光源的制作方法

专利名称：光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在荧光显微术中使用的光源D
背景技术：
萸光显微术是使用作为对反射和吸收的替代或者补充的荧光 和磷光现象对有机或者无机物质的微观性质进行的研究。在多数情 况下，用称为焚光团的焚光分子(除了其它例子之外还比如有Texas Red、 FURA和绿色焚光蛋白质)特别地标记物质中感兴趣的组分。 用由荧光团吸收的通常称为激发波长的特有一个波长(或者多个波 长)的光对标本照明。特定荧光团所特有的激发波长造成荧光团以 与激发波长不同的波长发射光(荧光)。
典型的宽视野荧光显微镜包括光源，该光源提供跨过从紫外线 延伸到可见光范围直至红外线的相关波长的高强度光的宽频语。典 型光源包括灯，比如氛或者汞电弧;改电灯。可以用激发滤波器、分 色镜(或者二色分束器)和发射滤波器控制光源的频语范围。选择 滤波器和分色镜以匹配于用来标记样本的荧光团的频语激发和发射 特性。该装置根据特定应用也可以包括其它滤波器，比如阻隔器、 极化器、带通滤波器和中性密度滤波器。荧光显微术的应用以及可 用荧光团的范围和类型迅速涌现并且不断改变，这要求荧光显微术 领域中使用的包括光源的显微镜、滤波器和其它装置的设计者与时 <具进。例如，参见可以乂人www.chroma.com获4寻否勺"Handbook of OpticalFilters for Fluorescence Microscopy" ， HB l.l.， 2000年6月。焚光显
微术的应用需要越来越高的输入照明水平以对标本进行成像。这样 的更高照明水平需要功率输出更高的光源，这样的光源生成的热和 光有对应增加。可以在与显微镜、标本和专用光学滤波器分离的装 置中便利地提供用于荧光显微术的光源。也可以通过将光源和显微 镜连接的光导在与显微镜和标本相距某一距离处提供光源。光源也 可以包括用以对光源的热敏元件(如灯和光导)的温度进行控制的 风扇、遮蔽体(baffle)和流量调节器。
光学装置可以包括热镜，该热镜是常用来通过将热反射回到光 源中来保护光学系统的专用电介质镜或者分色干涉滤波器。热镜可 以被设计成按照从零度到45度变化的入射角插入到光学系统中，并 且可用于其中热度增长可能损坏部件或者对光源的频谱特性有不利 影响的各种应用中。由典型红外线热镜反射的波长范围从约750nm 到1250nm。通过在反射红外线波长的同时传输在可见光频镨中及其 以下的激发波长，热镜也可以适于作为用于荧光显微术中的专门应 用的二色分束器。

发明内容
在本发明的一个方面中，用于与荧光显微镜一起使用的光源包 括高强度灯、光输出以及定位于灯与光输出之间的镜。高强度灯提 供比现有金属卣化物光源更好的光输出和与现有汞灯相同的在紫外 光范围中的光输出。
镜被配置成从灯接收光以及允许波长范围在320纳米与680纳 米(nm)之间的光大量传输到光输出而阻止波长小于320纳米和大 于680纳米的光传输到光输出。
在本发明的另一方面中，光源包括灯、用于灯的电源、光输 出；以及控制器，配置成根据灯的工作使用来变化向灯供应的功率 量。
这些方面的实施例可以包括一个或者多个以下特征。4竟还被配置成阻止波长在约800纳米以上的光传输到光输出，而允许在340 纳米的大于85%的传输和在320到680nm的范围中的大于90%的传 输。镜包括优选地通过Pyrex衬底上的溅射工艺来制造的多层电介质 涂层。镜以范围为O度到约45度的入射角(例如10度)定位。光 源包括用于将镜以该入射角定位的角装配支架。镜定位于灯与液体 光导中间。镜被配置成反射由灯产生或者生成的热能。
光源还可以包括设置于灯与光输出之间的一个或者多个流量 调节器、中性密度滤波器或者筛选器(screen)、遮光器和散热器。
在其它优点之中，用于荧光显微术的光源在例如灯泡、电弧或 者灯丝的光发生器的有效寿命内提供对标本的高强度和相对恒定的 照明(流明)。该光源被配置成减少从光发生器到光学部件的热传 递，同时提供所需激发波长的光的高强度光输出和传输。


图1是用于显微镜的光源的框图表示。 图2示出了图1的光源。
图3是用于显微镜的光源的另一实施例的框图表示。 图4示出了图3的光源的一部分。
图5示出了与图3的光源一起使用的热镜的传输特性。
具体实施例方式
参照图1，光源100向荧光显微镜102提供光。光源100包括 200瓦特的灯104,如例如可从加州Cypress市的USHIO AMERICA 公司获得的SMR-200/Dl型。灯104可以是金属卤化物灯。灯IO4 向光输出接口 106提供照明，该光输出接口 106经由液体光导108 (例如可/人德、国Deisenhofen市的Lumatec获4寻的具有5mm芯直径 的1米长的光导)连接到显微镜102。光源IOO也包括向灯供电的电 源110。
在一个实施例中，调整由电源IIO提供的功率水平，从而当灯104的特性随时间而改变时，功率水平改变以^使得向光输出4^口 106 提供的光的量(以流明进行测量)基本上恒定。例如，从灯104发 射的光的量可以随时间而稳定地减少。由于灯强度的减少从相同型 号的 一盏灯到另 一盏灯可相对地重复，所以可以测试特定型号的灯 以将它们的退化表征为时间的函数。为了维持来自灯104的光的量 相同，向灯提供的功率随时间而增加。因此，来自灯140的光强度 水平在灯的工作寿命内相对地恒定。另外，还延长了灯的有效工作 寿命。通过使用控制器112来调整由电源110向灯104提供的功率 的量的增加。控制器112包括对灯104已经工作的时间量进行跟踪 的存储器114。存储器114也存储将灯104已经工作的时间量与功率 水平关联的数据。例如，在一个实施例中，基于按照经验收集的灯 随时间而退化的数据，功率水平对于与在每个时间间隔内的灯输出 的减少对应的相同时间间隔将增加约2瓦特。在一个实施例中，数 据存储于表116中，该表具有一连串时间持续时间和对应功率水平。 通过针对灯104的各型号的按照经验收集的数据来生成表116中的 值。在其它实施例中，没有调节来自灯104的光强度水平。
控制器U2具有可以在多个模式中操作的用户接口 300。用户 接口 300包括用以显示菜单屏幕和与操作参数的状态有关的消息的 显示器，比如液晶显示器。用户接口 300也包括如下开关，用户可 以按压这些开关以在操作模式之间切换或者输入或者改变操作参 数。在一种操作模式中，用户接口 300显示光源IOO的操作状态， 比如灯104已经工作的时间量。在另一模式中，用户可以更改用户 接口的操作设置。例如，用户可以改变可听报警的音量或者显示器 的对比度或者背光水平。在另一模式中，用户接口 300在诊断模式 中操作。
参照图2,光源100示出了通过成对流量调节器118a、 118b 而光耦合到输出接口 106的灯104。各流量调节器118a、 118b在它 的下游端具有灯座120。流量调节器118a、 118b ^:配置和定位成将 灯的正极与负极之间的温度维持于指定工作范围内。定位得最接近于灯104的流量调节器118a包括用于控制灯104的温度的风扇122。 光源IOO也包括作为调节器的镇流器124。镇流器124消耗、变换和 控制用于灯IO的电功率并且提供用于启动和操作灯104的必要电路 条件。光源100还包括分别监视灯104和镇流器124的温度的灯热 传感器和镇流器热传感器(未示出)以及保护灯104的灯互锁。光 源100装配于壳126内，该壳具有位于壳的前板130上的通/断开关 128和在壳的后板134上的AC插座132。光源100也具有电池(未 示出)，当没有提供AC功率时(例如当关断光源时)，该电池 光源提供用于在低功率模式中运行的功率。电池可以是锂离子电池。
光源100包i舌用以;险测灯104何时已经乂人电源110断开的灯传 感器。灯传感器被配置成既在光源100被接通时也在它被关断时持 续地监视灯104的存在。当灯传感器检测到灯104已经断开时，在 存储器114中设置灯改变状态。即使随后连接新灯104，灯改变状态 仍然保持设置。当接着接通光源100时，在用户接口 300的显示器 上显示消息，该消息要求用户确认已经连接新灯10 4 。如果用户确i人， 则控制器112在存储器114中重置灯改变状态和灯104已经工作的 时间量。如果用户在指定量的时间内、例如在两分钟内未响应，则 控制器112可以假设已经连接新灯104并且如同用户已经确认一样 采取动作。如果用户的响应是灯不是新灯，则在存储器114中并不 重置灯104已经工作的时间量而重置灯改变状态。
用户接口 300分别在警告或者错误条件的情况下在显示器上 显示警告或者错误消息。在光源100操作之时检测警告或者错误条 件。控制器112在它被首次接通时也进行诊断测试，以检验警告或 者错误条件的存在。警告条件可以例如包括灯互锁故障；当设置 灯改变状态时；当灯104已经工作的时间量逼近第一预设限制值时， 例如当灯已经工作的时间量超过1750小时时；当灯104发射的光量 逼近第二预设限制值时；当灯104的温度超过第一预选灯温度时， 例如当灯的温度超过9CTC时；当镇流器124的温度超过第一预选镇 流器温度时，例如当镇流器的温度超过55。C时；或者当壳126打开灯104断开时；当镇流器124断开时；当灯104已经工作的时间量超过第一预设限制值时，例如当灯已经工作的时间量超过2000小时时；当灯104发射的光的量超过第二预设限制值时；当灯104的温度超过第二预选灯温度时，例如当灯的温度超过IO(TC时；或者当镇流器124的温度超过第二预选镇流器温度时，例如当镇流器的温度超过70。C咏。当检测到错误条件时，可以关断灯104和/或镇流器124以保护灯免遭破坏。如果灯热传感器、镇流器热传感器或者灯传感器中的任何传感器有缺陷或者断开，则可以禁用灯104和/或镇流器124以求安全。用户接口 300可以:故配置成针对这里未描述的其它条件显示错误或者警告消息。
用户接口 300可以包括可听冲艮警。才艮警可以用来例如表明何时按压开关或者表明存在告警或者错误条件。报警可以发出与具体情形对应的声音。例如，当按压开关时，报警发射低音量的100毫秒蜂鸣。对于告警而言，报警例如发射间隔为200毫秒的3个100毫秒蜂鸣的告警序列。可以以30秒的间隔重复这一告警序列。对于错误而言，报警例如发射间隔为50毫秒的5个50毫秒蜂鸣的错误序列。可以按照10秒的间隔重复这一错误序列。告警序列和错误序列可以是高音量。
参照图3,在另一实施例中，光源200包括由电源206驱动的灯204。灯204经由输出接口 208向显樣吏4竟(未示出)提供光。在这一实施例中，灯适配器210和流量调节器212用来将灯的正极与负极之间的温度控制在指定操作范围内，并且灯适配器210和流量调节器212被图示为安装于灯204与液体光导222之间。灯204可以装配于壳中的遮蔽体(未示出)上，并且与具有这里描述的频谱特性而且放置于灯与液体光导之间的光路中的热镜214对准。热镜214使用角装配支架216来装配，并且针对热镜的规格按照所需或者最优角度用热环氧树脂来固定。在本发明的一个实施例中，热镜214
成从光路反射由灯204生成的热能的大部分，以将液体光导维持于它的指定操作温度范围内，同时仍然传输特定应用所希望或者需要 的那些波长。
参照图5，具体而言，热镜214传输在用于与荧光团FURA — 起使用的340nm的光的超过86%,而传输在320nm与680nm之间的 可见光范围中的照明光的超过90°/。。同时，阻隔在约320nm以下和 在约680nm以上、在近红外线范围中并且在传送热量的波长以上的 光的90%或更多。在本发明的一个优选实施例中，通过Pyrex衬底 上的溅射工艺来制作热镜，以传输在365nm与577nm之间并且具有 图5中所示频谱特性的照明光的最少90%。在图5中示出并且通过 以下传输特性(T)给出热镜214的频谱特性。
在365nm时T>=91%
在405nm时T>=92%
在436nm时T〉=93%
在546nm时T〉=93%
在577nm时T>=94%
再次参照图4，光源200可以被配置成提供在热镜与光学光导 之间的光路中使用中性密度滤波器或者筛选器218。 一个或者多个中 性密度滤波器或者筛选器可以装配于可移动的盒或者带220上，以 允许对根据应用来变化传输程度的中性密度滤波器或者筛选器的可 更换使用。在通过热镜和中性密度滤波器或者筛选器(如果被使用) 之后，光传递到与灯对准地附着到壳外部的液体光导222 (图3)。 可以与液体光导有物理关联地提供用于耗散来自灯的热度(包括传
导的热度)的散热器224。也可以在灯与液体光导之间的路径中提供 用于在移开液体光导时防止光从壳意外暴露和/或泄漏的可移动遮光 器226。在一个优选实施例中，与用于液体光导的附着点相邻以45 度角装配铜或者其它金属遮光器。
将理解前文描述旨在于举例说明而不是限制本发明的范围，本 发明的范围由所附权利要求书的范围限定。其它实施例也在所附权 利要求书的范围内。
权利要求
1.一种光源，包括灯；光输出；以及镜，定位于所述灯与所述光输出之间，所述镜被配置成从所述灯接收光并且允许波长范围在320纳米与680纳米之间的所述光大量传输到所述光输出，而阻止波长小于320纳米和大于680纳米的所述光传输到所述光输出。
2. 根据权利要求1所述的光源，其中所述镜还被配置成阻止波长在约800纳米以上的所述光传输到所述光输出。
3. 根据权利要求1所述的光源，其中所述镜还被配置成允许波长为340纳米的所述光的大于85%传输到所述光输出。
4. 根据权利要求1所述的光源，其中所述镜包括多层电介质涂层。
5. 根据权利要求1所述的光源，其中所述镜以范围为O度到约45度的入射角来定位。
6. 根据权利要求5所述的光源，其中所述镜定位于约10度的入射角。
7. 根据权利要求1所述的光源，还包括用于将所述镜定位于所述入射角的角装配支架。
8. 根据权利要求1所述的光源，其中所述镜定位于所述灯与所述光输出中间。
9. 根据权利要求1所述的光源，其中所述镜被配置成反射由所述灯产生或者生成的热能。
10. 根据权利要求1所述的光源，还包括设置于所述灯与所述光输出之间的至少 一个流量调节器。
11. 根据权利要求1所述的光源，还包括定位于所述镜与所述光输出中间的至少 一个中性密度滤波器或者筛选器。
12. 根据权利要求1所述的光源，还包括在所述灯与所述光输出之间并且以约45度的入射角定位的遮光器。
13. 根据权利要求1所述的光源，还包括与所述光输出有物理 关联地定位的散热器。
14. 一种光源，包括灯；用于所述灯的电源； 光输出；以及控制器，配置成根据所述灯的工作使用来变化向所述灯供应的 功率量。
15. 根据权利要求14所述的光源，其中所述控制器被配置成根 据所述灯已经工作的时间量来变化向所述灯供应的功率量。
16. 根据权利要求14所述的光源，其中所述控制器包括存储器， 用于存储将向所述灯供应的功率水平与所述灯的工作使用的持续时 间关联的数据。
17. 根据权利要求16所述的光源，其中所述存储器中存储的所 述数据基于经验数据。
18. 根据权利要求14所述的光源，其中所述光源还包括定位于 所述灯与所述光输出之间的镜。
19. 根据权利要求18所述的光源，其中所述镜被配置成从所述 灯接收光并且允许波长为340nm的所述光大量传输到所述光输出， 而阻止波长在约320nm以下的所述光传输到所述光输出。
20. 根据权利要求18所述的光源，其中所述镜以约45度的入 射角来定位。
21. 根据权利要求14所述的光源，还包括设置于所述灯与所述 光输出之间的至少 一 个流量调节器。
22. 根据权利要求14所述的光源，还包括至少一个中性密度滤 波器或者筛选器。
23. 根据权利要求14所述的光源，用于荧光显微术，其中所述 灯具有超过120瓦特的功率输出。
全文摘要
一种用于荧光显微术的光源被设计成在光发生器如灯泡、电弧或者灯丝的有效寿命内提供对标本的相对恒定的照明(流明)。在另一方面中，本发明提供一种用于荧光显微术的光源，该光源被设计成减少从光发生器到光学部件的热传递，同时提供所需激发波长的光的充分传输。
文档编号G02B21/06GK101681016SQ200880014816
公开日2010年3月24日 申请日期2008年3月20日 优先权日2007年3月20日
发明者C·C·考尔特, E·基格勒, J·S·科格尔, K·斯托克韦尔, L·M·布朗 申请人:致茂电子股份有限公司