。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二波长为537nm。
12.根据权利要求1所述的装置，其中由所述LED发射的光具有至少6瓦的功率。
13.根据权利要求12所述的装置，其中由所述LED发射的光具有介于6瓦到8瓦之间的功率。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述磷光体被配置用以转换由所述LED发射的光的至少80％。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述磷光体被配置用以转换由所述LED发射的光的80％到90％。
16.一种用于为荧光显微镜中的样品的分子提供光的装置，所述分子具有至少一个峰值激发波长，该装置包括：
多个发光二极管(LED)，每个LED发射具有不同LED发射波长的光；以及
多个各自包括磷光体的光学元件，每个光学元件接收从一个LED发射的光，每个磷光体能够接收所述一个LED的LED发射波长的光并且每个磷光体发射不同的预选磷光体发射波长的光，至少一个所述磷光体发射波长与所述分子的至少一个峰值激发波长基本上相近。
17.根据权利要求16所述的装置，进一步包括用于冷却所述多个光学元件的液体冷却***。
18.根据权利要求16所述的装置，进一步包括用于电子地启动和关闭每个LED的装置。
19.根据权利要求16所述的装置，进一步包括多个分色镜，每个分色镜关联于一个光学元件，所述多个分色镜被配置用以将从每个磷光体发射的光形成单独的光束。
20.一种为荧光显微镜中的样品的分子提供光的装置，所述分子具有峰值激发波长，该装置包括：
多个发光二级管(LED)，每个发光二极管在第一波长发射光；以及
包括磷光体的光学元件，所述磷光体能够接收所述第一波长的光并且发射与所述第一波长不同的预选第二波长的光，所述第二波长与所述分子的峰值激发波长基本上相近。
21.一种用于为荧光显微镜中的样品的分子提供光的装置，所述分子具有峰值激发波长，该装置包括：
在第一波长发射光的发光二极管(LED)；
包括第一磷光体的第一光学元件，所述第一磷光体能够接收所述第一波长的光并且能够发射与所述第一波长不同的预选第二波长的光；以及
包括第二磷光体的第二光学元件，所述第二磷光体能够接收所述第二波长的光并且发射与所述第一波长和第二波长不同的预选第三波长的光，所述第三波长与所述分子的峰值激发波长基本上相近。
22.一种用于为荧光显微镜中的样品的分子提供光的装置，所述分子具有峰值激发波长，该装置包括：
在第一波长发射光的发光二极管；
包括含有量子点的液体的光学元件，所述量子点能够接收所述第一波长的光并且能够发射与所述第一波长不同的预选第二波长的光，所述第二波长与所述分子的峰值激发波长基本上相近。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述光学元件进一步包括能够接收所述第一波长的光并且能够发射所述第二波长的光的磷光体。
24.一种***，包括：
第一发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第一荧光或磷光分子的激发波长相关的第一波长的输出光；
第一分色镜，被沿着从所述第一发光二极管或激光二极管到显微镜的光路设置；
第二发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第二荧光或磷光分子的激发波长相关的第二波长的输出光，所述第一波长与所述第二波长不同；以及
第二分色镜，被沿着从所述第二发光二极管或激光二极管到所述显微镜的光路设置。
25.根据权利要求24所述的***，进一步包括：
第一准直设备，被沿着从所述第一发光二极管或激光二极管到所述第一分色镜的光路设置；以及
第二准直设备，被沿着从所述第二发光二极管或激光二极管到所述第二分色镜的光路设置。
26.根据权利要求24所述的***，进一步包括：
第三发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第三荧光或磷光分子的激发波长相关的第三波长的输出光，所述第三波长与所述第一波长及所述第二波长不同；
第三分色镜，被沿着从所述第三发光二极管或激光二极管到所述显微镜的光路设置；
第四发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第四荧光或磷光分子的激发波长相关的第四波长的输出光，所述第四波长与所述第一波长、所述第二波长及所述第三波长不同；以及
第四分色镜，被沿着从所述第四发光二极管或激光二极管到所述显微镜的光路设置。
27.根据权利要求24所述的***，其中：
所述第一发光二级管或激光二极管包括紫外发光二极管，并且所述第一波长从大约200nm到大约400nm；以及
所述第二发光二级管或激光二极管包括可见光谱发光二极管，并且所述第二波长从大约400nm到大约700nm。
28.根据权利要求26所述的***，其中：
所述第一发光二级管或激光二极管包括紫外发光二极管，并且所述第一波长从大约200nm到大约400nm；
所述第二发光二级管或激光二极管包括蓝色发光二极管，并且所述第二波长从大约440nm到大约480nm；
所述第三发光二级管或激光二极管包括绿色发光二极管，并且所述第三波长从大约500nm到大约570nm；以及
所述第四发光二级管或激光二极管包括红色/橙色发光二极管，并且所述第四波长从大约570nm到大约700nm。
29.根据权利要求26所述的***，其中：
所述第一波长从大约355nm到大约375nm；
所述第二发光二级管或激光二极管包括蓝色发光二极管，并且所述第二波长从大约460nm到大约480nm；
所述第三发光二级管或激光二极管包括绿色发光二极管，并且所述第三波长从大约515nm到大约535nm；以及
所述第四发光二级管或激光二极管包括红色/橙色发光二极管，并且所述第四波长从大约580nm到大约600nm。
30.根据权利要求26所述的***，其中：
所述第一波长从大约360nm到大约370nm；
所述第二发光二级管或激光二极管包括蓝色发光二极管，并且所述第二波长从大约465nm到大约475nm；
所述第三发光二级管或激光二极管包括绿色发光二极管，并且所述第三波长从大约520nm到大约530nm；以及
所述第四发光二级管或激光二极管包括红色/橙色发光二极管，并且所述第四波长从大约585nm到大约595nm。
31.根据权利要求26所述的***，其中：
所述第一荧光或磷光分子包括从包括DAPI和Hoechst的群组中选取的荧光基团；
所述第二荧光或磷光分子包括从包括EGFP和FITC的群组中选取的荧光基团；
所述第三荧光或磷光分子包括从包括TRITC和Cy3的群组中选取的荧光基团；以及
所述第四荧光或磷光分子包括从包括Texas红色和mCherry的群组中选取的荧光基团。
32.根据权利要求26所述的***，进一步包括：
第三准直设备，被沿着从所述第三发光二极管或激光二极管到所述第三分色镜的光路设置；以及
第四准直设备，被沿着从所述第四发光二极管或激光二极管到所述第四分色镜的光路设置。
33.根据权利要求24所述的***，进一步包括冷却***。
34.根据权利要求33所述的***，其中所述冷却***包括散热器和风扇。
35.根据权利要求24所述的***，进一步包括控制盒，其与所述第一发光二极管或激光二极管以及所述第二发光二极管或激光二极管操作性地连接，并且被设置用以控制施加到所述第一发光二极管或激光二极管以及所述第二发光二极管或激光二极管的功率。
36.根据权利要求35所述的***，其中所述控制盒进一步包括电源开关和LED启用开关。
37.一种***，包括：
第一发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第一荧光或磷光分子的激发波长相关的第一波长的输出光，所述第一波长从大约200nm到大约400nm；
第一分色镜，被沿着从所述第一发光二极管或激光二极管到显微镜的光路设置；
第一准直设备，被沿着从所述第一发光二极管或激光二极管到所述第一分色镜的光路设置；
第二发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第二荧光或磷光分子的激发波长相关的第二波长的输出光，所述第二波长从大约440nm到大约480nm；
第二分色镜，被沿着从所述第二发光二极管或激光二极管到所述显微镜的光路设置；
第二准直设备，被沿着从所述第二发光二极管或激光二极管到所述第二分色镜的光路设置；
第三发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第三荧光或磷光分子的激发波长相关的第三波长的输出光，所述第三波长从大约500nm到大约570nm；
第三分色镜，被沿着从所述第三发光二极管或激光二极管到所述显微镜的光路设置；
第三准直设备，被沿着从所述第三发光二极管或激光二极管到所述第三分色镜的光路设置；
第四发光二极管或激光二极管，其能够发射具有与第四荧光或磷光分子的激发波长相关的第四波长的输出光，所述第四波长从大约570nm到大约700nm；
第四分色镜，被沿着从所述第四发光二极管或激光二极管到所述显微镜的光路设置；以及
第四准直设备，被沿着从所述第四发光二极管或激光二极管到所述第四分色镜的光路设置。
38.根据权利要求37所述的***，其中：
所述第一波长从大约360nm到大约370nm；
所述第二发光二级管或激光二极管包括蓝色发光二极管，并且所述第二波长从大约465nm到大约475nm；
所述第三发光二级管或激光二极管包括绿色发光二极管，并且所述第三波长从大约520nm到大约530nm；以及
所述第四发光二级管或激光二极管包括红色/橙色发光二极管，并且所述第四波长从大约585nm到大约595nm。
39.一种***，包括：
第一发光二极管，其能够发射具有与第一荧光或磷光分子的激发波长相关的第一波长的光；
第一激光二极管，其能够发射具有与第二荧光或磷光分子的激发波长相关的第二波长的光，所述第二波长与所述第一波长不同，
一个或更多光学组件，被设置用于组合从所述第一发光二极管发射的光和从所述第一激光二极管发射的光，以形成到显微镜的输出光；以及
控制***，被设置用以基于所述输出光的期望特征以及由所述第一发光二极管和所述第一激光二极管发出的相应输出功率，控制所述输出光中所述第一波长的光的强度和所述第二波长的光的强度。
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