CN110073266A - 显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显微镜(10)，包括带有多个透镜(38)的第一转台(28)和带有多个滤光模块(42)的第二转台(30)，第一转台(28)和第二转台(30)承载在同一枢轴(32)上并彼此独立地围绕该枢轴(32)旋转安装，第一转台(28)的每个透镜(38)和第二转台(30)的每个滤光模块(42)能够通过第一转台(28)和第二转台(30)的旋转布置到使用时的有效位置，其中第二转台(30)的滤光模块(42)插入在第一转台(28)的透镜和检测器(21)之间的光路中。

Description

显微镜

本发明涉及一种用于观察样本、特别是荧光的显微镜。

通过使用样本发出的荧光而不是样本反射或吸收的光，荧光显微镜可以用来研究样本的有机和无机特性。荧光基于的原理是，在具有特定波长的样本的激发之后所述样本自发地发射具有特定波长的光。样本可以是天然荧光的，也可以用一种叫作荧光团的特殊化合物处理。

传统上，荧光显微镜包括发光装置，该发光装置能够朝向物镜、然后朝向样本发射光束。滤光装置通常交错在来自样本的光的光路中，并且交错在通过观察装置接收之前。

在已知技术中，已经提出了许多装置来将滤光装置、物镜和发光装置相对于彼此定位。但是，所提出的装置在使用中的精度和长期可靠性方面都不令人满意。

在文献WO2008/022139中描述的特定配置中，已经提出将发光装置和滤光装置布置在移动模块中。提供这些模块是为了使其处于用于分析样本的工作位置。这种安装类型涉及移动构件的发光装置的电源，这被证明是难以实现的。

本发明特别旨在为上述现有技术的问题提供简单、有效和经济的解决方案。

为此，本发明提出了一种用于观察样本的显微镜，包括支撑多个物镜的第一转台和支撑多个滤光模块的第二转台，第一转台和第二转台由同一个固定枢轴支撑并围绕该枢轴彼此独立地旋转安装，第一转台的每个物镜和第二转台的每个滤光模块能够通过第一转台的旋转和第二转台的旋转布置在使用下的工作位置，其中第二转台的模块在第一转台的物镜和检测器之间的光路中交错。

根据本发明，放大物镜旋转安装在与支撑滤光模块的枢轴相同的枢轴上，这使得可以通过去除由于使用支撑件而导致的不精确来保证彼此独立地固定的滤光模块和物镜在工作位置的定位具有更好的精度。

另外，使用同一个枢轴使得可以保证面向外部冲击保持精度，外部冲击以相同的方式影响第一转台和第二转台。

在本发明的一个具体实施例中，枢轴在显微镜的使用位置相对于竖直方向侧倾地倾斜。

优选地，第二转台布置在第一转台下方。样本携带台有利地布置在第一转台上方。

根据本发明的特征，每个转台通过由枢轴支撑的两个滚动轴承绕枢轴旋转引导。

而且，第二转台可以包括围绕第二转台的第一和第二轴承安装的滤光模块的支撑板，第一转台还可以包括固定在围绕第一和第二相关轴承的环上的物镜的支撑板。

根据本发明的特征，每个滤光模块包括壳体，壳体包括第一开口和第二开口，使得样本发出的光穿过第一开口、然后穿过第二开口，每个滤光模块的壳体支撑二向色滤光器，二向色滤光器布置在第一开口中并且适于将由相关发光模块发射的光朝向物镜反射，并使得预定波长的光可以通过二向色滤光器。

为了去除来自样本的光的激发波长，每个滤光模块因此可以包括能够抑制光源波长的发射滤光器，该发射滤光器布置在第二开口中。实际上，该发射滤光器是一种非常有选择性的带通滤光器。

根据本发明，显微镜包括固定的发光装置，该发光装置能够发射光束以沿给定的光路照射样本。这些发光装置可以由多个发光模块形成，这些发光模块是固定的并且被配置为两个接两个地发射波长不同的光束。

与现有技术不同，发光和滤光功能是分离的，这有利于维护操作。此外，使用固定发光装置可以将它们简单地连接到电源并简单地定位它们。容易理解的是，可以在没有第一转台和第二转台必须由同一个枢轴支撑的情况下实现如上所述的固定发光装置与移动滤光装置的组合。

根据本发明的另一个特征，每个发光模块在运行时与单个滤光模块相关联，发光模块和相关联的滤光模块彼此相对定位，使得当所述滤光模块和第一转台的物镜处于工作位置时，所述发光模块的光束由所述滤光模块的二向色滤光器发送回到物镜。

这种布置使得可以使发光模块在显微镜的荧光功能范围内与滤光模块配合。

容易理解的是，由于发光模块是固定的，因此需要将激发光朝向物镜送回的滤光模块的二向色滤光器不会相对于枢轴相同地定位在第二转台上。

根据本发明的特征，发光模块以圆拱形状定位在平台上并且固定到显微镜的框架上。

根据本发明的另一个特征，第二转台可以通过电动装置控制旋转，该电动装置由用于控制滤光模块的工作定位的装置致动，这些控制装置能够操作给定的发光模块。

旋转辊可以例如通过传动带与第一转台旋转耦合。因此，用户可以借助于辊将期望的物镜定位在工作位置，这可由用户直接触及。

为了便于维护操作或便于使用显微镜，每个滤光模块可以安装成使得它们可以在第二转台上移除。

本发明还涉及一种发光模块，特别是用于与如上所述的显微镜一起使用并且包括管状体，该管状体包括在第一端处的半导体类型的光源和从与第一端相对的第二端插入在所述主体内的环形肩部上的透镜，滤光器支撑件通过弹性构件装配到透镜上，所述弹性构件由主体的第二端的止动环轴向施加预应力并且轴向锁定。

在发光模块的这种配置中，滤光器的支撑件由通过轴向止动环装配到透镜上的弹性构件直接锁定。事实证明，这种组件简单、快速、无需太多处理。另外，当必须对透镜进行维护时，可以通过预先移除弹性构件、然后移除滤光器支撑件来容易地更换透镜。这种拆卸不会影响光源，光源仍然位于管状体的第一端。

最后，透镜在管状主体的环形肩部上的定位使得透镜相对于光源的精确轴向定位成为可能，支撑透镜的肩部与光源保持不变的距离。

根据另一个特征，支撑件包括形成垫片的环形段，该垫片装配在透镜的凸面和弹性构件之间。

这种安装使得可以通过施加在垫片上的弹性构件插入支撑滤光器的垫片，垫片轴向地施加在透镜上，这不需要拧紧，因此避免了可能刮擦透镜表面的旋转运动。另外，这种安装限制了将透镜和滤光器固定在管状体中所需的部件数量，使得可以获得非常紧凑的发光模块。

而且，这种部件数量的限制使得另外可以容易地将光源、透镜和滤光器相对于彼此的轴向定位。

优选地，环形段连接到圆柱形套筒，该圆柱形套筒从透镜下游延伸、由止动环围绕并在其与透镜相对的端支撑带通滤光器。

将滤光器安装在由用于保持支撑件的垫片的弹性构件和弹性构件的止动环包围的圆柱形套筒上使得可以简单快速地组装发光模块的不同元件，同时保证最佳发光模块的紧凑性。

另外，根据本发明的另一个特征，光阑插在光源和透镜之间，并与主体由单个部件制成。

光阑的开口可以具有朝向主体的第二端扩口的区段，优选地被截断。开口的这种部分朝向底部连续增加，使得可以限制光阑开口内表面上的光反射。它还使得可以相对于光源和透镜的光轴更精确地定位光阑。

透镜的径向外周边可以插入朝向主体的第一端扩口的截头横截面凹槽中，以便减小施加到透镜外周边的机械应力。

在本发明的实际实施例中，环形肩部分隔容纳光阑的第一上游主体部分和容纳透镜的第二下游主体部分、滤光器支撑件、弹性构件和止动环。

在阅读作为非限制性示例的以下描述并参考附图时，本发明将得到最好的理解，并且本发明的其他细节、优点和特征将显现，在附图中：

-图1是根据本发明的显微镜的示意性立体俯视图，其中示出了遮盖装置的分解图；

-图2是从侧面和从前面看来自根据本发明的显微镜内部的示意性立体图；

-图3是从后面和顶部看的类似于图2的视图；

-图4是根据本发明的显微镜沿着从前部和后部延伸并包含枢轴的竖直平面的示意性横截面图；

-图5是图4中划线区域的放大比例视图，如虚线所示；

-图6是第一转台及其用于绕枢轴旋转驱动的机构的示意性立体图；

-图7是第一转台围绕枢轴分度的示意图；

-图8是第一转台和第二转台的示意性立体图，其中具有用于驱动第二转台的机构；

-图9是仅第二转台及其用于绕枢轴驱动的机构的示意性立体图；

-图10是第二转台的分离的示意性立体图；

-图11A是滤光模块的分离的示意性横截面图；

-图11B是滤光模块的示意性立体图；

-图12是发光装置的示意性立体图；

-图13是根据本发明的发光模块的示意性立体图和剖视图；

-图14是集成在图13的发光模块中的弹性垫圈的示意图。

首先，参考图1，其示出了根据本发明的显微镜10的实施例，该显微镜10例如用于观察样本的荧光或者也可以用于可能地通过样本的相衬来观察透射光。

如图1所示，显微镜10主要包括：

-用于由操作者或用户显示和输入数据的触摸屏12；

-屏幕的支撑框架14，包括支撑屏幕12的臂16或杆，并且连接到与屏幕相对的一端，具有基本平坦的基座18；

-整流罩装置20A、20B、20C，由框架14支撑，并容纳用于定位物镜和滤光器的机构、发光装置、电动装置、检测器21以及用于控制发光装置和电动装置的装置；

-样本保持器工作台22，其设置有用于在样本台上移动样本的装置，该台22布置在整流罩元件20A、20B、20C上方。

显微镜10可包括用于调节框架14中基座18的平坦度/稳定性的装置，这些装置包括例如螺纹杆24，其一端拧入基座18中，另一端包括支撑盘26，每个螺纹杆24的拧紧深度使得可以调节从基座到盘26的距离，以调节基座的平坦度，从而调节显微镜10的框架14的平坦度。

整流罩装置包括三个单独的元件20A、20B、20C，第一侧面元件20B、第二侧面元件20C和前整流罩元件20A，即，当使用显微镜10时这些元件与操作者相对布置。前整流罩20A可以被用户移除以触及物镜，这将在下面的描述中更清楚地显示。

用于定位物镜和滤光器的机构包括第一转台28和第二转台30，第一转台28和第二转台30由同一个固定枢轴32支撑并围绕该枢轴32可旋转地安装(图4至9)。第一转台28和第二转台30中的每一个能够围绕枢轴彼此独立地旋转。可以看出，枢轴32由杆形成并且相对于竖直方向侧倾地倾斜。更具体地，沿着空间的三个正交方向X、Y和Z(图2)，枢轴32的轴线34包含在平面XZ(即从前向后延伸的平面)中，并且其法线在朝向前方的平面XZ从顶部到底部指向。枢轴32的轴线34可相对于轴线Z的竖直轴线倾斜5°至60°之间的角度，优选地为30°。选择该角度以使得可以通过移除整流罩或帽元件20A来简单地触及第一转台28的物镜。容易理解的是，当显微镜10处于使用位置时，框架14的基座18延伸到平面XY中。

应注意，第一转台28的轴线和第二转台30的轴线在安装位置与枢轴32的轴线34组合，使得应用相同的附图标记。

如在图2和4中更具体地表示的，第二转台30布置在第一转台28下方，使得第一转台28可以被限定为上转台，第二转台30可以被限定为下转台。第一转台30包括板36，板36包括围绕第一转台28的轴线34规则分布的开口，并且其中插入放大/聚焦物镜38。第二转台30还包括板40，板40包括围绕第二转台30的轴线34规则分布的开口并且其中插入了滤光模块42。滤光模块42的具体定位将在下面参考图10和12的描述中更清楚地显示。

如图4所示，每个滤光模块42和每个物镜能够进入工作位置，其中滤光模块42插入第一转台28的物镜38和由基座46支撑的光学反射表面44之间的光路中。

枢轴32包括两个下端32A和上端32B。枢轴32的下端32A插入并固定在基座46的孔中，基座46固定在框架14的基座18上(图4和图5)。枢轴32包括环形凹槽48，环形凹槽48形成用于将枢轴32的下端32A插入基座46中的止动件。

第一转台28和第二转台30分别通过第一滚动轴承50、54和第二滚动轴承52、56(更具体地通过滚珠轴承)可旋转地引导。轴承50、52、54、56中的每一个包括固定到固定枢轴32的内圈形圈50A、52A、54A、56A和用于与转台28、30一起旋转的外环形圈50B、52B、54B、56B。下转台30的第一轴承50借助于环形槽48通过其内圈50A支撑，并通过内圈形垫圈58与第二轴承52的内圈52A间隔开，内圈形垫圈58施加在枢轴32上并且分离下转台30的第一轴承50的内圈形圈50A和第二轴承52的内圈形圈52A。环形楔60插入第二转台30的第二轴承52和第一转台28的第一轴承54之间。更具体地说，该楔形件60仅与轴承52、54的内圈52A、54A接触。另一个内部环形间隔件62插入第一转台28或上转台的第一轴承54的圈54A和第二轴承56的圈56A之间。

更具体地，下转台30的板40包括中央开口，使得板40可以围绕枢轴32安装。板40的限定中央开口的径向内周边缘64作为止动件安装在基座48的方向上位于第一转台30的第一轴承50的外环形圈50A上，并且所述周边边缘64的上端布置有与环绕上转台30的第一轴承54和第二轴承56的圈66的下端相对的轴向间隙。下转台30的板40的内周边缘64旋转固定到第二转台30的第一轴承50和第二轴承52的外圈50A、52A上，圈66旋转固定在第一转台28的第一轴承54和第二轴承56的外圈54A、56A上。上转台28的板36通过拧紧在圈66的上环形端部上而固定。

因此，当运行时，第一转台28可独立于第二转台30旋转，但保持轴向固定到第二转台30，即沿枢轴32的轴线34固定。

在同一个固定枢轴32上实现第一转台28和第二转台30中的每一个的旋转定位使得可以保证滤光模块42和物镜38之间的良好相对定位。此外，对在显微镜10的框架14的可能冲击不会引起物镜38相对于滤光模块42的任何错位。

从图4至图6中可以看出，星形轮68安装在上转台28的板36的支撑圈66周围并与其旋转连接。该星形轮68由传动带70带动，传动带70也由辊74的另一个星形轮72带动，星形轮72旋转地支撑在固定到框架14上的销76上。该销76沿着基本平行于枢轴32的轴线的轴线78延伸。辊74设置成当整流罩元件在底盘14上就位时可从显微镜的外部接近。

图7示出了第一转台28的板36的外周与框架14之间的配合，以便在物镜的每个使用位置中实现第一转台28在框架14上的旋转分度。为此，外周边包括与由框架14支撑的球柱塞80配合的多个凹腔(未示出)，该球旨在容纳在板36的凹腔中，从而可以实现第一转台28的板36保持在工作位置。

第二转台30的板40的外周边缘包括用皮带83带动的传动装置82，皮带83也由星形轮84带动，星形轮84由连接到控制装置90的电动装置88的轴线支撑，控制装置90也能够控制发光装置92的运行，如下面的描述(图2、图8和图9)所示。

每个滤光模块42包括轴线96的管状壳体94，其包括第一开口98和第二开口100，第一开口98和第二开口100布置在管状壳体94的端部并且由滤光元件42的壳体94的轴线96穿过。第一开口98容纳二向色滤光器102，其特性在于在反射和透射中具有选择性。因此，这种二向色滤光器102能够反射特定波长并且能够使其他特定波长通过。第二开口100容纳对应于激发波长(更具体地是相关发光模块92的激发波长)的特定波长的发射滤光器或抑制器滤光器104。每个滤光模块42的二向色滤光器102沿着相对于滤光模块42的壳体94的轴线96侧倾倾斜的平面延伸。每个滤光模块42的发射滤光器104沿着基本垂直于壳体94的轴线96的平面延伸。应当注意，在使用时的工作位置，每个滤光模块42的轴线96位于光路中。

而且，每个滤光模块42包括外环形肩部106，其在板40的开口中形成模块42的安装止动件(图11A)。每个模块42包括在第二转台30的板40的开口中围绕轴线96旋转的分度装置(图11B)。分度装置包括通向开口的凹槽97，并且销99能够插入其中(图10和图11B)。板40包括用于在第二转台30的板40的开口中的模块的锁定装置108。这些锁定装置包括两个带有偏置头的螺钉108，其布置在模块42的两侧，并通过旋转抵靠模块42的壳体94。

根据本发明的显微镜的发光装置包括多个发光模块92，发光模块92由圆拱形状的平台110支撑，固定到框架14(图12)。发光模块92定位成在滤光模块42的方向上发射入射光束，滤光模块42通过其二向色滤光器102将光发送回物镜38直到样本。样本发出的光通过物镜、然后通过滤光模块42，并被基座46支撑的反射表面44朝向检测器21反射，然后显示在观察屏12上。

发光模块92被配置为发射波长不同的光束，并且每个发光模块92与单个滤光模块42相关联。因此，对于将发光模块92与滤光模块42相关联的每个给定对，应理解，滤光模块42的二向色滤光器102能够将入射光束的波长朝向物镜38发送回样本，并且二向色滤光器102的透射特性使得可以透射由样本发射的波长，发射滤光器104用于吸收入射光。

由于使用固定发光模块92，发光模块92和相关联的滤光模块42彼此相对定位，使得当所述滤光模块42和物镜38处于与使用位置对应的工作位置时，所述发光模块92的光束被所述滤光模块42的二向色滤光器102送回样本。因此可以理解，滤光模块42的二向色滤光器102并非全部围绕第二转台30的旋转轴线34定向。

固定发光模块92的使用使得可以非常精确地将它们定位在框架14上，这有利于每个发光模块92的光束朝向滤光模块42的定向。此外，使用结构上独立于滤光模块42的发光模块92使得有可能促进用户的干预。

在图中所示的实施例中，显微镜10包括四个滤光模块42和四个发光模块92，发光模块92如上所述与给定滤光模块42配合。

每个发光模块92包括管状主体112，管状主体112包括第一上游端114和第二下游端116(图13)。该管状主体112由第一部分118和第二部分120形成。第一部分118和第二部分120具有基本上圆柱形的内部形状并且在其连接处限定环形肩部。第一部分的内径小于第二部分120的内径。主体112的第一端114支撑固定到散热器128的半导体类型的光源126，光源126可以在容纳在主体112的第一部分118中的光阑130的方向上发射光束。光阑130包括在主体112的第二部分120的方向上张开的截头开口132。有利地，光阑与第一部分118由单个部件形成，如图13所示。会聚透镜134从主体112的第二端116插入主体112的第二部分120的环形肩部122上。它包括：基本平坦的上游面134A和凸起的下游面134B，其上施加有带通滤光器140支撑件138的环形段136或垫片，该带状滤光器支撑件138由弹性构件142装配。滤光器支撑件138的垫片136包括与凸形的弯曲的环形表面139部分互补的凹形的弯曲的环形表面137，在该表面上，它要与之接触，以获得抵靠表面支撑件的表面。弹性构件的轴向止动开口环143安装在主体112的第二端116的凹槽中并轴向锁定具有轴向预应力的弹性构件。如图14所示，弹性构件142是金属垫圈，其在圆周方向沿垫圈的轴线具有波纹。因此，滤光器支撑件138的环形段136通过弹性预应力弹性构件142施加在透镜134的凸面134B上。

支撑件138的环形段136在下游连接到圆柱形套筒144，其自由端，即与透镜134相对的端支撑带通滤光器140，称为激发滤光器，使得可以专门选择从发光模块92发出的光源的波段。

将滤光器140安装在由用于保持支撑件138的垫片136的弹性构件142和弹性构件142的止动环143围绕的圆柱形套筒144上使得可以简单快速地组装发光模块92的不同元件，同时保证发光模块92的最佳紧凑性。

如图13中可见，透镜134的径向外周边插入在主体112的第一端114上游或朝向其张开的截头横截面凹槽146中。这种配置使得可以限制所施加的安装和装配到透镜134上的机械应力。

在未在图中示出的实施例中，根据本发明的显微镜10可用于产生白光发光，因此该光从物体携带台的顶部通过样本发射。可以在源和物体携带台之间插入相衬环。

发光装置还能够在由第二转台支撑的分束器的方向上发射白光束。因此，发光装置可以包括由平台支撑的特定发光模块，其与支撑在第一开口中的给定滤光模块(分束器)配合。

Claims (15)

1.一种用于观察样本的显微镜(10)，包括支撑多个物镜(38)的第一转台(28)和支撑多个滤光模块(42)的第二转台(30)，所述第一转台(28)和所述第二转台(30)由同一个枢轴(32)支撑并且彼此独立地围绕所述枢轴(32)旋转安装，所述第一转台(28)的每个物镜(38)和所述第二转台(30)的每个滤光模块(42)能够通过所述第一转台(28)的旋转和所述第二转台(30)的旋转布置在工作位置，其中所述第二转台(30)的滤光模块(42)交错在检测器(21)和所述第一转台(28)的物镜之间的光路中。

2.根据权利要求1所述的显微镜，其中，轴线(34)在所述显微镜(10)的使用位置相对于竖直方向侧倾地倾斜。

3.根据权利要求2所述的显微镜，其中，所述第二转台(30)布置在所述第一转台(28)下方。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的显微镜，其中，每个转台(28，30)通过由所述枢轴(32)支撑的两个滚动轴承(50，52，54，56)绕所述枢轴(32)旋转引导。

5.根据权利要求4所述的显微镜，其中，所述第二转台(30)包括安装在所述第二转台(30)的第一轴承(50)和第二轴承(52)周围的滤光模块(42)的支撑板(40)，所述第一转台(28)包括固定在围绕所述第一轴承(54)和所述第二轴承(56)的环(70)上的物镜的支撑板(36)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的显微镜，其中，每个滤光模块(42)包括壳体(94)，所述壳体包括第一开口(98)和第二开口(100)，使得由所述样本发射的光穿过所述第一开口(98)然后穿过所述第二开口(100)，每个滤光模块(42)的壳体(94)支撑二向色滤光器(102)，所述二向色滤光器(102)布置在所述第一开口(98)中并且适于朝向物镜(38)反射由发光装置(92)发出的光并使预定波长的光通过所述二向色滤光器(102)。

7.根据权利要求6所述的显微镜，其中，每个滤光模块(42)包括能够抑制光源波长的发射滤光器(104)，所述发射滤光器(104)布置在所述第二开口(100)中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的显微镜，其中，所述发光装置包括多个固定发光模块(92)，所述固定发光模块(92)被配置为发射波长不同的光束。

9.根据权利要求6和权利要求8所述的显微镜，其中，每个发光模块(92)在工作时与单个滤光模块(42)相关联，发光模块(92)和相关联的滤光模块(42)彼此相对定位，使得当所述相关的滤光模块(42)和所述第一转台(28)的物镜(38)处于工作位置时，所述发光模块(92)的光束由所述二向色滤光器(102)从所述相关的滤光模块(42)被发送回所述物镜(38)。

10.根据权利要求8或9所述的显微镜，其中，所述发光模块(92)定位在圆形平台(110)上并且固定到所述显微镜(10)的框架(14)上。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的显微镜，其中，每个发光模块(92)包括管状主体(112)，所述管状主体(112)包括位于第一端(114)的光源(126)和从与所述第一端(114)相对的第二端(116)插入在所述主体(112)内部的环形肩部(122)上的透镜(134)，滤光器(140)支撑件(138)通过预先被施加轴向应力的弹性构件(142)装配到所述透镜(134)上，并通过所述主体(112)的第二端(116)的止动环被轴向锁定。

12.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜，其中，所述第二转台(30)通过由用于控制滤光模块(42)的工作定位的装置(90)致动的电动装置(88)控制旋转，所述控制装置能够操作给定的发光模块(92)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜，其中，旋转辊(74)例如通过传动带(70)与所述第一转台(28)旋转耦合。

14.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜，其中，每个滤光模块(42)被安装成使得它们能够在所述第二转台(30)上被拆卸。

15.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜，其中，所述显微镜包括布置在所述第一转台(28)上方的样本携带台(22)。