CN106461927A - 用于显微镜的成像设备 - Google Patents

Abstract

公开了用于显微镜(20)的成像设备，其包括多个单个光源(40)和检测器(15)。多个单个光源(40)被安装在位移台(110)上。成像设备还包括可移动的光学器件，其布置为引导光路(45)到静止的样本(60)上并从样本(60)收集经反射的或被荧光的辐射。

Description

用于显微镜的成像设备

其他交叉申请

没有。

技术领域

本申请涉及用于显微镜的成像设备以及包含该成像设备的显微镜。

背景技术

显微镜是一种用于对对象进行成像的科学仪器，该对象本身过于小或具有过小的细节以至于裸眼不可见。在市场上有许多类型的显微镜。这些显微镜中最普通的并且是第一个被发明的是所谓的光学显微镜，其中由被照明的样本所反射或发射的光被透镜***成像，以产生样本的经放大的图像。来自光学显微镜的图像可以通过目镜观看，或当今更普遍的，由感光相机捕捉以生成所谓的显微图。以前，图像被捕捉于胶卷之上，但是，电荷耦合设备(CCD)相机中的现代发展允许捕捉数字捕捉并存储数字图像。

多年来已经开发了光学显微镜中所使用的照明源，并且种类繁多的各种照明源当前是可用的，其可以不同的波长来发射光或其他类型的辐射。光纤可被布置在照明源和将被成像的样本之间，以便限制照明样本的辐射的波长。

现代生物显微镜利用荧光探针用于对作为样本的单元内的具体结构进行成像。与正常的透照光显微镜不同，荧光显微镜中的样本通过带有一组窄光波长的物镜被照明。这组窄光波长与样本中的荧光团相互作用，其可随后发射具有不同波长的光。该经发射/被发荧光的光被用于构造样本的图像。

US 7710642和US 7502164号美国专利(Lytle等，转让给Westover Scientific，米尔克里克，华盛顿)教导了用于荧光显微镜的照明***。在这两个美国专利中所公开的照明***包括在显微镜中以可移除的方式可接收的支架(carriage)，以及布置在支架上的多个滤光片“立方体”。每个滤光片立方体可在活动位置和非活动位置之间移动。滤光片立方体包括外壳，其具有第一和第二开口，以及固定到外壳的固态光源。当滤光片立方体被移动到活动位置时，该固态光源发射辐射。滤光片立方体还包括至少一个光学滤光片，其被布置在外壳内。

WO 2012/051718号国际专利申请教导了用于显微镜的自动玻片扫描***。该自动玻片扫描***具有用以照明对象的照明***，其承载在玻片上并用以产生返回光。玻片分配器被配置为保持多个玻片保持器，其垂直地堆在玻片分配器内。机动扫描轨道被配置为将玻片保持器从玻片分配器中拉出以拉至扫描轨道上，并且沿着轴以一个方向移动玻片保持器，以对玻片保持器上所承载的对象进行成像。

出版在显微镜期刊第222卷第2部分，2006年5月，第135至140页上的Moser等人的、题为“荧光显微镜中带有作为可交换激发光源的内嵌式超亮发光二极管的滤光片立方体”的文章教导了将超亮发光二极管用作荧光显微镜中的惯常的激发光源的潜在替代物。超亮发光二极管与校准菲涅尔(Fresnel)透镜、全息柱面镜和滤光片一起被集成到惯常的荧光显微镜的滤光片块中。

US 2012/0326055号美国专利申请(Wilson等人，转让给健康网络大学)教导了带有激励源和光检测器的次表面荧光成像的***。激励源是宽带光源并且具有位于宽带光源前方的激发滤光轮。激发滤光轮可以在至少两个激发波长处过滤来自宽带光源的光。来自光源的光被投影到样本的相当大的区域上。

WO 01/73374号国际专利申请(Büchler)公开了带有电子相机的测量显微镜，可利用驱动将电子相机关于对象在三个轴中的任意一个中移动。

现有技术的显微镜的问题之一是，其需要将样本移动至用于成像的位置。该移动(其涉及样本的加速和减速二者)由于施加到(小的)样本上的力量而可导致样本的失真。结果，样本的成像并不像其应该那样的准确。

发明内容

公开了一种用于在显微镜中使用的成像设备。该成像设备对至少一个静止样本成像，并且包括多个单个光源(individual light sources)和检测器。来自多个单个光源中的至少一个的光路照明至少一个静止样本，并且来自静止样本的经反射的或被荧光的辐射被检测器检测。这种布置使得不同的单个光源能够移动并且照明样本，同时保持样本静止。与从白光源过滤光相比，单个光源减少了生成光所消耗的功率量，并且还使得光学元件能够被调整到来自单个光源的光。

在本公开的一个方面中，制冷设备被布置在多个单个光源中的至少一个与散热器之间。

成像设备还可包括光谱滤光片，其被布置在多个单个光源中的至少一个与静止样本之间的光路中。光谱滤光片可以是带通滤光片、低通滤光片、高通滤光片或其组合。

成像设备还可包括布置在光路中的漫射器。

成像设备还可包括电动机，其被适配用以相对于不可移动的样本保持器来移动多个单个光源，样本被安装在不可移动的样本保持器上。

本公开还教导了带有用于照明并对样本成像的物镜、安装有成像设备的位移台、样本保持器、以及检测器的显微镜。成像设备、物镜和样本保持器被如此布置，以使得光路从多个单个光源中的至少一个光源通过物镜通过至静止样本。

将要被成像的样本保持静止。物镜可被相对于样本定位。物镜保持其与样本的相对位置，同时单个光源被移动。

附图说明

图1示出了本公开的筛选(screening)显微镜的概略图。

图2示出了筛选显微镜的位移台的详细示图。

图3示出了合并至筛选显微镜的光学平台的详细示图。

图4示出了光学平台的另一个示图。

图5示出了关于对筛选显微镜的位移台的反转安装的另一方面的示图。

具体实施方式

现将基于附图来描述本发明。将理解，此处所描述的发明的实施例和方面仅为示例，并且不以任何方式限制权利要求的保护范围。本发明由权利要求及其等同物所限定。将理解，本发明的一个方面或实施例的特征可与本发明的不同的方面和/或实施例的特征组合。

图1示出了筛选显微镜20的示例性概略图。将可见，筛选显微镜20本质上以三层来布置。顶层22具有两个开口26和27。中层23具有可移动的光学器件和位移台，如将要与以下的图2一起说明的。底层24包括控制部件25。多个样本保持器130可被布置在开口26和27中。样本保持器130中的每一个可容纳一个或多个样本60。样本保持器130被固定不动地布置在开口26和27中。换言之，在成像处理期间，样本60是不可移动的(静止的)。样本保持器130可在开口26和27中的一个中或二者中。样本60中的一个被示出为在开口27的样本保持器130中。样本保持器130自身未在图1中示出。

在完成成像过程之后，样本保持器130可从开口26和27中取出。将理解，图1的筛选显微镜20具有所示出的两个开口26和27，但是，顶层22可包括单个开口或更大数量的开口。

中层23包括可移动的光学器件和位移台。照明设备10被安装在位移台110上。检测器或成像设备，诸如相机15，也被安装在位移台110之上。照明设备10具有多个单独的光源40(在图1中未示出，但是在图2和图3中示出了)，其产生光，该光通过光学器件被沿着光路45(图3中所示)引导至一个或多个样本60上。在样本60上的光的典型焦点区是大约0.1mm和4mm之间，但是这些并不限制本发明。来自沿着返回光路45’(图3和图4中所示)的样本60的经反射或被荧光的光被引导至相机15，其随后创建并存储显微照片。在图2中更加详细地示出了可移动的光学器件和位移台。

底层24被配置为具有控制部件25和任意冷却设备。

图2更加详细地示出了可移动的光学器件和位移台。图2示出了安装在位移台110上的照明设备10。照明设备10位于第一位移轨道115上，并且可沿着第一位移轨道115在一个维度中前后移动(为了方便，在图2中示出为x维度，但是这并不限制本发明)。不同的单个光源40被引导至物镜120。在图2中，呈现了三个单独的光源40，但是这并不限制本发明。相机15被不可移动地安装在位移台110上。

位移台110被安装在中间平台205上，其具有两个第二轨道155。位移台110可相对于中间平台205在y方向上在第二轨道155上移动。中间平台205在x方向上可沿着第三轨道150移动。因此，照明设备10和物镜120可在x方向和y方向二者上移动。照明设备10和物镜120相对于x-方向和y-方向相对于彼此保持固定不动，同时单个光源40的位置是不变的。线性电动机240被用以移动位移台110。

图3更加详细地示出了照明设备10。单个光源40被安装在带有散热片32的散热器30上。制冷设备35可被合并到散热器30和光源40之间，以冷却单个光源。在本发明的一个方面中，单个光源40是发光二极管，但是这并不限制本发明。图3示出了带有对应的单个光源40的三个光路45。剖面示出了光路45中的一个，以揭示细节。

如图3所示，在光路45到达分束镜50(其将经滤波的辐射通过物镜120(图1和图2中所示)反转到布置在顶层22的开口26、27中的一个中的样本60上)之前，来自单个光源40中的每一个的辐射通过准直透镜37、例如带通滤光片的光谱滤光片38、以及漫射器39(未示出)。光路45中的准直透镜37、光谱滤光片38、以及漫射器39和双向滤色片41的次序并不限于图3中所示的次序。样本60将辐射反射到荧光回通过物镜120。经反射的或被荧光的辐射沿着返回光路45’通过发射滤光片42，并且由相机15成像(图3中未示出)。样本60的辐射通过扫描样本60的部分实行。

图4示出了带有可移动光学器件和第一位移轨道115的中层23中的位移台110的透视图。图4额外地示出了z-平台，物镜120被安装在z-平台上。z-平台410由z-电动机420在z-方向上移动。另外的线性电动机被安装在位移台110的下面，并且能够在y方向上移动位移台110。如箭头430所指示的，线性电动机被用于在x-方向上移动照明设备10。物镜120在z-平台410上保持固定不动，并且因此，照明设备10可被移动，使得不同的光源40可将辐射引导至物镜120上。在辐射通过相机15之前，沿着返回光路45’的辐射由反射镜(诸如镜子46)转向到成像目标47。

在图3和图4的示例中，照明设备10包括多个光源40，仅示出了三个单独的光源40。将理解，不同的单个光源40具有不同的相关联的光谱滤光片38。在照明设备10的其他方面中，可提供两个至五个之间的光源40。

照明设备10使用单个光源40而非白光源，并且过滤所需要的波长，因为这更加有效。已知荧光显微镜的化学性状通常具有非常窄的在10-20nm范围中的激发光谱。因此，从白光源过滤窄带光或辐射将“浪费”大量的能量，例如，超过90％。因此，鉴于经过滤的窄带，这将要求更强的白光源以产生相同量的功率。该更强的白光源将导致更高的热量生成，并且因此需要主动冷却。

另外，白光源的功率密度还是不均匀的，并且这导致感兴趣的波长带中的不同的和变化的激发功率。使用单个光源40使得能够针对每个波长带调谐功率量，以与生物应用相匹配。对光学布置(其包括清除滤光片38、漫射器39、以及准直透镜37)中的光学元素的调谐也被简化。

单个光源40是带有100mW至很少瓦特的功率范围的发光二极管。通常所使用的波长在下表中给出：

将理解，位移台110可在x方向和y方向二者上移动，以便使得安装在筛选显微镜20的顶层22的开口26、27中的各种样本60能够成像。

图5示出了筛选显微镜的另一方面，其中位移台110和中间平台205被“反转”并从顶层22的下面悬挂。在其他方面，元件与图1中所示的本发明的方面相同。

参考标号

10 照明设备

15 相机

20 筛选显微镜

22 顶层

23 中层

24 底层

25 控制部件

26 开口

27 开口

30 散热器

32 散热片

35 制冷设备

37 准直透镜

38 光谱滤光片

39 漫射器

40 光源

41 双向滤色片

42 发射滤光片

45 光路

45’ 光路

46 镜子

47 成像目标

50 分束镜

60 样本

110 位移台

115 第一位移轨道

120 物镜

130 样本保持器

150 第三轨道

155 第二轨道

205 中间平台

240 线性电动机

410 Z平台

420 Z电动机

430 箭头

Claims (11)

1.一种用于对至少一个静止样本(60)成像的成像设备，包括：

-多个单个光源(40)，用于照明所述至少一个静止样本(60)；

-检测器(15)，用于检测来自所述至少一个静止样本(60)的辐射；

-光学装置，被布置为使得来自所述多个单个光源(40)中的至少一个的光路(45)照明所述至少一个静止样本(60)，并且将来自所述至少一个静止样本(60)的所述辐射引导至所述检测器(15)。

2.根据权利要求1所述的成像设备，还包括制冷设备(35)，所述制冷设备(35)布置在所述多个单个光源(40)中的至少一个与散热器(30)之间，所述多个单个光源(40)被安装在所述散热器(30)上。

3.根据权利要求1或2所述的成像设备，还包括带通滤光片(38)，所述带通滤光片(38)布置在所述多个单个光源(40)中的至少一个与所述静止样本(60)之间的所述光路(45)中。

4.根据权利要求3所述的成像设备，还包括漫射器，所述漫射器布置在所述带通滤光片(38)与所述静止样本(60)之间的所述光路(45)中。

5.根据上述任一项权利要求所述的成像设备，还包括电动机(70)，以相对于所述检测器(15)来移动所述单个光源。

6.根据上述任一项权利要求所述的成像设备，其中所述多个单个光源(40)相对于固定的物镜(120)是可移动的。

7.根据上述任一项权利要求所述的成像设备，其中所述单个光源(40)是发光二极管。

8.一种用于对至少一个静止样本(60)成像的显微镜，包括：

-物镜(120)；

-位移台(110)，上述任一项权利要求所述的成像设备被安装在所述位移台(110)上；

-不可移动的样本保持器(130)，所述至少一个静止样本(60)被安装在所述不可移动的样本保持器(130)上。

9.根据权利要求8所述的显微镜(100)，还包括与至少一个电动机(240)协作的多个位移轨道(115、150、155)，以相对于所述静止样本(60)来移动所述成像设备(10)。

10.根据权利要求8或9所述的显微镜(100)，其中，所述成像设备在两个方向上是可移动的。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的显微镜(100)，其中所述多个单个光源(40)相对于所述物镜(120)是可移动的，使得不同的所述多个单个光源(40)照明所述静止样本(60)。