CN105531529A - 环状照明结构 - Google Patents

Abstract

本发明一般涉及显微系统和利用环状照明结构对显微系统的目标区域的照明。该环状照明结构可按象限部分地照明，并且可包括多个LED作为位于环状结构中且围绕光学成像和捕捉系统的透镜或相机的光源。

Description

环状照明结构

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年4月4日申请的题为“ANNULARILLUMINATIONSTRUCTURE(环状照明结构)”美国临时专利申请No.61/975,638的优先权和权益，该申请的公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明一般涉及显微(microscopy)系统。具体地，本发明涉及用于显微系统的照明源。

背景技术

显微术对于整个生命科学领域的研究人员而言是一种必不可少的工具。在传统的非荧光显微术中使用几种成像模式，典型地明视场、暗视场、偏振和各种相衬技术。具体地，生物样品通常具有低振幅反差，并且会需要某种形式的相衬以准确地且精确地观察生物样品和对生物样品成像。

发明内容

以下提供了本发明的一些实施例的简化概述以提供对本发明的基本理解。此概述不是本发明的广泛概览。其不意在确定本发明的关键或决定性元素或描述本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式将本发明的一些实施例表达为下文表达的更详细说明的序言。

在一些实施例和方面，所公开的环状(annular)光源和显微(microscopy)相机组件可包括：具有内周和外周的环状环(annularring)；设置在环状环中的内周和外周之间的至少一个光源；用于定向样品的期望位置的相机，该相机被定位在环状环的内周内并指向目标区域；漫射器(diffuser)结构，被定位成接近于(proximateto)多个光源并且位于该多个光源和目标区域之间，使得来自该多个光源的照明在照射该目标区域之前穿过漫射器结构；以及显微相机，该显微相机被定位成捕捉由穿过漫射器结构的光照射的目标区域的图像。在一些方面，环状光源和显微相机组件可进一步包括至少一个光源，该至少一个光源为多个LED。在其它方面，环状光源和显微相机组件可具有为暖白LED的多个LED，而在其它方面该多个LED可以是绿光LED，并且在进一步方面，该多个LED可发射窄波长带(anarrowbandofwavelengths)的光。在一些方面，显微相机可被定位在目标区域的与环状环和漫射器结构相对的一侧。在进一步方面，环状光源和显微相机组件可具有在环状环中的多个光源，该多个光源被配置成可根据该多个光源被设置在的环状环中的象限来进行控制。在一些方面，该环状光源和显微相机组件不包括聚光透镜。在又其它方面，该环状光源和显微相机组件可具有环状环，该环状环包括位于该环状环的每个象限中的至少一个独立可控的光源。在进一步方面，该环状光源和显微相机组件在该环状环和目标区域之间可具有可调节的z距离。

在其他实施例和方面，所公开的环状光源和显微相机组件可包括：具有内周和外周的环状环；设置在环状环中的内周与外周之间的多个LED；定向相机，该定向相机被定位在环状环的内周内并指向目标区域；以及显微相机，该显微相机被定位成捕捉由从该多个LED发射的光照射的目标区域的图像。在一些方面，该环状光源和显微相机组件可具有为暖白LED的多个LED，而在其它方面，该多个LED可以是绿光LED。在进一步方面，该环状光源和显微相机组件可进一步包括漫射器结构，该漫射器结构被定位成接近于该多个光源并且位于该多个光源和目标区域之间，使得来自该多个光源的照明在照射该目标区域之前穿过漫射器结构。在其它方面，该环状光源和显微相机组件可具有环状环，该环状环在该环状环的每个象限中包括至少一个独立可控的LED。在一些方面，环状光源和显微相机不包括聚光透镜。在其它方面，显微相机可被定位在目标区域的与环状环相对的一侧。在又其它方面，环状光源和显微相机组件在环状环和目标区域之间可具有可调节的z距离。

在进一步方面，所公开的环状光源和显微相机组件可包括一种应用方法，该方法包括：提供环状结构，该环状结构具有设置在该环状结构的内周和外周之间，接近于目标区域的多个光源；指示(instruct)该多个光源中的至少一个进行照明；以及通过漫射器结构将光传输到目标区域上，所述光来自环状环的一侧的光源并具有窄波长带。在一些方面，对显微相机组件中的目标区域进行照明的方法进一步地包括，其中所述多个光源在环状结构的每个象限内是单独可控的，指示所述多个光源中的至少一个进行照明包括仅指示所述多个光源中的一个象限进行照明。在其它方面，对显微相机组件中的目标区域进行照明的方法包括，其中所述多个光源在环状结构的每个象限内是单独可控的，指示所述多个光源中的至少一个进行照明包括指示所述多个光源中的两个相邻的象限进行照明。在又其它方面，对显微相机组件中的目标区域进行照明的方法可包括调节环状结构和目标区域之间的z距离。在一些方面，该方法包括利用多个光源进行照明，其中激活的多个光源被偏置成从环状环的一侧上的光源发射。在一些方面，该方法包括利用多个光源进行照明，其中激活的多个光源发射窄波长带的光。在一些方面，该方法包括利用多个光源进行照明，其中激活的多个光源被偏置成从环状环的一侧上和/或处于窄波长带的光源发射。

附图说明

以下参考附图详细描述了本公开的说明性方面。

图1示出了根据实施例的圆环状(circularannular)照明结构的示意图。

图2示出了根据实施例的椭圆环状照明结构的示意图。

图3A示出了根据实施例的配置成具有环状照明结构、漫射器、以及目标区域的显微系统的示意性截面图。

图3B示出了根据实施例的配置成具有环状照明结构、漫射器、目标区域、物镜和显微镜相机的显微系统的示意图。

图4A示出了根据实施例的由暖白光照射的样品的示意性图像。

图4B示出了根据实施例的由从样品的左侧偏置的暖白光照射的样品的示意性图像。

图5A示出了根据实施例的在全照明下(atfullillumination)由暖白光照射的样品的示例性放大图像。

图5B示出了根据实施例的由从样品的左侧偏置的暖白光照射的样品的示例性放大图像。

图6A示出了根据实施例的由使用亮焦点的暖白光照射的样品的示意性图像。

图6B示出了根据实施例的由从样品的左侧偏置的暖白光照射的样品的示意性图像。

图7A示出了根据实施例的由白光照射的样品的示意性图像。

图7B示出了根据实施例的由绿光照射的样品的示意性图像。

图8A示出了根据实施例的由从样品的右侧偏置的绿光照射的样品的示意性图像。

8B示出了根据实施例的由从样品的左侧偏置的绿光照射的样品的示意性图像。

图9示出了配置成具有聚光透镜的显微系统的示意图。

具体实施方式

出于解释的目的，在整个说明书中，阐述了许多具体的细节以便提供对本公开的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节中的一些也可实践本公开。在其他情况下，以示意性形式示出结构和设备以避免使所描述的实施例的基础原理不清楚。

本发明涉及显微镜和对由显微镜观察和成像的样品的照明。进一步，本发明涉及用于对由显微镜观察的样品进行照明的光源配置的颜色、强度、方向和其它方面。

如在显微系统中所使用的相机具有部分地限定由这种相机观察和捕捉的图像的尺寸和分辨率的光圈(aperture)特性。任何给定相机的光圈锥(aperturecone)(换句话说，可视化的区域)都需要照明。聚光透镜或聚光照明器可用于引导可覆盖光圈锥的光锥，从而提供观察区域所需的照明。在许多应用中，该照明是透射式照明，其中光投射在样品或目标区域上，光将透射或折射通过样品或目标区域或者从样品或目标区域反射并且被物镜相机的光学系统捕获。然而，聚光透镜会向显微系统添加复杂性、尺寸和成本，并藉此降低显微系统的功能。

如图9中所见，本领域中已知的显微系统900通常可包括聚光透镜。具体地，光源902可投射初始光904，置于初始光904的光路中的聚光透镜906可聚焦该初始光904。聚焦光908由聚光透镜906朝向目标区域910引导，在显微系统中该目标区域910可保持样品。穿过目标区域910和其中的任何样品的透射光912可进入显微镜物镜914，该显微镜物镜914可聚焦光线以产生实像(realimage)光916。实像光916可进一步通过镜筒透镜918，藉此将聚焦的实像光920传送到显微镜相机922上，该显微镜相机922捕捉目标区域910中的样品的图像。由于整体系统的减少的尺寸，没有聚光透镜906的显微系统可以是较不复杂的，并且具有更方便的形状因数。

在本文中公开的显微系统的实施例中，环状物的(例如，环、圆、椭圆等)发光二极管(LED)可被用作照明源以代替传统的聚光透镜或聚光照明器。任选地，定向相机(orientationcamera)可位于环状物的内径内，诸如在环状物的中心。除了环状物对改进的对比度的贡献以外，相机的光圈锥可被LED或其他这样的多个光源照明。换句话说，环状环的几何结构可以是使得照明落入物镜的接受角(NA)内这样的。选择环状物的内周和外周或内径和外径，以获得具有期望的精度和分辨率的相位成像性能。在显微系统中，由设置在环状环内的光源所投射的光被引导朝向保持在或位于系统内的样品或目标区域。环状照明源的使用可通过使用均匀分布照明源来填充物镜的足够百分比的角接受来实现没有聚光透镜下的期望的明视场性能。

在各方面中，本文中所公开的环状照明源可超过相机的光圈锥的范围投射光，从而照明比相机的分辨率所必需的区域更宽的区域。在这样的情况下，如果环位于接受角外，则可实现暗视场成像，并且暗视场成像可被用作不同的成像模式。

在替代实施例中，环状物可具有单个的、环状的光源。在所有这样的实施例中，环状物具有至少一个光源。在进一步的替代实施例中，一个以上的环状照明源可接近于相机并且照明相机的光圈锥。在这样的实施例中，该一个以上的环状照射源可被布置成接近于彼此、在彼此的远侧(distal)、或者与彼此同心。

如本领域中已知的显微系统还可经受“暗焦点(darkfocus)”和“亮焦点(brightfocus)”效应，所述暗焦点和亮焦点效应会使对生物样品的观察和成像复杂化。具体地，利用显微镜对生物样品(诸如细胞)或其它这样的“相位物体(phaseobject)”的观察可以是复杂的，这在于当显微镜被调节到其中相位物体位于样品中的正确的聚焦位置时，被照明的相位物体不一定进入焦点(comeintofocus)。当显微镜被调节到在正确的焦点的一侧(该侧可被称为“焦点的暗侧(darksideoffocus)”)观察时，相位物体可显得暗。此外，当显微镜被调节到在正确的焦点处(当相位物体在技术上是位于焦点处)观察时，相位物体可出现褪色或“洗掉(washedout)”，这可部分地归因于对相位物体的照明。然而，当显微镜被调节到越过正确的焦点观察时，相位物体可以是更清楚地可视的并且显得亮，这可被称为“焦点的亮侧(brightsideoffocus)”(当显微镜被调节到观察与焦点的暗侧相对的一侧时)。因此，在一些系统中，仅在显微镜在焦点的亮侧时，相位物体才会是可视的，这意味着相位物体未被正确地聚焦且经受光的过度曝光。

在实施例中，环状物可被分成由用户独立地控制的多个区段(section)。在一些方面中，环状物中的光源沿着将该环状物四等分的两个轴可以是可控的。因此，这提供了环状的、半圆形、或象限照明。光源的局部或偏置(biased)照明可缓解在其他显微系统中所见的暗焦点和亮焦点效应。利用局部或偏置照明，当将显微镜调节到与样品中的细胞或相位物体的位置对应的正确焦点时，细胞或其它这种相位物体通过显微镜可以是可视的。可利用与电子耦合到照明源的非瞬态计算机可读介质耦合的用户输入设备来控制局部或者偏置照明。

在实施例中，光漫射器可被放置成接近于LED照明源并且在LED照明源的前面，从而迫使来自照明源的光穿过该漫射器，以藉此生成具有均匀或一致分布的照明。接近于照明源的漫射器结构可与照明源相邻、与照明源直接接触、或与照明源明确地(specifically)隔开。这与传统的LED照明器不同，在传统的LED照明器中，每个LED可产生单独的亮点(brightspot)并因此可产生单独的影子或不均匀的照明(例如，由来自每个点光源的影子的聚集所造成的多影子效应)，单独的影子或不均匀的照明可降低成像区域的质量、分辨率或准确度。漫射器可提供更均匀的照明，其中在一些方面，视觉伪像可由可接受的晕圈或半圆形效应(semicirculareffect)所表征。在一些方面，LED照明源可以是单色LED光源、多色LED光源，或者白光LED光源。在其它方面，白光LED光源可以是具有相对低的色温的白色LED光，其可被称为“暖白”LED(并且可被表征为“柔和”光)。在进一步方面，白光或彩色LED光源可具有相对高的色温。

如本文中所使用的漫射器指的是漫射、展开、或散射光，使得穿过漫射器的光是柔光，并且在方面具有相对于由漫射光所照射的目标区域或对象的尺寸较大的光源的特性的光学设备。在方面，漫射器可以是半透明的物体、不透明玻璃、灰色玻璃、乳色玻璃、毛玻璃、或由可将光漫射成一致且均匀分布的材料制成的其它这种结构。

如下面所讨论的，已经发现，在一些实施例中，相对窄的波长带的光可提高对比度。窄的波长带可以是，例如，小于100nm宽，例如，在10-100nm之间。在一些实施例中，波长主要是一种颜色(例如，红、蓝、绿)。可通过在环状物中提供彩色LED照明来实现，或者通过使用波长滤波器，使得对来自照明源的白光进行过滤，使得仅窄波长带可用于样品来实现窄波长带。在一些方面，LED照明源可以是多个绿光LED，该多个绿光LED为发射具有约495nm至约570nm的范围内的波长(λ)的光的多个LED。在其它实施例中，LED照明源可以是多个红光LED、多个橙光LED、多个黄光LED、多个蓝光LED、多个紫光LED、或多个多色LED。

图1示出了圆环状照明结构100的示意性表示。圆环状环102由内周104和外周106限定。在方面中，内周104和外周106可被定义为第一和第二圆周，或者由第一和第二直径限定，或由第一和第二半径限定。圆环状照明结构100的光源101位于圆环状环102中，其中，在一些方面中，光源101可以是多个LED。在一些实施例中，圆环状环102围绕相机108居中，任选地其中由相机108的光圈所限定的可视化锥可由驻留在圆环状环102中的光源101照明。在示例性实施例中，圆环状环102可具有直径25mm的内周104和直径43mm的外周。在另一个示例性实施例中，圆环状环102可具有直径18mm的内周104和直径43mm的外周。在又一个示例性实施例中，圆环状环102可具有直径25mm的内周104和直径50mm的外周。在各方面中，圆环状环102可具有直径约15mm至约30mm的内周104，以及直径约35mm至约55mm的外周。

如本文中所讨论的，在一些方面中，来自环状环的一侧(而不是来自整个环状环)的光偏置(lightbias)可提高对比度。可以很多配置实现光偏置。在一些实施例中，可分区段控制圆环状环102中的光源101，所述区段由将圆环状照明结构100四等分的轴所限定。在方面中，圆环状环102可被分成第一象限110、第二象限112、第三象限114和第四象限116。可根据光源101所位于的象限来独立地控制驻留在圆环状环102中的光源101。因此，在一些方面中，在第一象限110中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。在其它方面，在第二象限112中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。在其它方面，在第三象限114中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。在其它方面，在第四象限116中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。这些方面允许来自圆环状环102的照明从圆环状环102的一个象限偏置(biased)。

一些方面，在圆环状环102的两个象限中的光源101可被开启或供电以投射光并照明，其中同时照明的两个相邻的象限允许来自圆环状环102的照明从圆环状环102的一半或一侧偏置。在一些方面中，在第一象限110和第二象限112中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。在一些方面中，在第一象限110和第四象限116中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。在一些方面中，在第二象限112和第三象限114中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。在一些方面中，在第三象限114和第四象限116中的光源101可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源101被关闭且不照明。

在其它方面，可同时照明圆环状环102中的四个象限中的三个象限的光源101。在又其它方面，可同时照明圆环状环102中的两个相对的象限的光源101(例如，照明第一象限110和第三象限114)。在进一步的方面，可同时照明圆环状环102中的所有四个象限的光源101。

图2示出了椭圆环状照明结构200的示意性表示。椭圆环状环202由内周204和外周206所限定。在方面中，内周204和外周206可被定义为第一和第二圆周，或由第一和第二对直径所定义，或者由第一和第二对半径所定义。圆环状照明结构200的光源位于椭圆环状环202中，其中，在一些方面，光源可以是多个LED。椭圆环状环202围绕相机208居中。任选地，由相机208的光圈所限定的可视化锥可由驻留在椭圆环状环202中的光源201照明。

可分区段控制椭圆环状环202中的光源201，所述区段由将圆环状照明结构200四等分的轴所限定。在方面中，椭圆环状环202可被分成第一象限210、第二象限212、第三象限214和第四象限216。可根据光源201所位于的象限来独立地控制驻留在椭圆环状环202中的光源201。因此，在一些方面中，在第一象限210中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。在其它方面，在第二象限212中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。在其它方面，在第三象限214中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。在其它方面，在第四象限216中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。这些方面允许来自椭圆环状环202的照明从椭圆环状环202的一个象限偏置。

又其它方面，椭圆环状环202的两个象限中的光源201可被开启或供电以投射光并照明，其中同时照明的两个相邻的象限允许来自椭圆环状环202的照明从椭圆环状环202的一半或一侧偏置。在一些方面，在第一象限210和第二象限212中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。在一些方面，在第一象限210和第四象限216中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。在一些方面，在第二象限212和第三象限214中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。在一些方面，在第三象限214和第四象限216中的光源201可被设置或供电以照明，而在其余的象限中的光源201被关闭且不照明。

在其它方面，可同时照明椭圆环状环202中的四个象限中的三个象限的光源201。在又其它方面，可同时照明椭圆环状环202中的两个相对的象限的光源201(例如，照明第二象限212和第四象限216)。在进一步方面，可同时照明椭圆环状环202中的所有四个象限的光源201。

图3A示出了配置成具有环状照明结构302、漫射器结构316和目标区域318的显微系统300的示意性截面表示。环状照明组件302包括由内周壁306和外周壁308限定的环状环304(具有设置在环状环304中的多个光源305)以及接近于环状环304中的多个光源305定位的漫射器结构314。在一些实施例中，漫射器结构314可以是配置成与环状环304耦合(couple)的环形结构。在其他实施例中，漫射器结构314可以是接近于环状环304中的多个光源中的每个光源定位的多个漫射器元件。在这种实施例中，从环状环304中的多个光源305照明的透射光312入射在漫射器结构314上。在穿过漫射器结构314后，漫射的(diffuse)透射光316可照明目标区域318，样品可位于该目标区域318中或上。漫射的透射光316可透射通过、折射通过目标区域318和/或样品或从目标区域318和/或样品反射，使得目标区域318和/或样品可由显微系统的物镜相机观察到。在一些实施例中，指向目标区域318的定向相机310可被定位在环状环304的内直径内，这可为整体显微系统300提供有效且紧凑的结构配置。在方面中，定向相机310可具有针对观察目标区域318的至少一部分的约200mm的观察区域。

在各方面中，环状照明组件302可位于距目标区域318可调节的z距离320。可调节的z距离320可被调节，以增加或减少来自环状照明组件302的照明在目标区域318上的距离、强度、和/或覆盖范围。在一些方面，可调节的z距离320可以是大约100mm。在其它方面，可调节的z距离320可以是从约50mm至约150mm。在一些实施例中，如图3A中所表示的，环状照明组件302可从相对低于目标区域318的位置向上投射。在其他实施例中，如图3B中所表示的，环状照明组件302可从相对高于目标区域318的位置向下投射。

图3B示出了配置成具有环状照明结构302、漫射器结构314、目标区域318、物镜326和显微镜相机334的显微系统322的示意性表示。图3B在图3A的示意图上扩展，示出了利用显微镜相机334捕捉目标区域318中的样品的图像的系统。如上所述，环状环304可保持或容纳一个或多个光源305，其中每一个光源或分组的光源可具有接近于光源305且位于光源305所发射的光的光路中的漫射器结构314。任选地，环状环304可被定位成围绕定向相机310，如上所注意的，这可为整体显微系统322提供有效且紧凑的结构配置。通过漫射器结构314发射的漫射的透射光316至少部分地入射在可保持样品的目标区域318上。漫射的透射光316的光线以由环状环304的几何结构所确定的角度入射在目标区域318上。

穿过目标区域318的初始图像光324继续进入显微镜物镜326。显微镜物镜326可聚焦初始图像光324线以产生实像光328，实像光328又可通过镜筒透镜330聚焦并且作为聚焦的图像光332被引导朝向显微镜相机334。显微镜相机334可捕捉目标区域318和包含在其中的任何样品的图像。在一些方面，显微镜相机334可以是CMOS相机传感器。进一步，显微镜物镜326、镜筒透镜330、和显微镜相机334的组件可作为总体被称为显微系统322的显微镜336。在一些方面，显微镜336具有针对观察目标区域318的至少一部分的大约0.75mm²的观察区域。与本领域中已知的其他照明配置或布置相反，由环状环304中的光源305对目标区域318中的任何相位物体的环状照明可允许显微镜336所捕捉的图像的更大的清晰度和精度。

图4A示出了由暖白光照射的样品的示例性图像，呈现该示例性图像以与图4B相比较，图4B示出了由从样品的左侧偏置的暖白光照射的样品的示例性图像。如图所示，图4A和图4B两者都是已经根据相同程度的对比度渲染进行数字修改以进一步突出图像和在其中的物体的对比度的图像。图4A和图4B的比较示出了，其中利用暖白光照射两者图像的情况下，从样品的一侧(在此情况下是左侧)上的偏置(bias)入射的光导致具有所观察的相位物体的更大的清晰度和分辨力的图像。

图5A示出了在全照明下由漫射白光照射的样品的示例性放大图像，呈现该示例性放大图像以与图5B相比较，图5B示出了由从样品的左侧偏置的漫射白光所照射的样品的示例性放大图像。如图所示，图5A和图5B两者都是已根据对比度渲染进行数字修改的图像，其中图5A已经根据对比度渲染数字修改了三次，并且其中图5B已经根据对比度渲染数字修改了两次。图5A和图5B的比较示出了，其中利用暖白光照射两者图像的情况下，即使利用较少的数字对比度修改，从样品的一侧(在此情况下为左侧)上的偏置入射的光仍导致具有所观察的相位物体的图像的更大清晰度和分辨力的图像。

图6A示出了由使用亮焦点(换句话说，在焦点的亮侧)的暖白光照射的样品的示意性图像，呈现该示意性图像以与图6B相比较，图6B示出了由从样品的左侧偏置的暖白光照射的样品的示意性图像。图6A和图6B的比较示出，其中利用暖白光照射两者图像的情况下，与利用焦点的亮侧上的非偏置光捕捉的图像相比，从样品的一侧(在此情况下为左侧)上的偏置入射的光导致具有所观察的相位物体的更大的清晰度和分辨力的图像。

图7A示出了由白光照射的样品的示意性图像，呈现该示意性图像以与图7B相比较，图7B示出了由绿光照射的样品的示意性图像。图7A和图7B的比较示出，其中利用暖白光照射一个图像而利用绿色波长范围的光照射另一个图像的情况下，与利用暖白光照射的图像相比，利用绿光照射的图像导致具有所观察的相位物体的更大清晰度和分辨力的图像。

图8A示出了由从样品的右侧偏置的绿光照射的样品的示意性图像，呈现该示意性图像以与图8B相比较，图8B示出了由从样品的左侧偏置的绿光照射的样品的示意性图像。图8A和图8B的比较示出，其中利用绿色波长范围的光照射两者图像的情况下，与其中光从样品的右侧的偏置入射的图像相比，从样品的左侧的偏置入射的光导致具有所观察的相位物体的相对相等的清晰度和分辨力的图像。然而，图8A和图8B的比较进一步示出来自两个图像的组合的信息可提供关于由两个图像所观察的相位物体的结构和布置的更大量的信息。虽然该图证明了绿光相对于白光的优越性，但观察到的效果可以是特定光颜色和所用的窄波长带中的任一者或两者的结果。因此，如果使用不同的窄波长带，例如，红光或蓝光，则类似的效果会发生。

如图4A-8B中可见，当前公开的显微系统的特定元件、漫射器结构、半圆形或象限偏置照明和单色照明可各自单独地或组合地，有助于以比本领域中已知的其他成像技术(诸如明视场成像)更大的清晰度和精度对相位物体进行成像。

考虑到这些实施例，根据本说明书将显然的是，所描述的技术的各方面可至少部分地以软件、硬件、固件及其任意组合来实现以用于控制作为显微系统的一部分的相机和光源。还应当理解的是，实施例可采用涉及存储在数据处理系统中的数据的各种计算机执行的功能。也就是说，可响应执行存储在存储器中的指令序列来在计算机或其它数据处理系统中执行所述技术。在各种实施例中，可独立地或与软件指令结合地使用硬接线电路以实现这些技术。例如，所描述的功能可由包含用于执行操作的硬接线逻辑的特定硬件组件来执行，或由定制硬件组件和编程的计算机组件的任意组合来执行。本文中所描述的技术不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

如本文中所提供的，可照射位于目标区域中的样品的显微仪器和环状照明组件可与成像仪器接口进行电子耦合。这种显微仪器系统和相应的成像仪器接口可通过有线或无线方式电耦合至微处理器(或其它这样的非瞬态计算机可读介质)，并藉此将成像数据信号发送至微处理器。所耦合的微处理器可根据所接收的数据信号向设置在环状照明组件中的光源中继指令以使光源进行照明或不进行照明。所耦合的微处理器可进一步从成像装置收集成像数据和/或成像仪器接口可进一步将收集的信息中继至其他非瞬态计算机可读介质，和/或对收集的数据运行计算并将计算出的结果中继至用户可操作和/或用户可读的显示器。可根据控制微处理器(通过硬件或软件)的计算机程序指令评估由成像装置所捕捉的成像数据以分析或将计算基于由样品凝胶、印迹或膜所发射的光的特定波长和/或用于照射样品凝胶、印迹或膜的光的特定波长。

因此，如本文中所描述的显微系统仪器可包括微处理器，该微处理器可进一步为用于控制成像仪器的操作的处理设备的组件。该处理设备可经由总线通信地耦合到非易失性存储器设备。非易失性存储器设备可包括断电时保留所存储的信息的任何类型的存储器设备。存储器设备的非限制性示例包括电可擦除可编程只读存储器(“ROM”)、闪存存储器、或任何其他类型的非易失性存储器。在一些方面，存储器设备中的至少一些可包括处理设备可从中读取指令的非瞬态介质或存储器设备。非瞬态计算机可读介质可包括能够给处理设备提供计算机可读指令或其他程序代码的电子、光、磁或其他存储设备。非瞬态计算机可读介质的非限制性示例包括(但不限于)磁盘(多个)、存储器芯片(多个)、ROM、随机存取存储器(“RAM”)、ASIC、经配置的处理器、光存储、和/或计算机处理器可从中读取指令的任何其他介质。所述指令可包括由编译器和/或解释器从以任何合适的计算机编程语言(例如，C、C++、C#、Java、Python、Perl、JavaScript等)编写的代码中生成的处理器专用指令。

以上描述是说明性的而不是限制性的，并且在审阅本公开后，对于本领域技术人员将变得显而易见的是本发明可以以其他特定形式来实施而不脱离其基本特性。例如，上述方面中的任何一个可被结合到一个或若干不同的配置中，每个配置具有各方面的子集。此外，在全部前述说明中，出于说明的目的，阐述了众多具体细节以便提供对本发明的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节中的一些也可实践这些实施例。这些其他的实施例意在被包括在本发明的精神和范围内。因此，本发明的范围不是参考上面的描述确定的，而是应该参考下列待审批的权利要求以及它们的法律等效物的完整范围来确定。

Claims (23)

1.一种环状光源和显微相机组件，包括：

具有内周和外周的环状环；

设置在所述环状环中的内周和外周之间的至少一个光源；

任选地，定向相机，所述定向相机被定位在所述环状环的内周内并指向目标区域；

漫射器结构，所述漫射器结构被定位成接近于所述至少一个光源并位于所述至少一个光源和所述目标区域之间，使得来自所述至少一个光源的照明在照射所述目标区域之前穿过所述漫射器结构；以及

显微相机，所述显微相机被定位成捕捉由穿过所述漫射器结构的光所照射的目标区域的图像。

2.根据权利要求1所述的环状光源和显微相机组件，其中所述至少一个光源是多个LED。

3.根据权利要求2所述的环状光源和显微相机组件，其中所述多个LED是暖白LED。

4.根据权利要求2所述的环状光源和显微相机组件，其中所述多个LED是绿光LED。

5.根据权利要求1所述的环状光源和显微相机组件，其中所述显微相机被定位在所述目标区域的与所述环状环和漫射器结构相对的一侧。

6.根据权利要求1所述的环状光源和显微相机组件，其中所述显微相机组件不包括聚光透镜。

7.根据权利要求1所述的环状光源和显微相机组件，其中所述环状环在所述环状环的每个象限中包括至少一个独立可控的光源。

8.根据权利要求1所述的环状光源和显微相机组件，其中所述环状环和所述目标区域之间的z距离是可调节的。

9.一种环状光源和显微相机组件，包括：

具有内周和外周的环状环；

设置在所述环状环中的内周和外周之间的多个LED；

定向相机，所述定向相机被定位在所述环状环的内周内并指向目标区域；以及

显微相机，所述显微相机被定位成捕捉由从所述多个LED发出的光照射的所述目标区域的图像。

10.根据权利要求9所述的环状光源和显微相机组件，其中所述多个LED是暖白LED。

11.根据权利要求9所述的环状光源和显微相机组件，其中所述多个LED是绿光LED。

12.根据权利要求9所述的环状光源和显微相机组件，还包括：漫射器结构，所述漫射器结构被定位成接近于所述多个LED并且位于所述多个LED和所述目标区域之间，使得来自所述多个LED的照明在照射所述目标区域之前穿过所述漫射器结构。

13.根据权利要求9所述的环状光源和显微相机组件，其中所述环状环在所述环状环的每个象限中包括至少一个独立可控的LED。

14.根据权利要求9所述的环状光源和显微相机组件，其中所述显微相机组件不包括聚光透镜。

15.根据权利要求9所述的环状光源和显微相机组件，其中所述环状环和所述目标区域之间的z距离是可调节的。

16.根据权利要求9所述的环状光源和显微相机组件，其中所述显微相机被定位在所述目标区域的与所述环状环相对的一侧。

17.一种照明显微相机组件中的目标区域的方法，包括：

提供环状结构，所述环状结构具有设置在所述环状结构的内周和外周之间，接近于所述目标区域的多个光源；

指示所述多个光源中的至少一个进行照明；以及

通过漫射器结构将光传输到所述目标区域上。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步，其中所述多个光源在所述环状结构的每个象限内是单独可控的，并且指示所述多个光源中的至少一个进行照明进一步包括仅指示所述多个光源中的一个象限进行照明。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步，其中所述多个光源在所述环状结构的每个象限内是单独可控的，并且指示所述多个光源中的至少一个进行照明进一步包括指示所述多个光源中的两个相邻的象限进行照明。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括调节所述环状结构和所述目标区域之间的z距离。

21.根据权利要求17所述的方法，其中从所述多个光源发射的光被偏置成从在所述环状结构的一侧的光源发射。

22.根据权利要求17所述的方法，其中从所述多个光源发射的光具有窄波长带。

23.根据权利要求17所述的方法，其中从所述多个光源发射的光被偏置成从在所述环状结构的一侧的光源发射，并且具有窄波长带。