用于显微镜的光源适配器的制作方法

发明背景

用于小物体成像的暗视野显微镜检查(‘DFM’)是已知的技术，这些小物体使用亮视野显微镜检查是看不到的。在暗视野显微镜检查中，样本用赋形的光束来照亮，并且透射光或所返回的光通过合适的光束阻挡器来阻挡，仅允许来自样本的散射光到达检测器。

常规的DFM使用前向散射构造，在此前向散射构造中使用环状照明光束以将样本照亮，并且直接地透射光被显微镜物镜的孔口阻挡，使得仅散射光形成暗视野图像。已经提出了在后向散射构造中操作的暗视野显微镜，但是在每种情况下需要定制显微镜系统。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供一种用于显微镜的适配器，该适配器包括支承件、光源元件和镜，该支承件接纳在显微镜的辅助狭槽中，该镜定位在支承件上以接收来自光源元件的光。

支承件可适合于接纳在包括DIC狭槽的辅助狭槽中。该辅助狭槽可包括DIC物镜棱镜狭槽。

适配器可适合于转换亮视野显微镜以在后向散射暗视野操作、干涉反射显微镜检查、落射荧光和暗视野表面反射显微镜检查中的一个或多个中使用。

光源元件可包括支座以接纳光纤。

该支座相对于支承件是可调节的。

适配器可包括聚焦光学器件以聚焦来自光纤的光。

镜可以以近似45°安装到支承件。

镜可包括杆，该杆具有倾斜的反射端表面。

支承件可具有孔口，镜安装在孔口内。

镜可支撑在从孔口的壁延伸的臂上。

支承件可具有光束通道，该光束通道从光源元件延伸到孔口。

镜可定位成阻挡不需要的反射光或散射光。

根据本发明的第二方面，提供一种适配器系统，其包括根据本发明第一方面的适配器，以及光源，该光源通过光纤联接到光源元件。

根据本发明的第三方面，提供一种显微镜系统，其包括具有辅助狭槽的显微镜和根据本发明第一方面的适配器或根据本发明第二方面的适配器系统，该适配器的支承件接纳在辅助狭槽中。

辅助狭槽可以是DIC物镜棱镜狭槽。

附图简述

将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明的实施方案，在附图中；

图1a是实施本发明的适配器的透视图；

图1b是图1a的适配器的端部透视图；

图2是安装在物镜保持架的辅助狭槽中的图1a的适配器的透视图；

图3a是示出了照明光束的路径的图1a的适配器的透视图；

图3b是图1a的适配器从底侧看的视图；以及

图4是图1a的适配器和物镜透镜的透视图，示出了穿过适配器和透镜的光路径；

图5a是图示了暗视野图像的形成的光线图；

图5b是图示了干扰反射图像形成的光线图；

图6是示出了用于在落射荧光显微镜检查中使用的实施方案的图；以及

图7是示出了用于在暗视野表面反射显微镜检查中使用的实施方案的图。

优选实施方案详述

现在详细地具体参考附图，应强调的是，所示出的细节是通过示例的方式，并且仅为了本发明的优选实施方案的说明性论述的目的，并且所示出的细节是为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和最易于理解的描述而存在。在这一点上，没有试图以超过对基本理解本发明所必要的来更详细地示出本发明的结构细节，结合附图的描述使得在实践中如何实施本发明的数个形式对于本领域的技术人员是明显的。

在详细解释本发明的至少一个实施方案之前，应理解的是，本发明在其应用中不限于在以下的描述中陈述或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明可适用于其它实施方案或以多种方式来实践或实现。而且，应理解的是，本文采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。

现在参考图1a和图1b，根据本发明的适配器总体上以10示出。适配器10包括支承件11、光源元件12和镜13。支承件11包括长形的、大致平坦的板14。在该示例中，板14在平面图中是大致矩形的，并且如在图1a中示出的，板14在截面中是大致梯形的，具有圆拱形端部14a以有利于在辅助狭槽中定位支承件11。板14的确切形状和尺寸选择成允许适配器10与所需要的类型或范围的显微镜一起使用。孔口15布置在支承件11内，该孔口15定位成使得当适配器10位于显微镜中的适当位置时，从样本散射的光将穿过孔口15并且在检测仪器中被接收。光束通道16从光源元件12沿支承件11的纵向延伸到孔口15，与镜13对齐。在该示例中，镜13支撑在从孔口15的侧壁15a延伸的臂17上。

镜13包括杆18，该杆18具有倾斜的反射端面19。端面相对于支承件11成近似45°的角度。在该示例中，镜具有近似3mm²的面积(当杆18具有2mm的直径时)，但是可以使用更大的或更小的直径的镜。如下面讨论的，取决于具体的应用，杆18可以有利地阻挡来自样本或平坦界面的不期望的散射入射光或反射入射光。

在此示例中，光源元件12包括用于光纤20的端部的支撑部，该光纤20连接到合适的光源(没有示出)。光源可以是连接到多模光纤的白炽光源，但是对于一些应用，经由单模光纤联接到适配器10的激光源可能是所需要的，并且有利地，合适的光源和光纤可以根据需要的应用来选择。将明显的是，本系统可通过使用合适的源和检测器用于如下面描述的荧光应用。可选地，光源元件12可自身包括合适的小光源，诸如适当地安装的激光二极管。

在图1a中的光源元件12包括支承块21，该支承块21经由杆23连接到调节块22。调节块22连接到支承件11，并且杆23通过螺钉23a相对于调节块22是可调节的，以允许光束对准被可控地调节，以在该示例中提供光束的x-定位和y-定位，并且也控制光束的角度。如总体上以24示出的光束成形和聚焦光学器件支持在支承块21上。在该示例中，聚焦光学器件24包括两透镜系统(two-lens system)，以将从光纤20接收的光束准直，并且将光束聚焦在物镜透镜的后聚焦面处，以均匀地将在物镜透镜的焦点处的样本照亮。

支承件11以及特别地板14成形为接纳在常规的或商业上可获得的显微镜以及特别是明视野显微镜的辅助狭槽中。辅助狭槽可以是DIC狭槽，并且特别是已知类型的物镜棱镜狭槽。在该示例中，支承件11具有20mm的宽度和60mm的长度。调节块22成形为以及尺寸设定成使得当支承件接纳在辅助狭槽中时不与显微镜的任何部分产生干涉，在该示例中该辅助狭槽具有3.74mm的高度、32mm的深度和20mm的宽度。孔口具有7mm的宽度和13mm的长度，然而这些尺寸不受辅助狭槽约束。如上面提及的，板14的形状和大小可选择成配合用于具体类型的或来自具体制造商的显微镜的辅助狭槽。以这种方式使用DIC狭槽利用了DIC狭槽的易接近性以及极为靠近物镜，这可使信号损失最小化。

定位在辅助狭槽中的适配器10在图2中示出。物镜保持架以30示出，该物镜保持架具有可旋转的转台31，多个物镜透镜32a、32b安装在该转台31上。辅助狭槽34在物镜透镜32a下方是可见的。适配器12的支承件11位于辅助狭槽34内。用于另一个物镜透镜的螺纹连接部以35示出，该螺纹连接部具有容纳在其下方的辅助狭槽36。

在图3a和图3b中以40示出穿过适配器10的照明光束的路径。来自光纤20的光通过光学器件24被准直和被聚焦，并且沿着光束通道16穿过。光束40与其初始方向成近似90°朝向物镜透镜被向上地引导。

在图4中适配器10与物镜透镜50一起示出，并且穿过物镜透镜的光路径在图5a和图5b中示出。如上面描述的，光束40聚焦在物镜透镜50的后聚焦面51处，以均匀地将在物面53中的样本52照亮。从样本52散射的光以及从在面53中或接近面53的玻璃-空气界面或液体-玻璃界面反射的光以54示出，并且穿过孔口15以在检测器56处形成图像55。检测器56是任何合适的检测或成像仪器，例如CMOS、CCD或EMCCD照相机。

如在图4中明显的是，图像55包括第一部分57，在该部分中从除样本外的表面或界面(例如盖片表面(cover slip surface))反射的光被镜13阻挡。这允许适配器10用于后向散射的暗视野显微镜检查。在图5a中示出了形成第一部分57的光路径。从样本散射的光经过镜13，如通过路径59示出的，且通过镜筒透镜61聚焦在检测器56上，同时从盖片表面反射的光被镜13阻挡，如通过路径60示出的。在该阴影区域内，只有从样本散射的光被成像，形成暗视野图像。镜的大小和光纤芯的大小可以按照需要来选择，以使暗视野区域的大小最大化。例如，对于2-mm直径的镜和25μm-芯光纤，由于大体所有的外围光线被镜阻挡，所以图像的大部分区域被暗视野占据。

图像55也包括第二部分58，该第二部分没有被镜遮蔽。如在图5b中图示的，散射光和反射光两者通过镜筒透镜61聚焦并且在检测器处成像，如通过路径59’、60’示出的。有利地，该区域可用于薄涂膜干涉反射显微镜检查(thin-film interference reflectance microscopy)，或反射干涉对比显微镜检查(“RIC”)。来自空间接近的界面(诸如玻璃/培养基、培养基/膜或膜/细胞浆界面)或来自涂膜的不同表面的反射光之间的干涉，将在图像的该区域中形成干涉图案。为了提高干涉区，可以选择镜的大小和光纤芯的大小。例如，对于1mm直径的镜和50μm-芯光纤，图像的由干涉区占据的区域大于暗视野区域。

阴影区域、第一部分57的大小和位置可通过改变镜13或杆18的大小或形状或实际上改变支承臂17的大小、位置或形状和光纤20的直径来任选地改变。对于给定的镜的大小，从更接近光轴的光源出来的光将比距离光轴更远的光源出来的光投射更大的阴影。在其中光源近似点源的极限的情况下，如在单模光纤或聚焦的激光束的情况下，整体图像将处在阴影中，并且实现完全地暗视野显微镜。在其中使用多模光纤的示例中，外围光线将距离光轴更远地布置，外围光线将不会被镜阻挡，并且将在视野中形成较大的第二部分58。在示例中，2mm直径的镜用100×物镜透镜在220μm乘220μm的视野中占据160μm乘20μm的面积。

实施荧光技术、尤其实施落射荧光的适配器10和显微镜的适配在图6中示出。常规地，落射荧光需要激励光源和由两个(分色镜和用于通过激光或LED的窄频带激励的滤光片)滤光器或三个(用于通过汞灯或氙灯的宽频带激励的另外的滤光片)滤光器组装的滤光器立方体。在落射荧光应用中，当由用于荧光激励的窄频带LED来补充时，适配器10可以代替滤光器立方体来使用。来自窄频带LED的激励光70通过光纤20传送。镜13将光70引导到样本71。样本71发出荧光并且荧光信号72穿过镜13和支承臂17并且聚焦在检测器56上。反射的激励光被镜13和支承臂17阻挡。如果必要，可以提供滤光片73以阻挡来自样本71的强的后向散射。例如，在没有任何滤光器的情况下，可以研究较差散射的物体，而对于强烈地后向散射的物体则可能需要滤光片。

如在图7中图示的，适配器10和显微镜可以用于暗视野表面反射显微镜检查(“DFSR”)。常规地，DFSR需要特殊的反射光暗视野镜立方体和特殊的物镜。这样的物镜构造成提供穿过物镜筒的内侧的额外的光，以形成表面的斜的空的圆锥体照亮，并且这样的物镜设计成在干燥的表面上使用，而无需盖片和浸渍。在生命科学中使用的标准透射光物镜不适合于DFSR应用。然而，用具有规则透射光物镜的标准透射光显微镜，上面描述的适配器允许DFSR应用，该规则透射光物镜可以用于检验所关注的表面而无需盖片，而不需要使用特殊的工业物镜。如在图7中图示的，表面74是大致平坦的，具有以75示出的凸起特征。反射离开平坦表面的光线被镜阻挡，而反射离开凸起表面特征74的光线76绕开镜13以较大角度进入物镜，并且在检测器56处形成图像。

文中描述的适配器是有优势的，因为其提供很简单的样本和廉价的方式，以通过利用标准辅助狭槽使标准显微镜检查适应多种后向散射操作和/或落射荧光操作。适配器其本身是紧凑的并且是廉价的。照明光可以容易地来改变，或凭借连接到适配器的光纤连接部而容易地适应。

在上文的描述中，实施方案是本发明的示例或实现方式。“一个实施方案(one embodiment)”、“实施方案(an embodiment)”或“一些实施方案(some embodiments)”的不同的出现未必全部指代相同的实施方案。

虽然可以在单个实施方案的情形下描述本发明的多个特征，但还可以单独地或以任何合适的组合来提供这些特征。相反，尽管为了清楚起见本发明可以在本文中在不同实施方案的上下文中描述，但本发明也可以在单个实施方案中实现。

此外，应当理解，本发明可以以多种方式实现或实践并且本发明可以在除了在上文描述中概括的实施方案之外的实施方案中实施。

除非另有界定，否则本文使用的技术术语和科学术语的含义应如由本发明所属领域的普通技术人员通常理解的那样。