CN114675411A - 滤光元件、光源模块、多通道荧光照明系统及荧光显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了滤光元件、光源模块、多通道荧光照明系统及荧光显微镜，其中，多通道荧光照明系统包括滤光元件及周向设置在滤光元件外部的多个荧光激发光源，滤光元件采用相交设置结构的第一分光膜和第二分光膜分别对不同的光源进行导光，第一分光膜与第二分光膜反射的波段不相同、透射的波段具有重叠，使不同位置的光源具有不同的荧光照明通道及相同的出光光路。本发明中的滤光元件可仅采用两片二向色镜，且以相交方式来缩小滤光区域，且在更换光源时仅需将相适配的光源按照第一分光膜与第二分光膜的特性而安装到相应位置，无需更换滤光元件而提高了更换光源的操作便捷性。

Description

滤光元件、光源模块、多通道荧光照明系统及荧光显微镜

技术领域

本申请涉及荧光显微镜领域，尤其涉及滤光元件、光源模块、多通道荧光照明系统及荧光显微镜。

背景技术

目前不同生物样品的荧光染料的多样化，对荧光显微镜的激发光源提出了各种波段的要求，针对这种要求，通常采用多个LED光源的折返光路，实现不同波长的荧光通道来满足对各式各样荧光染料的激发需求。如图14所示，LED-R为红光光源，LED-B为蓝光光源，LED-G为绿光光源，LED-UV为紫外光源，Filter cube为滤片立方体，滤片立方体包含激发滤片，二向色滤片和发射滤片，其中激发滤片只透过与样品对应荧光染料匹配的波段；二向色滤片反射透过激光滤片的波段，并透过荧光染料被激发后发射的波段；发射滤片透过荧光染料被激发后并透过二向色滤片的波段。

图14中的箭头方向示出了光线的发射方向，其中LED-R发出的红光依次透过第一个二向色镜和第二个二向色镜后入射该滤片立方体，LED-G发出的绿光先由第一个二向色镜反射后透过第二个二向色镜再入射该滤片立方体，LED-B发出的蓝光先透过第三个二向色镜后被第二个二向色镜反射再入射该滤片立方体，LED-UV发出的紫外光先由第三个二向色镜反射再由第二个二向色镜反射再入射该滤片立方体。

上述通常采用的方案中至少需要采用(位于滤片立方体的入光光路上的)三个二向色镜对LED-R、LED-B、LED-G、LED-UV四种光源进行透射和反射，因而光源模块(包括三个二向色镜)的体积庞大。

并且由于光源模块中的二向色镜的波长选择特性，造成更换光源的同时大概率需要更换二向色镜的不便，并且，二向色镜作为精密显微镜中的重要光学部件，一旦需要更换二向色镜就需要对其角度进行调试，操作难度和复杂度均对操作人员提出挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种多通道荧光照明系统，减小光源模块体积，并使得能够更便捷地更换光源。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种被配置为荧光照明的滤光元件，其包括滤光本体及设置在所述滤光本体上且相连接的第一分光膜和第二分光膜，所述第一分光膜的通带波长范围与所述第二分光膜的通带波长范围不同，所述滤光元件被配置为对位于不同位置的荧光激发光源发出的光线进行导光，并使所述位于不同位置的荧光激光光源的出光光路平行或至少部分重合。第一分光膜与第二分光膜相交设置，滤光本体避免了分散的布局，使得滤光元件能够实现小型化和产品化。

具体地，所述第一分光膜被配置为透射近红外光波段范畴内一种或多种波长的光线、可见光波段范畴内一种或多种波长的光线、近紫外光波段范畴内一种或多种波长的光线中的至少一种，且反射其中另外的一种或多种波长的光线；

所述第二分光膜被配置为透射近红外光波段范畴内一种或多种波长的光线、可见光波段范畴内一种或多种波长的光线、近紫外光波段范畴内一种或多种波长的光线中的至少一种，且反射其中另外的一种或多种波长的光线；

且所述第一分光膜与第二分光膜反射的光线的波长不相同。

进一步地，所述第一分光膜和第二分光膜被配置为其中一个分光膜透射近红外光、红光、橙色光、黄光、黄绿光、绿光中的一种或多种，且反射蓝光、蓝紫光、紫光、近紫外光中的一种或多种；

其中另一个分光膜被配置为透射黄光、黄绿光、绿光、蓝光、蓝紫光、紫光、近紫外光中的一种或多种，且反射近红外光、红光、橙色光中的一种或多种。

进一步地，所述第一分光膜与第二分光膜的通带波长范围部分重合，所重合的通带宽度大于或等于25nm，使得第一分光膜与第二分光膜均能够透过重合波段范围内的光波。

可选地，所述第一分光膜与第二分光膜相交设置以形成X形结构或V形结构，所述第一分光膜和第二分光膜被配置为其中一个分光膜透射位于第一位置的荧光激发光源发出的光线，且另一个分光膜反射位于第一位置的荧光激发光源发出的光线。X形结构为相交连接的其中一种方式，具有较好的对称性和紧凑结构，在一定的场景下，V形结构的分光膜可以作为X形结构的分光膜的简单置换。

进一步地，所述第一分光膜和第二分光膜被配置为均透射位于第二位置的荧光激发光源发出的光线。

作为其中一种技术方案，所述滤光本体包括两个二向色镜，所述两个二向色镜呈X形结构，所述第一分光膜与第二分光膜分别设置在对应的二向色镜上，所述两个二向色镜为一体结构或可分离的组合结构，一体结构可以增强X形滤光本体的稳定性，可分离的组合结构可以使得不同的分光膜组合得到多种滤光本体；或者，

所述滤光本体为棱镜，所述第一分光膜与第二分光膜分别镀设在棱镜内部，两个分光膜呈X形结构。

另一方面，本发明提供了一种光源模块，其包括多个被配置为电连接荧光激发光源的安装座及如上所述的滤光元件，所述安装座位于不同位置，其中至少一个安装座所安装的荧光激发光源发出的光线被所述第一分光膜和第二分光膜中的一个分光膜透射，且被另一个分光膜反射。

进一步地，不同的安装座被配置为电连接不同输出波长的光源，所述光源模块还包括设置在各个安装座与滤光元件之间的集光镜，所述滤光元件的第一分光膜与第二分光膜呈X形结构，所述滤光元件被配置为对通过所述集光镜的光线进行导光，并使安装在不同安装座上的荧光激光光源的出光光路至少部分重合。

作为其中一种技术方案，所述安装座包括相对设置在所述滤光元件两侧的第一安装座和第二安装座，安装在所述第一安装座处的第一荧光激发光源被配置为可更换为高于预设的第一波长值的不同光源，安装在所述第二安装座处的第二荧光激发光源被配置为可更换为低于预设的第二波长值的不同光源，其中，所述第一波长值高于第二波长值。进一步地，所述安装座还包括第三安装座，安装在所述第三安装座处的第三荧光激发光源被配置为可更换为介于第二波长值与第一波长值之间的不同光源。

作为其中另一种技术方案，所述安装座包括第一安装座和第三安装座，安装在所述第一安装座处的第一荧光激发光源的输出波长仅满足所述第一分光膜和第二分光膜中的一个的通带波长范围，安装在所述第三安装座处的第三荧光激发光源的输出波长同时满足第一分光膜的通带波长范围和第二分光膜的通带波长范围。

进一步地，所述第三安装座设置在所述滤光元件的其中一条中轴线上；

所述第一荧光激发光源发出的光线经第一分光膜反射后的传输方向与所述第三安装座所在的中轴线平行；所述第二荧光激发光源发出的光线经第二分光膜反射后的传输方向与所述第三安装座所在的中轴线平行。

进一步地，所述第一分光膜与第二分光膜的相交角度为90°，所述滤光元件具有第一中轴线和第二中轴线，所述第一安装座和第二安装座均设置在所述第一中轴线上，所述第三安装座设置在所述第二中轴线上。

进一步地，所述第一分光膜的通带波长范围为λ1至λ2，所述第二分光膜的通带波长范围为λ3至λ4，其中λ3小于λ1，λ1小于λ4，且λ4小于λ2；

所述第一荧光激发光源的输出波长范围为β3至β1，所述第二荧光激发光源的输出波长范围为β4至β2，所述第三荧光激发光源的输出波长范围为β5至β6，其中，β3大于或等于λ3，β1小于或等于λ1，β4大于或等于λ4，β2小于或等于λ2，β5大于或等于λ1，β6小于或等于λ4。第一分光膜和第二分光膜的特定的光学特性参数的选择，使得在更换荧光激发光源时，仅需选择合适波段的光源安装在符合上述大小关系的位置即可，而无需更换滤光元件，使得较简便地更换光源。

具体地，所述第一分光膜的通带波长范围为500nm至800nm，所述第二分光膜的通带波长范围为300nm至600nm；

所述第一荧光激发光源的输出波长范围介于300nm至500nm，所述第二荧光激发光源的输出波长范围介于600nm至800nm，所述第三荧光激发光源的输出波长范围介于500nm至600nm。这样的分光波长范围划分，可以很好地实现第一分光膜透射绿光和红光、反射蓝光和近紫外波段，第二分光膜透射近紫外、蓝光和绿光、反射红光，这样，若要更换红光光源，则将其更换为第二荧光激发光源；若要更换蓝光/近紫外光源，则将其更换为第一荧光激发光源；若要更换绿光光源，则将其更换为第三荧光激发光源。

本发明提供的光源模块还包括聚光镜，所述聚光镜与各个集光镜周向分布在所述滤光元件外部，其中，所述聚光镜设置在各个光源的出光光路上。这使得光源模块整体体积不仅因为滤光元件的紧凑结构而缩小，还能够因滤光元件与其外围光学部件的紧凑布局而进一步缩小光源模块的体积。

本发明提供的光源模块还包括光源配件，所述光源配件包括分别与不同位置的安装座相适配的一个或多个荧光激发光源；所述滤光元件保持不变，所述光源模块被配置为根据不同的荧光激发需求而选择光源配件，并将其安装到对应的安装座上。

进一步地，安装在不同安装座上的荧光激发光源发出的光束在经过所述滤光元件后，具有相重合的光轴。

再一方面，本发明提供了一种多通道荧光照明系统，其包括滤片立方体及如上所述的光源模块，所述滤片立方体设置在所述光源模块的出光光路上。

本发明另外还提供了一种基于如上所述的光源模块的荧光照明配置方法，选择或更换相适配的荧光激发光源，以满足不同的荧光激发需求，而所述滤光元件保持不变。

进一步地，所述的荧光照明配置方法进一步包括：

根据目标样品的荧光染料确定对应的荧光激发波长；

根据所述荧光激发波长确定对应的荧光激发光源和安装座，并将所确定的荧光激发光源安装在对应的安装座上。

进一步地，所述的荧光照明配置方法包括：

若所确定的荧光激发波长介于λ3至λ1，则选择对应的荧光激发光源安装在第一安装座上；

若所确定的荧光激发波长介于λ4至λ2，则选择对应的荧光激发光源安装在第二安装座上；

若所确定的荧光激发波长介于λ1至λ4，则选择对应的荧光激发光源安装在第三安装座上。

基于上述，本发明还提供了一种荧光显微镜，其包括物镜、样品载台及如上所述的多通道荧光照明系统，所述物镜设置在所述荧光照明系统的滤片立方体的出光侧，所述样品载台设置在所述物镜的出光侧。

进一步地，所述荧光显微镜还包括相机和成像镜头，其被配置为对在所述物镜处成像的目标样品采集图像信息。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.仅采用两片二向色镜，且以相交方式来缩小滤光区域，使得滤光元件比较小巧；

b.集光镜、聚光镜轴向分布在滤光元件的外周，与滤光元件形成紧凑格局，进一步缩小光源模块的体积，为荧光照明系统/荧光显微镜能够小型化发展提供基础；

c.在更换光源时仅需将相适配波段的光源按照第一分光膜与第二分光膜的特性安装到相应位置，而无需更换滤光元件，提高了更换光源的操作便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案或常规的技术方案，下面将对实施例或常规技术方案描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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是本发明的一个示例性实施例提供的具有多通道荧光照明系统的荧光显微镜的结构示意图；

图2是本发明的一个示例性实施例提供多个荧光照明通道的滤光元件的结构示意图；

图3是本发明的示例性实施例提供的具有多个荧光照明通道的荧光激发光源模块的结构示意图；

图4是本发明的示例性实施例提供的滤光元件为荧光激发光源提供的多荧光照明通道示意图；

图5是本发明的示例性实施例提供的滤光元件为其他荧光激发光源提供的多荧光照明通道示意图；

图6是本发明的示例性实施例提供的滤光元件的其中一个二向色镜的光学特性示意图，其中，横坐标单位为nm；

图7是本发明的示例性实施例提供的滤光元件的另一个二向色镜的光学特性示意图，其中，横坐标单位为nm；

图8是本发明的示例性实施例提供的具有多个荧光照明通道的荧光激发光源模块的结构示意图；

图9是本发明的示例性实施例提供的滤光元件的其中一个二向色镜的光学特性示意图，其中，横坐标单位为nm；

图10是本发明的示例性实施例提供的滤光元件的另一个二向色镜的光学特性示意图，其中，横坐标单位为nm；

图11是本发明的示例性实施例提供的滤光元件的其中一个二向色镜的光学特性示意图，其中，横坐标单位为nm；

图12是本发明的示例性实施例提供的滤光元件的另一个二向色镜的光学特性示意图，其中，横坐标单位为nm；

图13是本发明的示例性实施例提供的具有多个荧光照明通道的荧光激发光源模块的结构示意图；

图14是通常的一种多通道荧光照明系统的结构示意图。

其中，附图标记包括：

100-滤光元件，102-第一分光膜，104-第二分光膜，200-光源模块，202-集光镜，204-第一安装座，206-第二安装座，208-第三安装座，212-第一荧光激发光源，214-第二荧光激发光源，216-第三荧光激发光源，220-聚光镜，300-滤片立方体，302-激发滤片，304-二向色滤片，306-发射滤片，410-物镜，420-样品载台，430-相机，440-成像镜头。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种具有多个荧光照明通道的荧光照明系统，如图1所示，荧光照明系统包括光源、集光镜202、滤光元件100、聚光镜220、滤片立方体300，其中光源发出的光波依次经过集光镜202、滤光元件100、聚光镜220、滤片立方体300后成像在物镜410的出瞳处。

其中，滤光元件100被配置为将不同波长的光以不同的光路通道汇聚到聚光镜220及后续光路中，在本发明的一个实施例中，滤光元件100包括滤光本体及设置在所述滤光本体上且相连接的第一分光膜102和第二分光膜104，如图2所示，所述滤光本体包括两个二向色镜，所述两个二向色镜呈X形结构，所述第一分光膜102与第二分光膜104分别设置在对应的二向色镜上，因此第一分光膜102与第二分光膜104同样相交设置而形成X形结构，本发明实施例对两个二向色镜为一体结构或可分离的组合结构不作限定。在另一实施例中，第一分光膜102与第二分光膜104还可以相交成V形结构，无论是X形结构还是V形结构，都形成紧凑结构，减小了光源模块的体积，以能够实现荧光显微镜的小型化。并且，本发明实施例并不限定滤光元件100为两平面状二向色镜组合结构，其还可以以棱镜形式存在，相应地，第一分光膜102与第二分光膜104分别镀设在棱镜内部，棱镜作为片状交叉式二向色镜的等效变换，应当同样落入本发明要求保护的范围。为了便于理解，下面仅以X形结构的片状交叉式二向色镜的滤光元件100为例进行说明，分光膜可以是分别镀在各自二向色镜表面的宽带增透膜，比如第一分光膜102可以为透射绿光和红光的宽带增透膜，反射蓝光和近紫外波段；第二分光膜104可以为透射近紫外、蓝光和绿光的宽带增透膜，反射红光的波段。

下面对第一分光膜102和第二分光膜104的光学特性进行详细说明：所述第一分光膜102的通带波长范围与所述第二分光膜104的通带波长范围不同，所述滤光元件100被配置为对位于不同位置的荧光激发光源发出的光线进行导光，并使所述位于不同位置的荧光激光光源的出光光路平行或至少部分重合。所谓导光，即滤光元件100利用第一分光膜102和第二分光膜104的选择波长光学特性进行分光及改变光路传播方向，在具体的一个实施例中，所述第一分光膜102被配置为透射近红外光波段范畴内一种或多种波长的光线、可见光波段范畴内一种或多种波长的光线、近紫外光波段范畴内一种或多种波长的光线中的至少一种，且反射其中另外的一种或多种波长的光线；所述第二分光膜104被配置为透射近红外光波段范畴内一种或多种波长的光线、可见光波段范畴内一种或多种波长的光线、近紫外光波段范畴内一种或多种波长的光线中的至少一种，且反射其中另外的一种或多种波长的光线；且所述第一分光膜102与第二分光膜104反射的光线的波长不相同。

上述的所述第一分光膜102与第二分光膜104反射的光线的波长不相同是指第一分光膜102与第二分光膜104被配置为无法对某一波段的光波均反射。以下为具体举例说明：第一分光膜102被配置为透射近红外光、红光、橙色光、黄光、黄绿光、绿光中的一种或多种，且反射蓝光、蓝紫光、紫光、近紫外光中的一种或多种；第二分光膜104被配置为透射黄光、黄绿光、绿光、蓝光、蓝紫光、紫光、近紫外光中的一种或多种，且反射近红外光、红光、橙色光中的一种或多种。本领域对于各种光的波段通常定义如下：

红色光：

700nm-深红(deep red)

680nm、660nm-纯红(pure red)

650nm、655nm-红(red)

640nm、645nm-亮红(bright red)

625nm-橙红(orange red)

橙色光：

615nm-红橙色(reddish orange)

610nm-纯橙色(pure orange)

605nm-橙色(orange)

600nm-琥珀橙(amber-orange)

黄色光：

592nm、595nm-琥珀色/暖黄色(amber/warm yellow)

590nm-钠黄色(Natrium yellow)

585nm-黄色(yellow)

580nm-纯黄色(pure yellow)

575nm-柠檬黄(lemon yellow)

黄绿色：

570nm-介于黄色和蓝色之间的(yellowish green)

560nm、565nm-黄绿色(yellow green)

555nm-黄淡绿色(yellowish lime green)

550nm-黄翠绿色(yellowish emerald green)

540nm、545nm-翠绿色(emerald green)

绿色：

530nm、535nm-纯翠绿(pure emerald green)

520nm、525nm-纯绿色(pure green)

515nm-绿色(green)

510nm-青绿色(greenish turquoise)

蓝绿色：

505nm-绿蓝色(greenish blue)

500nm-绿青色(greenish cyan)

495nm-蓝绿色(turquoisish，a little sky-blue)

蓝色：

490nm-蓝绿色(turquoisish，light sky-blue)

480nm、485nm-亮蓝色(bright blue，a little azure)

475nm-亮蓝色(bright blue，a little greenish azure)

465nm、470nm-带蓝色的亮蓝色(bright blue with a little greenishemphasis)

455nm、460nm-亮蓝色(bright blue)

450nm-纯蓝色(pure blue)

蓝紫色：

435、440nm、445nm-深蓝色(deep blue)

425nm、430nm-紫蓝色(violettish blue)

420nm-深紫蓝色(deep violettish blue)

紫色：

415nm-紫色(violet)

410nm-带蓝色的紫色(violet with bluish emphasis)

405nm-纯紫色(pure violet)

400nm-深紫色(deep and more twilight violet)

近紫外：

395nm-深蓝紫色(deep royal purple)

390nm-带微红的深蓝紫色(deep royal purple with reddish tint)

385nm-带深红的朦胧紫色(twilight purple with deep red blur)

380nm-几乎没有可见的紫色光(almost no longer visible purple)

需要说明的是，以上仅为本领域对于色彩光波的经典定义，不排除有其他不同的波长定义，以上实施例中，近红外光、红光、橙色光中的至少一种能够透过第一分光膜102、被第二分光膜104反射，蓝光、蓝紫光、紫光、近紫外光中的至少一种能够透过第二分光膜104、被第一分光膜102反射；而黄光、黄绿光、绿光中的至少一种既能够透过第一分光膜102，又能够透过第二分光膜104，换而言之，第一分光膜102与第二分光膜104的通带波长范围部分重合，基于上述经典定义，在一个实施例中第一分光膜102与第二分光膜104所重合的通带宽度大于或等于25nm，第一分光膜102与第二分光膜104的通带宽度均大于140nm，以使得第一分光膜102能够透射近红外光、红光、橙色光、黄光、黄绿光和绿光，且反射蓝光、蓝紫光、紫光和近紫外光；第二分光膜104能够透射黄光、黄绿光、绿光、蓝光、蓝紫光、紫光和近紫外光，且反射近红外光、红光和橙色光。

为了便于说明，下面的实施例中将按照图1至14所式的上、下、左、右的方位关系对荧光照明系统中的各个部件进行说明，但是，图1、图3-5、图8、图13的视角包括但不限于俯视、侧视或仰视，因此，下文所描述的上、下、左、右的方位关系仅旨在便于理解本发明实施例的技术方案，而不应当作为对本发明实施例的荧光照明系统中滤光元件100与各个光源的相对位置的限定依据，也不限定其使用方向。

尽管图1、图3-5、图8、图13均示出了三个光源：第一荧光激发光源212、第二荧光激发光源214和第三荧光激发光源216，但是本发明实施例并不限定光源的数量为三个，比如：

在一个实施例中，在滤光元件100的上方设置第一安装座204及安装在第一安装座204上的第一荧光激发光源212，在其下方设置第二安装座206及安装在第二安装座206上的第二荧光激发光源214，针对出光方向在滤光元件100的右侧的情形，第一分光膜102反射第一荧光激发光源212发出的光，且透射第二荧光激发光源214发出的光；第二分光膜104反射第二荧光激发光源214发出的光，且透射第一荧光激发光源212发出的光。因此，参见图4，第一荧光激发光源212发出的光经过集光镜202后一部分直接入射到第一分光膜102，另一部分透射过第二分光膜104后入射到第一分光膜102，然后按照反射原理向滤光元件100的右侧出光；参见图5，第二荧光激发光源214发出的光经过集光镜202后一部分直接入射到第二分光膜104，另一部分透射过第一分光膜102后入射到第二分光膜104，然后按照反射原理向滤光元件100的右侧出光；根据滤光元件100的第一分光膜102与第二分光膜104的相交角度，调整第一安装座204(第一荧光激发光源212)、第二安装座206(第二荧光激发光源214)的角度，使得两个荧光激发光源发出的光经反射后的出光光路至少部分重合或大致完全重合。

在一个实施例中，在滤光元件100的上方设置第一安装座204及安装在第一安装座204上的第一荧光激发光源212，针对出光方向在滤光元件100的右侧的情形，在其左方设置第三安装座208及安装在第三安装座208上的第三荧光激发光源216，第一分光膜102反射第一荧光激发光源212发出的光，第二分光膜104透射第一荧光激发光源212发出的光，且第三荧光激发光源216发出的光既能够透过第一分光膜102，又能够透过第二分光膜104。因此，参见图4，第一荧光激发光源212发出的光与第三荧光激发光源216发出的光经滤光元件导光后的出光光路至少部分重合或大致完全重合。

同理于上一实施例，本实施例中可以仅在滤光元件100的下方设置第二荧光激发光源214以及在滤光元件100的左方设置第三荧光激发光源216，参见图5，第二荧光激发光源214发出的光与第三荧光激发光源216发出的光经滤光元件导光后的出光光路至少部分重合或大致完全重合。

每个荧光激发光源与滤光元件100之间均设有一个集光镜202，所述聚光镜220设置在各个光源的经过滤光元件100的出光光路上，聚光镜220与各个集光镜202周向分布在所述滤光元件100外部，各个荧光激发光源(安装座)也周向排布在滤光元件100的外部，使得不仅滤光元件100本身结构紧凑，其外围结构也紧凑，进一步缩小了荧光照明系统和荧光显微镜的整体体积。

下面以荧光照明系统具有第一荧光激发光源212、第二荧光激发光源214和第三荧光激发光源216为例对荧光照明系统的多个荧光照明通道进行说明：

二向色镜的特点是对于一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射，本发明的一个实施例如图3所示：第一荧光激发光源212设置在滤光元件100的上方，第二荧光激发光源214设置在滤光元件100的下方，第三荧光激发光源216设置在滤光元件100的左侧，第一分光膜102的分光特性参见图6，即第一分光膜102可以透过波长大于或等于500nm的光；第二分光膜104的分光特性参见图7，即第二分光膜104可以透过波长小于或等于600nm的光；相应地，第一荧光激发光源212的输出波长大于或等于600nm，第二荧光激发光源214的输出波长小于或等于500nm，第三荧光激发光源216的输出波长介于500nm与600nm之间。

由于第一分光膜102与第二分光膜104的通带波长范围有重叠，即本实施例中的滤光元件100的通带波长覆盖全波段范围，这使得在更换其中一个或多个光源的时候，无需更换滤光元件100的分光膜，而是直接在对应的安装座处更换光源即可，比如更换515nm的绿光源时将其安装在左侧的第三安装座208处即可，更换650nm的红光源时将其安装在上侧的第一安装座204处即可，更换蓝色光源、紫色光源或紫外光源时将其安装在下侧的第二安装座206处即可。相应地，滤片立方体300的数量为多个，不同的滤片立方体对应不同输出波长的光源，可以通过直线运动机构或旋转机构切换不同的滤片立方体移入照明通道，比如，点亮LEDⅠ光源时，驱动滤片立方体Ⅰ移入照明通道；点亮LEDⅡ光源时，驱动滤片立方体Ⅱ移入照明通道。

第一分光膜102除了高通分光膜，还可以为带通分光膜，第二分光膜104同理，在一个子实施例中，第一分光膜102的通带波长范围为500nm至800nm，第二分光膜104的通带波长范围为300nm至600nm；对应地，第一荧光激发光源212的输出波长范围介于300nm至500nm，所述第二荧光激发光源214的输出波长范围介于600nm至800nm，所述第三荧光激发光源216的输出波长范围介于500nm至600nm。

本发明的一个实施例如图8所示：第一荧光激发光源212设置在滤光元件100的下方，第二荧光激发光源214设置在滤光元件100的上方，第三荧光激发光源216设置在滤光元件100的左侧，第一分光膜102的分光特性参见图9，即第一分光膜102可以透过波长小于或等于600nm的光；第二分光膜104的分光特性参见图10，即第二分光膜104可以透过波长大于或等于500nm的光；相应地，第一荧光激发光源212的输出波长小于或等于500nm，第二荧光激发光源214的输出波长大于或等于600nm，第三荧光激发光源216的输出波长介于500nm与600nm之间。同理，本实施例中的滤光元件100的通带波长覆盖全波段范围，这使得在更换其中一个或多个光源的时候，直接在对应的安装座处更换光源即可，而无需更换滤光元件100(分光膜)。

本发明的一个实施例如图11-12所示，其与上述实施例不同的是第一分光膜102和第二分光膜104的分光特性参数值，本实施例中第一分光膜102的分光特性参见图11，即第一分光膜102可以透过波长大于或等于400nm的光；第二分光膜104的分光特性参见图12，即第二分光膜104可以透过波长小于或等于500nm的光；相应地，各个荧光激发光源的输出波长应当与本实施例的分光特性参数相匹配，比如，515nm的绿光源应作为第一荧光激发光源安装在第一安装座204上，蓝色光源、紫色光源应作为第三荧光激发光源安装在第三安装座208上。

上述实施例中，相应的结构附图示出所述第一分光膜102与第二分光膜104的相交角度为90°，所述滤光元件100具有第一中轴线(竖直方向，未示出)和第二中轴线(水平方向，未示出)，所述第一安装座204和第二安装座206均设置在所述第一中轴线上，所述第三安装座208设置在所述第二中轴线上。

本发明的一个实施例如图13所示，其与上述实施例不同的是，第一分光膜102与第二分光膜104的相交角度不等于90°，其相交角度α可以为如图13所示的锐角，也可以为钝角(未图示)，正如上述，根据滤光元件100的第一分光膜102与第二分光膜104的相交角度，调整第一安装座204(第一荧光激发光源212)、第二安装座206(第二荧光激发光源214)的角度，所述第三安装座208设置在所述滤光元件100的其中一条中轴线上，使得三个荧光激发光源发出的光经反射后的出光光路均与该中轴线平行，并且至少部分重合或大致完全重合，对于角度α为锐角的情况，第一荧光激发光源212和第二荧光激发光源214的出光方向相较于上述实施例分别向与荧光照明系统的出光方向相同的方向偏转一定角度，即如图13中向左偏转一定角度；若角度α为钝角，则反之，即第一荧光激发光源212和第二荧光激发光源214的出光方向相较于上述实施例分别向与荧光照明系统的出光方向相反的方向偏转一定角度，即向右偏转一定角度(未图示)。

光源模块200除了包括滤光元件100及与滤光元件100位置关系确定的被配置为电连接荧光激发光源的安装座，还可以包括安装在安装座上的既有荧光激发光源，在本发明的一个实施例中，光源模块200还包括额外的光源配件，即一系列各种波长的荧光激发光源，分别被配置为适配安装在不同位置的安装座上；所述滤光元件100保持不变，所述光源模块200被配置为根据不同的荧光激发需求而选择光源配件，并将其安装到对应的安装座上。

具体为在对目标样品进行荧光标记之前，根据目标样品的荧光染料确定对应的荧光激发波长；

根据所述荧光激发波长从光源配件中确定或采购对应的荧光激发光源和安装座，并将所确定的荧光激发光源安装在对应的安装座上，以满足不同的荧光激发需求，而所述滤光元件100保持不变。进一步地，将所确定的荧光激发光源安装在对应的安装座包括：

所述第一分光膜的通带波长范围为λ1至λ2，所述第二分光膜的通带波长范围为λ3至λ4，其中λ3小于λ1，λ1小于λ4，且λ4小于λ2，若所确定的荧光激发波长介于λ3至λ1，则选择对应的荧光激发光源安装在第一安装座上；若所确定的荧光激发波长介于λ4至λ2，则选择对应的荧光激发光源安装在第二安装座上；若所确定的荧光激发波长介于λ1至λ4，则选择对应的荧光激发光源安装在第三安装座上。

并如上文所述，还需要进一步确定适配的滤片立方体300，驱动其移入照明通道的出光光路上，具体如图1所示，滤片立方体300包括激发滤片302、二向色滤片304、发射滤片306，其中，激发滤片302只透过与当前荧光染料对应的激发光波段，透过激发滤片302的波段被二向色滤片304向物镜410方向反射，最后穿过物镜410而到达样品载台420，并激发样品载台420上的荧光染料；荧光样品被激发后发射的波段向上依次透过物镜410、二向色滤片304和发射滤片306和成像镜头440，然后入射到荧光显微镜的目镜而被肉眼观测，或者入射到荧光显微镜的相机430，经相机430采集图像信息。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如本发明所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (25)

1.一种被配置为荧光照明的滤光元件(100)，其特征在于，包括滤光本体及设置在所述滤光本体上且相连接的第一分光膜(102)和第二分光膜(104)，所述第一分光膜(102)的通带波长范围与所述第二分光膜(104)的通带波长范围不同，所述滤光元件(100)被配置为对位于不同位置的荧光激发光源发出的光线进行导光，并使所述位于不同位置的荧光激光光源的出光光路平行或至少部分重合。

2.根据权利要求1所述的滤光元件(100)，其特征在于，所述第一分光膜(102)被配置为透射近红外光波段范畴内一种或多种波长的光线、可见光波段范畴内一种或多种波长的光线、近紫外光波段范畴内一种或多种波长的光线中的至少一种，且反射其中另外的一种或多种波长的光线；

所述第二分光膜(104)被配置为透射近红外光波段范畴内一种或多种波长的光线、可见光波段范畴内一种或多种波长的光线、近紫外光波段范畴内一种或多种波长的光线中的至少一种，且反射其中另外的一种或多种波长的光线；

且所述第一分光膜(102)与第二分光膜(104)反射的光线的波长不相同。

3.根据权利要求1所述的滤光元件(100)，其特征在于，所述第一分光膜(102)和第二分光膜(104)被配置为其中一个分光膜透射近红外光、红光、橙色光、黄光、黄绿光、绿光中的一种或多种，且反射蓝光、蓝紫光、紫光、近紫外光中的一种或多种；

其中另一个分光膜被配置为透射黄光、黄绿光、绿光、蓝光、蓝紫光、紫光、近紫外光中的一种或多种，且反射近红外光、红光、橙色光中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的滤光元件(100)，其特征在于，所述第一分光膜(102)与第二分光膜(104)的通带波长范围部分重合，所重合的通带宽度大于或等于25nm。

5.根据权利要求1所述的滤光元件(100)，其特征在于，所述第一分光膜(102)与第二分光膜(104)相交设置以形成X形结构或V形结构，所述第一分光膜(102)和第二分光膜(104)被配置为其中一个分光膜透射位于第一位置的荧光激发光源发出的光线，且另一个分光膜反射位于第一位置的荧光激发光源发出的光线。

6.根据权利要求5所述的滤光元件(100)，其特征在于，所述第一分光膜(102)和第二分光膜(104)被配置为均透射位于第二位置的荧光激发光源发出的光线。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的滤光元件(100)，其特征在于，所述滤光本体包括两个二向色镜，所述两个二向色镜呈X形结构，所述第一分光膜(102)与第二分光膜(104)分别设置在对应的二向色镜上，所述两个二向色镜为一体结构或可分离的组合结构；或者，

所述滤光本体为棱镜，所述第一分光膜(102)与第二分光膜(104)分别镀设在棱镜内部，两个分光膜呈X形结构。

8.一种光源模块(200)，其特征在于，包括多个被配置为电连接荧光激发光源的安装座及如权利要求1至7中任一项所述的滤光元件(100)，所述安装座位于不同位置，其中至少一个安装座所安装的荧光激发光源发出的光线被所述第一分光膜(102)和第二分光膜(104)中的一个分光膜透射，且被另一个分光膜反射。

9.根据权利要求8所述的光源模块(200)，其特征在于，不同的安装座被配置为电连接不同输出波长的光源，所述光源模块(200)还包括设置在各个安装座与滤光元件(100)之间的集光镜(202)，所述滤光元件(100)的第一分光膜(102)与第二分光膜(104)呈X形结构，所述滤光元件(100)被配置为对通过所述集光镜(202)的光线进行导光，并使安装在不同安装座上的荧光激光光源的出光光路至少部分重合。

10.根据权利要求9所述的光源模块(200)，其特征在于，所述安装座包括相对设置在所述滤光元件(100)两侧的第一安装座(204)和第二安装座(206)，安装在所述第一安装座(204)处的第一荧光激发光源(212)被配置为可更换为高于预设的第一波长值的不同光源，安装在所述第二安装座(206)处的第二荧光激发光源(214)被配置为可更换为低于预设的第二波长值的不同光源，其中，所述第一波长值高于第二波长值。

11.根据权利要求10所述的光源模块(200)，其特征在于，所述安装座还包括第三安装座(208)，安装在所述第三安装座(208)处的第三荧光激发光源(216)被配置为可更换为介于第二波长值与第一波长值之间的不同光源。

12.根据权利要求9所述的光源模块(200)，其特征在于，所述安装座包括第一安装座(204)和第三安装座(208)，安装在所述第一安装座(204)处的第一荧光激发光源(212)的输出波长仅满足所述第一分光膜(102)和第二分光膜(104)中的一个的通带波长范围，安装在所述第三安装座(208)处的第三荧光激发光源(216)的输出波长同时满足第一分光膜(102)的通带波长范围和第二分光膜(104)的通带波长范围。

13.根据权利要求11所述的光源模块(200)，其特征在于，所述第三安装座(208)设置在所述滤光元件(100)的其中一条中轴线上；

所述第一荧光激发光源(212)发出的光线经第一分光膜(102)反射后的传输方向与所述第三安装座(208)所在的中轴线平行；所述第二荧光激发光源(214)发出的光线经第二分光膜(104)反射后的传输方向与所述第三安装座(208)所在的中轴线平行。

14.根据权利要求11所述的光源模块(200)，其特征在于，所述第一分光膜(102)与第二分光膜(104)的相交角度为90°，所述滤光元件(100)具有第一中轴线和第二中轴线，所述第一安装座(204)和第二安装座(206)均设置在所述第一中轴线上，所述第三安装座(208)设置在所述第二中轴线上。

15.根据权利要求11所述的光源模块(200)，其特征在于，所述第一分光膜(102)的通带波长范围为λ1至λ2，所述第二分光膜(104)的通带波长范围为λ3至λ4，其中λ3小于λ1，λ1小于λ4，且λ4小于λ2；

所述第一荧光激发光源(212)的输出波长范围为β3至β1，所述第二荧光激发光源(214)的输出波长范围为β4至β2，所述第三荧光激发光源(216)的输出波长范围为β5至β6，其中，β3大于或等于λ3，β1小于或等于λ1，β4大于或等于λ4，β2小于或等于λ2，β5大于或等于λ1，β6小于或等于λ4。

16.根据权利要求11所述的光源模块(200)，其特征在于，所述第一分光膜(102)的通带波长范围为500nm至800nm，所述第二分光膜(104)的通带波长范围为300nm至600nm；

所述第一荧光激发光源(212)的输出波长范围介于300nm至500nm，所述第二荧光激发光源(214)的输出波长范围介于600nm至800nm，所述第三荧光激发光源(216)的输出波长范围介于500nm至600nm。

17.根据权利要求11所述的光源模块(200)，其特征在于，还包括聚光镜(220)，所述聚光镜(220)与各个集光镜(202)周向分布在所述滤光元件(100)外部，其中，所述聚光镜(220)设置在各个光源的出光光路上。

18.根据权利要求8所述的光源模块(200)，其特征在于，还包括光源配件，所述光源配件包括分别与不同位置的安装座相适配的一个或多个荧光激发光源；所述滤光元件(100)保持不变，所述光源模块(200)被配置为根据不同的荧光激发需求而选择光源配件，并将其安装到对应的安装座上。

19.根据权利要求8至18中任一项所述的光源模块(200)，其特征在于，安装在不同安装座上的荧光激发光源发出的光束在经过所述滤光元件(100)后，具有相重合的光轴。

20.一种多通道荧光照明系统，其特征在于，包括滤片立方体(300)及如权利要求8至19中任一项所述的光源模块(200)，所述滤片立方体(300)设置在所述光源模块(200)的出光光路上。

21.一种基于权利要求8至19中任一项所述的光源模块(200)的荧光照明配置方法，其特征在于，选择或更换相适配的荧光激发光源，以满足不同的荧光激发需求，而所述滤光元件(100)保持不变。

22.根据权利要求21所述的荧光照明配置方法，其特征在于，进一步包括：

根据目标样品的荧光染料确定对应的荧光激发波长；

根据所述荧光激发波长确定对应的荧光激发光源和安装座，并将所确定的荧光激发光源安装在对应的安装座上。

23.根据权利要求22所述的荧光照明配置方法，其特征在于，基于权利要求15所述的光源模块(200)，所述方法包括：

若所确定的荧光激发波长介于λ3至λ1，则选择对应的荧光激发光源安装在第一安装座上；

若所确定的荧光激发波长介于λ4至λ2，则选择对应的荧光激发光源安装在第二安装座上；

若所确定的荧光激发波长介于λ1至λ4，则选择对应的荧光激发光源安装在第三安装座上。

24.一种荧光显微镜，其特征在于，包括物镜(410)、样品载台(420)及如权利要求20所述的多通道荧光照明系统，所述物镜(410)设置在所述荧光照明系统的滤片立方体(300)的出光侧，所述样品载台(420)设置在所述物镜(410)的出光侧。

25.根据权利要求24所述的荧光显微镜，其特征在于，还包括相机(430)和成像镜头(440)，其被配置为对在所述物镜(410)处成像的目标样品采集图像信息。

Images