環(huán)狀照明結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說(shuō)明】環(huán)狀照明結(jié)構(gòu)
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001 ] 本申請(qǐng)要求2014年4月4日申請(qǐng)的題為“ANNULAR ILLUMINAT1N STRUCTURE(環(huán)狀照明結(jié)構(gòu))”美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/975，638的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般涉及顯微(microscopy)系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及用于顯微系統(tǒng)的照明源。
【背景技術(shù)】
[0003]顯微術(shù)對(duì)于整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域的研究人員而言是一種必不可少的工具。在傳統(tǒng)的非熒光顯微術(shù)中使用幾種成像模式，典型地明視場(chǎng)、暗視場(chǎng)、偏振和各種相襯技術(shù)。具體地，生物樣品通常具有低振幅反差，并且會(huì)需要某種形式的相襯以準(zhǔn)確地且精確地觀察生物樣品和對(duì)生物樣品成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]以下提供了本發(fā)明的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化概述以提供對(duì)本發(fā)明的基本理解。此概述不是本發(fā)明的廣泛概覽。其不意在確定本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性元素或描述本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化的形式將本發(fā)明的一些實(shí)施例表達(dá)為下文表達(dá)的更詳細(xì)說(shuō)明的序言。
[0005]在一些實(shí)施例和方面，所公開(kāi)的環(huán)狀(annular)光源和顯微(microscopy)相機(jī)組件可包括:具有內(nèi)周和外周的環(huán)狀環(huán)(annular ring);設(shè)置在環(huán)狀環(huán)中的內(nèi)周和外周之間的至少一個(gè)光源；用于定向樣品的期望位置的相機(jī)，該相機(jī)被定位在環(huán)狀環(huán)的內(nèi)周內(nèi)并指向目標(biāo)區(qū)域;漫射器(diffuser)結(jié)構(gòu)，被定位成接近于(proximate to)多個(gè)光源并且位于該多個(gè)光源和目標(biāo)區(qū)域之間，使得來(lái)自該多個(gè)光源的照明在照射該目標(biāo)區(qū)域之前穿過(guò)漫射器結(jié)構(gòu)；以及顯微相機(jī)，該顯微相機(jī)被定位成捕捉由穿過(guò)漫射器結(jié)構(gòu)的光照射的目標(biāo)區(qū)域的圖像。在一些方面，環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可進(jìn)一步包括至少一個(gè)光源，該至少一個(gè)光源為多個(gè)LED。在其它方面，環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可具有為暖白LED的多個(gè)LED，而在其它方面該多個(gè)LED可以是綠光LED，并且在進(jìn)一步方面，該多個(gè)LED可發(fā)射窄波長(zhǎng)帶(anarrow band of wavelengths)的光。在一些方面，顯微相機(jī)可被定位在目標(biāo)區(qū)域的與環(huán)狀環(huán)和漫射器結(jié)構(gòu)相對(duì)的一側(cè)。在進(jìn)一步方面，環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可具有在環(huán)狀環(huán)中的多個(gè)光源，該多個(gè)光源被配置成可根據(jù)該多個(gè)光源被設(shè)置在的環(huán)狀環(huán)中的象限來(lái)進(jìn)行控制。在一些方面，該環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件不包括聚光透鏡。在又其它方面，該環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可具有環(huán)狀環(huán)，該環(huán)狀環(huán)包括位于該環(huán)狀環(huán)的每個(gè)象限中的至少一個(gè)獨(dú)立可控的光源。在進(jìn)一步方面，該環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件在該環(huán)狀環(huán)和目標(biāo)區(qū)域之間可具有可調(diào)節(jié)的z距離。
[0006]在其他實(shí)施例和方面，所公開(kāi)的環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可包括:具有內(nèi)周和外周的環(huán)狀環(huán);設(shè)置在環(huán)狀環(huán)中的內(nèi)周與外周之間的多個(gè)LED;定向相機(jī)，該定向相機(jī)被定位在環(huán)狀環(huán)的內(nèi)周內(nèi)并指向目標(biāo)區(qū)域；以及顯微相機(jī)，該顯微相機(jī)被定位成捕捉由從該多個(gè)LED發(fā)射的光照射的目標(biāo)區(qū)域的圖像。在一些方面，該環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可具有為暖白LED的多個(gè)LED，而在其它方面，該多個(gè)LED可以是綠光LED。在進(jìn)一步方面，該環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可進(jìn)一步包括漫射器結(jié)構(gòu)，該漫射器結(jié)構(gòu)被定位成接近于該多個(gè)光源并且位于該多個(gè)光源和目標(biāo)區(qū)域之間，使得來(lái)自該多個(gè)光源的照明在照射該目標(biāo)區(qū)域之前穿過(guò)漫射器結(jié)構(gòu)。在其它方面，該環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可具有環(huán)狀環(huán)，該環(huán)狀環(huán)在該環(huán)狀環(huán)的每個(gè)象限中包括至少一個(gè)獨(dú)立可控的LED。在一些方面，環(huán)狀光源和顯微相機(jī)不包括聚光透鏡。在其它方面，顯微相機(jī)可被定位在目標(biāo)區(qū)域的與環(huán)狀環(huán)相對(duì)的一側(cè)。在又其它方面，環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件在環(huán)狀環(huán)和目標(biāo)區(qū)域之間可具有可調(diào)節(jié)的z距離。
[0007]在進(jìn)一步方面，所公開(kāi)的環(huán)狀光源和顯微相機(jī)組件可包括一種應(yīng)用方法，該方法包括:提供環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該環(huán)狀結(jié)構(gòu)具有設(shè)置在該環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)周和外周之間，接近于目標(biāo)區(qū)域的多個(gè)光源;指示(instruct)該多個(gè)光源中的至少一個(gè)進(jìn)行照明；以及通過(guò)漫射器結(jié)構(gòu)將光傳輸?shù)侥繕?biāo)區(qū)域上，所述光來(lái)自環(huán)狀環(huán)的一側(cè)的光源并具有窄波長(zhǎng)帶。在一些方面，對(duì)顯微相機(jī)組件中的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明的方法進(jìn)一步地包括，其中所述多個(gè)光源在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的每個(gè)象限內(nèi)是單獨(dú)可控的，指示所述多個(gè)光源中的至少一個(gè)進(jìn)行照明包括僅指示所述多個(gè)光源中的一個(gè)象限進(jìn)行照明。在其它方面，對(duì)顯微相機(jī)組件中的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明的方法包括，其中所述多個(gè)光源在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的每個(gè)象限內(nèi)是單獨(dú)可控的，指示所述多個(gè)光源中的至少一個(gè)進(jìn)行照明包括指示所述多個(gè)光源中的兩個(gè)相鄰的象限進(jìn)行照明。在又其它方面，對(duì)顯微相機(jī)組件中的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明的方法可包括調(diào)節(jié)環(huán)狀結(jié)構(gòu)和目標(biāo)區(qū)域之間的z距離。在一些方面，該方法包括利用多個(gè)光源進(jìn)行照明，其中激活的多個(gè)光源被偏置成從環(huán)狀環(huán)的一側(cè)上的光源發(fā)射。在一些方面，該方法包括利用多個(gè)光源進(jìn)行照明，其中激活的多個(gè)光源發(fā)射窄波長(zhǎng)帶的光。在一些方面，該方法包括利用多個(gè)光源進(jìn)行照明，其中激活的多個(gè)光源被偏置成從環(huán)狀環(huán)的一側(cè)上和/或處于窄波長(zhǎng)帶的光源發(fā)射。
【附圖說(shuō)明】
[0008]以下參考附圖詳細(xì)描述了本公開(kāi)的說(shuō)明性方面。
[0009]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的圓環(huán)狀(circularannular)照明結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0010]圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的橢圓環(huán)狀照明結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0011]圖3A示出了根據(jù)實(shí)施例的配置成具有環(huán)狀照明結(jié)構(gòu)、漫射器、以及目標(biāo)區(qū)域的顯微系統(tǒng)的示意性截面圖。
[0012]圖3B示出了根據(jù)實(shí)施例的配置成具有環(huán)狀照明結(jié)構(gòu)、漫射器、目標(biāo)區(qū)域、物鏡和顯微鏡相機(jī)的顯微系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖4A示出了根據(jù)實(shí)施例的由暖白光照射的樣品的示意性圖像。
[0014]圖4B示出了根據(jù)實(shí)施例的由從樣品的左側(cè)偏置的暖白光照射的樣品的示意性圖像。
[0015]圖5A示出了根據(jù)實(shí)施例的在全照明下(atfull illuminat1n)由暖白光照射的樣品的示例性放大圖像。
[0016]圖5B示出了根據(jù)實(shí)施例的由從樣品的左側(cè)偏置的暖白光照射的樣品的示例性放大圖像。
[0017]圖6A示出了根據(jù)實(shí)施例的由使用亮焦點(diǎn)的暖白光照射的樣品的示意性圖像。
[0018]圖6B示出了根據(jù)實(shí)施例的由從樣品的左側(cè)偏置的暖白光照射的樣品的示意性圖像。
[0019]圖7A示出了根據(jù)實(shí)施例的由白光照射的樣品的示意性圖像。
[0020]圖7B示出了根據(jù)實(shí)施例的由綠光照射的樣品的示意性圖像。
[0021]圖8A示出了根據(jù)實(shí)施例的由從樣品的右側(cè)偏置的綠光照射的樣品的示意性圖像。
[0022]SB示出了根據(jù)實(shí)施例的由從樣品的左側(cè)偏置的綠光照射的樣品的示意性圖像。
[0023]圖9示出了配置成具有聚光透鏡的顯微系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]出于解釋的目的，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，闡述了許多具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本公開(kāi)的全面理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些也可實(shí)踐本公開(kāi)。在其他情況下，以示意性形式示出結(jié)構(gòu)和設(shè)備以避免使所描述的實(shí)施例的基礎(chǔ)原理不清楚。
[0025]本發(fā)明涉及顯微鏡和對(duì)由顯微鏡觀察和成像的樣品的照明。進(jìn)一步，本發(fā)明涉及用于對(duì)由顯微鏡觀察的樣品進(jìn)行照明的光源配置的顏色、強(qiáng)度、方向和其它方面。
[0026]如在顯微系統(tǒng)中所使用的相機(jī)具有部分地限定由這種相機(jī)觀察和捕捉的圖像的尺寸和分辨率的光圈(aperture)特性。任何給定相機(jī)的光圈錐(aperture cone)(換句話說(shuō)，可視化的區(qū)域)都需要照明。聚光透鏡或聚光照明器可用于引導(dǎo)可覆蓋光圈錐的光錐，從而提供觀察區(qū)域所需的照明。在許多應(yīng)用中，該照明是透射式照明，其中光投射在樣品或目標(biāo)區(qū)域上，光將透射或折射通過(guò)樣品或目標(biāo)區(qū)域或者從樣品或目標(biāo)區(qū)域反射并且被物鏡相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)捕獲。然而，聚光透鏡會(huì)向顯微系統(tǒng)添加復(fù)雜性、尺寸和成本，并藉此降低顯微系統(tǒng)的功能。
[0027]如圖9中所見(jiàn)，本領(lǐng)域中已知的顯微系統(tǒng)900通?？砂ň酃馔哥R。具體地，光源902可投射初始光904，置于初始光904的光路中的聚光透鏡906可聚焦該初始光904。聚焦光908由聚光透鏡906朝向目標(biāo)區(qū)域910引導(dǎo)，在顯微系統(tǒng)中該目標(biāo)區(qū)域910可保持樣品。穿過(guò)目標(biāo)區(qū)域910和其中的任何樣品的透射光912可進(jìn)入顯微鏡物鏡914，該顯微鏡物鏡914可聚焦光線以產(chǎn)生實(shí)像(real image)光916。實(shí)像光916可進(jìn)一步通過(guò)鏡筒透鏡918，藉此將聚焦的實(shí)像光920傳送到顯微鏡相機(jī)922上，該顯微鏡相機(jī)922捕捉目標(biāo)區(qū)域910中的樣品的圖像。