CN110927950A - 荧光照明装置和显微成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光照明装置和显微成像系统，该荧光照明装置包括：滤光立方体包括：具有第一开口和第二开口的外壳，第一开口和第二开口相对设置；多色荧光光源，固定于外壳内部；第一多波段滤光片，设置于多色荧光光源的出光侧；多波段二向色镜，沿第一光轴，设置于第一多波段滤光片远离多色荧光光源的远端；经多波段二向色镜反射后，光线沿第二光轴传播；第二光轴穿过第一开口和第二开口，第二光轴与第一光轴交叉。本发明实施例提供的技术方案，可在提供多种不同波段的荧光光源的同时，简化荧光照明装置的结构，降低其成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及荧光显微成像技术领域，尤其涉及一种荧光照明装置和显微成像系统。
背景技术
随着显微成像技术的发展，荧光显微镜作为一种实验观察或者测试工作所用的设备，其应用越来越广泛。通常，为了实现对样品中不同荧光物质的观察，需要配备多种不同的荧光光源。荧光光源可采用水银和氙弧型灯，但其寿命较短，且成本高昂；或可采用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)光源作为荧光光源，LED光源出光效果较好，且成本较低。但是，当需要多种不同的LED光源提供荧光时，则需要考滤光源切换的问题。
现有技术提供了一种光立方(也称为滤光立方体)，通过在一个立方体中集成设置单色光源、单色滤光片以及单色二向色镜，并在荧光显微镜中设置多个光立方，则可根据需要进行不同光立方之间的切换，从而提供多种不同波段的光源。但是，这种荧光显微镜结构中，每个光立方只能提供一种光源；同时，每个光立方都要设置各自的一套独立的单色滤光片和单色二向色镜。由此，不仅使得荧光显微镜的整体结构较复杂，而且其成本也较高。
发明内容
本发明实施例提供一种荧光照明装置和显微成像系统，以在提供多种不同波段的荧光光源的同时，简化荧光照明装置的结构，从而有利于简化显微成像系统的结构，降低荧光照明装置以及显微成像系统的成本。
本发明实施例提出一种荧光照明装置，该荧光照明装置包括：滤光立方体包括：
具有第一开口和第二开口的外壳，所述第一开口和所述第二开口相对设置；
多色荧光光源，固定于所述外壳内部；
第一多波段滤光片，设置于所述多色荧光光源的出光侧；
多波段二向色镜，沿第一光轴，设置于所述第一多波段滤光片远离所述多色荧光光源的远端；
经所述多波段二向色镜反射后，光线沿第二光轴传播；所述第二光轴穿过所述第一开口和所述第二开口，所述第二光轴与所述第一光轴交叉。
在一实施例中，所述第二光轴与所述第一光轴垂直。
在一实施例中，所述多色荧光光源包括多色LED光源。
在一实施例中，所述多色LED光源包括至少两种不同颜色的单色LED光源。
在一实施例中，该荧光照明装置还包括聚光透镜；所述聚光透镜设置于所述多色荧光光源与所述第一多波段滤光片之间的光路中。
在一实施例中，该荧光照明装置还包括辅助滤光结构；沿所述第二光轴，所述辅助滤光结构设置于所述多波段二向色镜的透光侧。
在一实施例中，所述所述辅助滤光结构包括第二多波段滤光片；
所述第二多波段滤光片设置于所述外壳的内部，且覆盖所述第二开口。
在一实施例中，所述辅助滤光结构包括滤光转盘；
所述滤光转盘设置于所述外壳的外部，且所述滤光转盘的滤光有效位置转动覆盖所述第二开口。
本发明实施例还提供一种显微成像系统，该显微成像系统包括上述任一种荧光照明装置；还包括：样品台、物镜以及图像传感器；
所述样品台、所述物镜、所述多波段二向色镜以及所述图像传感器沿所述第二光轴依次设置。
在一实施例中，该显微成像系统还包括白光光源；
所述白光光源设置于所述样品台背离所述物镜的一侧。
本发明实施例提供的荧光照明装置和显微成像系统，通过设置滤光立方体包括：具有第一开口和第二开口的外壳，第一开口和第二开口相对设置；多色荧光光源，固定于外壳内部；第一多波段滤光片，设置于多色荧光光源的出光侧；多波段二向色镜，沿第一光轴，设置于第一多波段滤光片远离多色荧光光源的远端；经多波段二向色镜反射后，光线沿第二光轴传播；第二光轴穿过第一开口和第二开口，第二光轴与第一光轴交叉；可在提供多种不同波段的荧光光源的同时，简化荧光照明装置的结构，降低其成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种荧光照明装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的荧光照明装置中多色LED光源的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种荧光照明装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种荧光照明装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种显微成像系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供的荧光照明装置(也可称为“荧光光源”或“显微光源”)和显微成像系统(也可称为“荧光显微镜”或“显微镜结构”)，提出了一种新型多通道显微光源方案，具体的：利用多波段滤光片和多波段二向色镜，将多种波段不同的荧光光源集成在同一个立方体中。从而，在提供多种不同波段需求的荧光光源的同时，可避免多个不同立方体之间的切换；进而，精简了荧光光源和荧光显微镜的结构，节省了成本。
下面，结合图1-图5，对本发明实施例提供的荧光照明装置和显微成像系统进行示例性说明。
图1是本发明实施例提供的一种荧光照明装置的结构示意图。参照图1，该荧光照明装置00包括滤光立方体10(也可称为“光立方10”)，包括：具有第一开口111和第二开口112的外壳110，第一开口111和第二开口112相对设置；多色荧光光源120，固定于外壳110内部；第一多波段滤光片130，设置于多色荧光光源120的出光侧；多波段二向色镜140，沿第一光轴X，设置于第一多波段滤光片130远离多色荧光光源120的远端；经多波段二向色镜140反射后，光线沿第二光轴Y传播；第二光轴Y穿过第一开口111和第二开口112，第二光轴Y与第一光轴X交叉。
其中，沿第一光轴X，多色荧光光源120出射的光线被第一多波段滤光片130过滤，形成特定波段的荧光，后该特定波段的荧光被多波段二向色镜140反射后，经第一开口111出射。出射的荧光照射到样品，激发样品发光；沿第二光轴Y，样品发出的光线先后经过第一开口111、二向色镜140以及第二开口112，以被显微镜结构中的光电探测器件接收。
其中，多色荧光光源120可发出多种不同波段的光线，第一多波段滤光片130可对多种波段的光线进行过滤，多波段二向色镜140可对应地对多种波段的光线进行反射，从而利用同一个光立方提供不同波段的多种荧光。
如此设置，可利用一个光立方中的一套光学元件(即多波段滤光片130和多波段二向色镜140)即可实现提供不同波段的光源，从而荧光照明装置的结构简单，有利于简化显微成像系统的整体结构，降低其成本。
在一实施例中，第二光轴Y与第一光轴X垂直。
如此设置，可使光路较简单，同时荧光照明装置00的设计难度以及制程工艺难度较低。
在其他实施方式中，第一光轴X和第二光轴Y还可设置为其他交叉角度，可根据荧光照明装置00的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。
结合图1和图2，在一实施例中，多色荧光光源120包括多色LED光源1200。
如此设置，利用LED光源，可使多色荧光光源120的出光效果较好，且成本较低，从而有利于降低荧光照明装置00以及显微成像系统的成本。
在其他实施方式中，多色荧光光源120还可采用本领域技术人员可知的其他类型的光源，本发明实施例对此不赘述也不限定。
继续参照图2，在一实施例中，多色LED光源1200包括至少两种不同颜色的单色LED光源，图2中分别以第一颜色光源121、第二颜色光源122和第三颜色光源123示出。
如此设置，可使多色LED光源1200能够提供多种不同颜色的荧光。
示例性的，每种单色LED光源的数量可以是1个、2个或更多个；各种颜色不同的单色LED光源可随机排列、可有序依次排列、可均匀或不均匀的交替排列，均可根据荧光照明装置00的实际需求灵活设置，本发明实施例对此不作限定。
参照图3或图4，在一实施例中，该荧光照明装置00还包括聚光透镜150；聚光透镜150设置于多色荧光光源120与第一多波段滤光片130之间的光路中。
如此设置，可利用聚光透镜150将多色荧光光源120出射的光线汇聚至多波段滤光片130的入光面，从而提高多色荧光光源120的光线利用率。
示例性的，聚光透镜150可为凸透镜。
继续参照图3或图4，在一实施例中，该荧光照明装置00还包括辅助滤光结构160；沿第二光轴Y，辅助滤光结构160设置于多波段二向色镜140的透光侧。
如此设置，可利用辅助滤光结构160对由多波段二向色镜140投射的光线进行过滤，从而获得实际需求的荧光。
继续参照图3，在一实施例中，辅助滤光结构160包括第二多波段滤光片161；第二多波段滤光片161设置于外壳110的内部，且覆盖第二开口112。
如此设置，在实现滤光的同时，可使辅助滤光结构160的结构简单、且体积较小。从而有利于简化荧光照明光源00的整体结构。
继续参照图4，在一实施例中，辅助滤光结构160包括滤光转盘162；滤光转盘162设置于外壳110的外部，且滤光转盘162的滤光有效位置转动覆盖第二开口112。
如此设置，在实现滤光的同时，可将辅助滤光结构160独立于外壳110之外设置，从而外壳110内部的结构较少，外壳整体可较小；且便于将外壳110及其内部结构作为一个独立的整体，与辅助滤光结构160各自独立的进行拆装，从而拆装便捷，有利于实现局部结构件的更替，有利于降低荧光照明装置00以及显微成像系统的维护成本。
本发明实施例提供的荧光照明装置00包括多色荧光光源120、聚光透镜150(例如凸透镜)、第一多波段滤光片130、第二多波段滤光片161以及多波段二向色镜140，上述组件均集成设置在一个立方体(即外壳110)中，该外壳110包括第一开口111和第二开口112。其中，多色荧光光源120、凸透镜、第一多波段滤光片130以及多波段二向色镜140处于同一轴线上，并依次排列；第二多波段滤光片161位于上述光轴的垂直一侧，并与多波段二向色镜140处于同一轴线上；第一开口111位于多波段二向色镜140背离第二多波段滤光片161的一侧，第二开口112位于第二多波段滤光片161背离多波段二向色镜140的一侧。其中，多色荧光光源120可为多色LED光源1200，根据待测样品的不同类型，或者样品中荧光物质的不同种类，多色荧光光源120可发射出与之对应的LED荧光。凸透镜设置于多色LED光源1200与第一多波段滤光片130之间，用于对多色LED光源1200发出的荧光进行聚焦。第一多波段滤光片130位于凸透镜和多波段二向色镜140之间，用于对多色LED光源发出的特定荧光进行过滤，第二多波段滤光片161用于对样品激发出来的发射光进行过滤。多波段二向色镜140用于反射多色LED光源1200发出的、且经第一多波段滤光片130过滤后形成的特定荧光。
本发明实施例提供的多色LED光源的实现方案中，多个不同颜色的LED光源设置在多色LED光源整体结构中，可提供多种不同颜色的荧光。每种单色的LED光源可以是1个，也可以是2个或者多个，可以随机排列，也可以有序依次排列，或者不均匀、均匀交替排列。
本发明实施例提供的荧光照明装置00中，第一多波段滤光片130、第二多波段滤光片161与传统的滤光片只能针对一种荧光进行过滤不同，其可以针对实现或者实际需求的多种荧光进行过滤，从而提供波段集中的多种荧光。多波段二向色镜140与传统的二向色镜只能反射一种荧光不同，其可以反射多种荧光。如此，在实现可提供多种不同波段的荧光的同时，荧光照明装置00的整体结构较简单，成本较低。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种显微成像系统，该显微成像系统包括上述上述任一实施例提供的荧光照明装置。因此该显微成像系统也具有上述荧光照明装置所具有的技术效果，可参照上文理解，在此不赘述。
示例性的，可参照图5，该显微成像系统20还包括：样品台210、物镜220以及图像传感器230；样品台210、物镜220、多波段二向色镜140以及图像传感器230沿第二光轴Y依次设置。
其中，多色LED光源(以多色荧光光源120示出)发出的特定荧光经过凸透镜聚焦，且经第一多波段滤光片130过滤后，经过多波段二向色镜140反射，穿过物镜220，进入样品台210上的样品中；样品中的荧光物质被特定荧光激发，发射出发射光，发射光经过物镜220、多波段二向色镜140、第二多波段滤光片161后，进入图像传感器230，并生成相应的图像。从而，完成荧光显微成像。
继续参照图5，在一实施例中，该显微成像系统20还包括白光光源240；白光光源240设置于样品台210背离物镜220的一侧。
如此设置，可利用白光光源240进行明场成像，以得到明场图像。
在其他实施方式中，显微成像系统20还可包括本领域技术人员可知的其他结构部件，本发明实施例对此不赘述也不作限定。
在其他实施方式中，荧光照明装置00还可应用于本领域技术人员可知的其他照明场景中，本发明实施例对此不赘述也不作限定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种荧光照明装置，包括滤光立方体，其特征在于：所述滤光立方体包括：
具有第一开口和第二开口的外壳，所述第一开口和所述第二开口相对设置；
多色荧光光源，固定于所述外壳内部；
第一多波段滤光片，设置于所述多色荧光光源的出光侧；
多波段二向色镜，沿第一光轴，设置于所述第一多波段滤光片远离所述多色荧光光源的远端；
经所述多波段二向色镜反射后，光线沿第二光轴传播；所述第二光轴穿过所述第一开口和所述第二开口，所述第二光轴与所述第一光轴交叉。
2.根据权利要求1所述的荧光照明装置，其特征在于，所述第二光轴与所述第一光轴垂直。
3.根据权利要求1所述的荧光照明装置，其特征在于，所述多色荧光光源包括多色LED光源。
4.根据权利要求3所述的荧光照明装置，其特征在于，所述多色LED光源包括至少两种不同颜色的单色LED光源。
5.根据权利要求1所述的荧光照明装置，其特征在于，还包括聚光透镜；所述聚光透镜设置于所述多色荧光光源与所述第一多波段滤光片之间的光路中。
6.根据权利要求1所述的荧光照明装置，其特征在于，还包括辅助滤光结构；沿所述第二光轴，所述辅助滤光结构设置于所述多波段二向色镜的透光侧。
7.根据权利要求6所述的荧光照明装置，其特征在于，所述所述辅助滤光结构包括第二多波段滤光片；
所述第二多波段滤光片设置于所述外壳的内部，且覆盖所述第二开口。
8.根据权利要求6所述的荧光照明装置，其特征在于，所述辅助滤光结构包括滤光转盘；
所述滤光转盘设置于所述外壳的外部，且所述滤光转盘的滤光有效位置转动覆盖所述第二开口。
9.一种显微成像系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的荧光照明装置；还包括：样品台、物镜以及图像传感器；
所述样品台、所述物镜、所述多波段二向色镜以及所述图像传感器沿所述第二光轴依次设置。
10.根据权利要求9所述的显微成像系统，其特征在于，还包括白光光源；
所述白光光源设置于所述样品台背离所述物镜的一侧。
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