發(fā)明背景

用于小物體成像的暗視野顯微鏡檢查(‘DFM’)是已知的技術(shù)，這些小物體使用亮視野顯微鏡檢查是看不到的。在暗視野顯微鏡檢查中，樣本用賦形的光束來照亮，并且透射光或所返回的光通過合適的光束阻擋器來阻擋，僅允許來自樣本的散射光到達(dá)檢測器。

常規(guī)的DFM使用前向散射構(gòu)造，在此前向散射構(gòu)造中使用環(huán)狀照明光束以將樣本照亮，并且直接地透射光被顯微鏡物鏡的孔口阻擋，使得僅散射光形成暗視野圖像。已經(jīng)提出了在后向散射構(gòu)造中操作的暗視野顯微鏡，但是在每種情況下需要定制顯微鏡系統(tǒng)。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于顯微鏡的適配器，該適配器包括支承件、光源元件和鏡，該支承件接納在顯微鏡的輔助狹槽中，該鏡定位在支承件上以接收來自光源元件的光。

支承件可適合于接納在包括DIC狹槽的輔助狹槽中。該輔助狹槽可包括DIC物鏡棱鏡狹槽。

適配器可適合于轉(zhuǎn)換亮視野顯微鏡以在后向散射暗視野操作、干涉反射顯微鏡檢查、落射熒光和暗視野表面反射顯微鏡檢查中的一個(gè)或多個(gè)中使用。

光源元件可包括支座以接納光纖。

該支座相對(duì)于支承件是可調(diào)節(jié)的。

適配器可包括聚焦光學(xué)器件以聚焦來自光纖的光。

鏡可以以近似45°安裝到支承件。

鏡可包括桿，該桿具有傾斜的反射端表面。

支承件可具有孔口，鏡安裝在孔口內(nèi)。

鏡可支撐在從孔口的壁延伸的臂上。

支承件可具有光束通道，該光束通道從光源元件延伸到孔口。

鏡可定位成阻擋不需要的反射光或散射光。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種適配器系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的適配器，以及光源，該光源通過光纖聯(lián)接到光源元件。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種顯微鏡系統(tǒng)，其包括具有輔助狹槽的顯微鏡和根據(jù)本發(fā)明第一方面的適配器或根據(jù)本發(fā)明第二方面的適配器系統(tǒng)，該適配器的支承件接納在輔助狹槽中。

輔助狹槽可以是DIC物鏡棱鏡狹槽。

附圖簡述

將參考附圖，僅通過示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施方案，在附圖中；

圖1a是實(shí)施本發(fā)明的適配器的透視圖；

圖1b是圖1a的適配器的端部透視圖；

圖2是安裝在物鏡保持架的輔助狹槽中的圖1a的適配器的透視圖；

圖3a是示出了照明光束的路徑的圖1a的適配器的透視圖；

圖3b是圖1a的適配器從底側(cè)看的視圖；以及

圖4是圖1a的適配器和物鏡透鏡的透視圖，示出了穿過適配器和透鏡的光路徑；

圖5a是圖示了暗視野圖像的形成的光線圖；

圖5b是圖示了干擾反射圖像形成的光線圖；

圖6是示出了用于在落射熒光顯微鏡檢查中使用的實(shí)施方案的圖；以及

圖7是示出了用于在暗視野表面反射顯微鏡檢查中使用的實(shí)施方案的圖。

優(yōu)選實(shí)施方案詳述

現(xiàn)在詳細(xì)地具體參考附圖，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，所示出的細(xì)節(jié)是通過示例的方式，并且僅為了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的說明性論述的目的，并且所示出的細(xì)節(jié)是為了提供被認(rèn)為是本發(fā)明的原理和概念方面的最有用和最易于理解的描述而存在。在這一點(diǎn)上，沒有試圖以超過對(duì)基本理解本發(fā)明所必要的來更詳細(xì)地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖的描述使得在實(shí)踐中如何實(shí)施本發(fā)明的數(shù)個(gè)形式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。

在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用中不限于在以下的描述中陳述或在附圖中圖示的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可適用于其它實(shí)施方案或以多種方式來實(shí)踐或?qū)崿F(xiàn)。而且，應(yīng)理解的是，本文采用的措辭和術(shù)語是為了描述的目的，而不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。

現(xiàn)在參考圖1a和圖1b，根據(jù)本發(fā)明的適配器總體上以10示出。適配器10包括支承件11、光源元件12和鏡13。支承件11包括長形的、大致平坦的板14。在該示例中，板14在平面圖中是大致矩形的，并且如在圖1a中示出的，板14在截面中是大致梯形的，具有圓拱形端部14a以有利于在輔助狹槽中定位支承件11。板14的確切形狀和尺寸選擇成允許適配器10與所需要的類型或范圍的顯微鏡一起使用。孔口15布置在支承件11內(nèi)，該孔口15定位成使得當(dāng)適配器10位于顯微鏡中的適當(dāng)位置時(shí)，從樣本散射的光將穿過孔口15并且在檢測儀器中被接收。光束通道16從光源元件12沿支承件11的縱向延伸到孔口15，與鏡13對(duì)齊。在該示例中，鏡13支撐在從孔口15的側(cè)壁15a延伸的臂17上。

鏡13包括桿18，該桿18具有傾斜的反射端面19。端面相對(duì)于支承件11成近似45°的角度。在該示例中，鏡具有近似3mm²的面積(當(dāng)桿18具有2mm的直徑時(shí))，但是可以使用更大的或更小的直徑的鏡。如下面討論的，取決于具體的應(yīng)用，桿18可以有利地阻擋來自樣本或平坦界面的不期望的散射入射光或反射入射光。

在此示例中，光源元件12包括用于光纖20的端部的支撐部，該光纖20連接到合適的光源(沒有示出)。光源可以是連接到多模光纖的白熾光源，但是對(duì)于一些應(yīng)用，經(jīng)由單模光纖聯(lián)接到適配器10的激光源可能是所需要的，并且有利地，合適的光源和光纖可以根據(jù)需要的應(yīng)用來選擇。將明顯的是，本系統(tǒng)可通過使用合適的源和檢測器用于如下面描述的熒光應(yīng)用?？蛇x地，光源元件12可自身包括合適的小光源，諸如適當(dāng)?shù)匕惭b的激光二極管。

在圖1a中的光源元件12包括支承塊21，該支承塊21經(jīng)由桿23連接到調(diào)節(jié)塊22。調(diào)節(jié)塊22連接到支承件11，并且桿23通過螺釘23a相對(duì)于調(diào)節(jié)塊22是可調(diào)節(jié)的，以允許光束對(duì)準(zhǔn)被可控地調(diào)節(jié)，以在該示例中提供光束的x-定位和y-定位，并且也控制光束的角度。如總體上以24示出的光束成形和聚焦光學(xué)器件支持在支承塊21上。在該示例中，聚焦光學(xué)器件24包括兩透鏡系統(tǒng)(two-lens system)，以將從光纖20接收的光束準(zhǔn)直，并且將光束聚焦在物鏡透鏡的后聚焦面處，以均勻地將在物鏡透鏡的焦點(diǎn)處的樣本照亮。

支承件11以及特別地板14成形為接納在常規(guī)的或商業(yè)上可獲得的顯微鏡以及特別是明視野顯微鏡的輔助狹槽中。輔助狹槽可以是DIC狹槽，并且特別是已知類型的物鏡棱鏡狹槽。在該示例中，支承件11具有20mm的寬度和60mm的長度。調(diào)節(jié)塊22成形為以及尺寸設(shè)定成使得當(dāng)支承件接納在輔助狹槽中時(shí)不與顯微鏡的任何部分產(chǎn)生干涉，在該示例中該輔助狹槽具有3.74mm的高度、32mm的深度和20mm的寬度。孔口具有7mm的寬度和13mm的長度，然而這些尺寸不受輔助狹槽約束。如上面提及的，板14的形狀和大小可選擇成配合用于具體類型的或來自具體制造商的顯微鏡的輔助狹槽。以這種方式使用DIC狹槽利用了DIC狹槽的易接近性以及極為靠近物鏡，這可使信號(hào)損失最小化。

定位在輔助狹槽中的適配器10在圖2中示出。物鏡保持架以30示出，該物鏡保持架具有可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)31，多個(gè)物鏡透鏡32a、32b安裝在該轉(zhuǎn)臺(tái)31上。輔助狹槽34在物鏡透鏡32a下方是可見的。適配器12的支承件11位于輔助狹槽34內(nèi)。用于另一個(gè)物鏡透鏡的螺紋連接部以35示出，該螺紋連接部具有容納在其下方的輔助狹槽36。

在圖3a和圖3b中以40示出穿過適配器10的照明光束的路徑。來自光纖20的光通過光學(xué)器件24被準(zhǔn)直和被聚焦，并且沿著光束通道16穿過。光束40與其初始方向成近似90°朝向物鏡透鏡被向上地引導(dǎo)。

在圖4中適配器10與物鏡透鏡50一起示出，并且穿過物鏡透鏡的光路徑在圖5a和圖5b中示出。如上面描述的，光束40聚焦在物鏡透鏡50的后聚焦面51處，以均勻地將在物面53中的樣本52照亮。從樣本52散射的光以及從在面53中或接近面53的玻璃-空氣界面或液體-玻璃界面反射的光以54示出，并且穿過孔口15以在檢測器56處形成圖像55。檢測器56是任何合適的檢測或成像儀器，例如CMOS、CCD或EMCCD照相機(jī)。

如在圖4中明顯的是，圖像55包括第一部分57，在該部分中從除樣本外的表面或界面(例如蓋片表面(cover slip surface))反射的光被鏡13阻擋。這允許適配器10用于后向散射的暗視野顯微鏡檢查。在圖5a中示出了形成第一部分57的光路徑。從樣本散射的光經(jīng)過鏡13，如通過路徑59示出的，且通過鏡筒透鏡61聚焦在檢測器56上，同時(shí)從蓋片表面反射的光被鏡13阻擋，如通過路徑60示出的。在該陰影區(qū)域內(nèi)，只有從樣本散射的光被成像，形成暗視野圖像。鏡的大小和光纖芯的大小可以按照需要來選擇，以使暗視野區(qū)域的大小最大化。例如，對(duì)于2-mm直徑的鏡和25μm-芯光纖，由于大體所有的外圍光線被鏡阻擋，所以圖像的大部分區(qū)域被暗視野占據(jù)。

圖像55也包括第二部分58，該第二部分沒有被鏡遮蔽。如在圖5b中圖示的，散射光和反射光兩者通過鏡筒透鏡61聚焦并且在檢測器處成像，如通過路徑59’、60’示出的。有利地，該區(qū)域可用于薄涂膜干涉反射顯微鏡檢查(thin-film interference reflectance microscopy)，或反射干涉對(duì)比顯微鏡檢查(“RIC”)。來自空間接近的界面(諸如玻璃/培養(yǎng)基、培養(yǎng)基/膜或膜/細(xì)胞漿界面)或來自涂膜的不同表面的反射光之間的干涉，將在圖像的該區(qū)域中形成干涉圖案。為了提高干涉區(qū)，可以選擇鏡的大小和光纖芯的大小。例如，對(duì)于1mm直徑的鏡和50μm-芯光纖，圖像的由干涉區(qū)占據(jù)的區(qū)域大于暗視野區(qū)域。

陰影區(qū)域、第一部分57的大小和位置可通過改變鏡13或桿18的大小或形狀或?qū)嶋H上改變支承臂17的大小、位置或形狀和光纖20的直徑來任選地改變。對(duì)于給定的鏡的大小，從更接近光軸的光源出來的光將比距離光軸更遠(yuǎn)的光源出來的光投射更大的陰影。在其中光源近似點(diǎn)源的極限的情況下，如在單模光纖或聚焦的激光束的情況下，整體圖像將處在陰影中，并且實(shí)現(xiàn)完全地暗視野顯微鏡。在其中使用多模光纖的示例中，外圍光線將距離光軸更遠(yuǎn)地布置，外圍光線將不會(huì)被鏡阻擋，并且將在視野中形成較大的第二部分58。在示例中，2mm直徑的鏡用100×物鏡透鏡在220μm乘220μm的視野中占據(jù)160μm乘20μm的面積。

實(shí)施熒光技術(shù)、尤其實(shí)施落射熒光的適配器10和顯微鏡的適配在圖6中示出。常規(guī)地，落射熒光需要激勵(lì)光源和由兩個(gè)(分色鏡和用于通過激光或LED的窄頻帶激勵(lì)的濾光片)濾光器或三個(gè)(用于通過汞燈或氙燈的寬頻帶激勵(lì)的另外的濾光片)濾光器組裝的濾光器立方體。在落射熒光應(yīng)用中，當(dāng)由用于熒光激勵(lì)的窄頻帶LED來補(bǔ)充時(shí)，適配器10可以代替濾光器立方體來使用。來自窄頻帶LED的激勵(lì)光70通過光纖20傳送。鏡13將光70引導(dǎo)到樣本71。樣本71發(fā)出熒光并且熒光信號(hào)72穿過鏡13和支承臂17并且聚焦在檢測器56上。反射的激勵(lì)光被鏡13和支承臂17阻擋。如果必要，可以提供濾光片73以阻擋來自樣本71的強(qiáng)的后向散射。例如，在沒有任何濾光器的情況下，可以研究較差散射的物體，而對(duì)于強(qiáng)烈地后向散射的物體則可能需要濾光片。

如在圖7中圖示的，適配器10和顯微鏡可以用于暗視野表面反射顯微鏡檢查(“DFSR”)。常規(guī)地，DFSR需要特殊的反射光暗視野鏡立方體和特殊的物鏡。這樣的物鏡構(gòu)造成提供穿過物鏡筒的內(nèi)側(cè)的額外的光，以形成表面的斜的空的圓錐體照亮，并且這樣的物鏡設(shè)計(jì)成在干燥的表面上使用，而無需蓋片和浸漬。在生命科學(xué)中使用的標(biāo)準(zhǔn)透射光物鏡不適合于DFSR應(yīng)用。然而，用具有規(guī)則透射光物鏡的標(biāo)準(zhǔn)透射光顯微鏡，上面描述的適配器允許DFSR應(yīng)用，該規(guī)則透射光物鏡可以用于檢驗(yàn)所關(guān)注的表面而無需蓋片，而不需要使用特殊的工業(yè)物鏡。如在圖7中圖示的，表面74是大致平坦的，具有以75示出的凸起特征。反射離開平坦表面的光線被鏡阻擋，而反射離開凸起表面特征74的光線76繞開鏡13以較大角度進(jìn)入物鏡，并且在檢測器56處形成圖像。

文中描述的適配器是有優(yōu)勢的，因?yàn)槠涮峁┖芎唵蔚臉颖竞土畠r(jià)的方式，以通過利用標(biāo)準(zhǔn)輔助狹槽使標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡檢查適應(yīng)多種后向散射操作和/或落射熒光操作。適配器其本身是緊湊的并且是廉價(jià)的。照明光可以容易地來改變，或憑借連接到適配器的光纖連接部而容易地適應(yīng)。

在上文的描述中，實(shí)施方案是本發(fā)明的示例或?qū)崿F(xiàn)方式?！耙粋€(gè)實(shí)施方案(one embodiment)”、“實(shí)施方案(an embodiment)”或“一些實(shí)施方案(some embodiments)”的不同的出現(xiàn)未必全部指代相同的實(shí)施方案。

雖然可以在單個(gè)實(shí)施方案的情形下描述本發(fā)明的多個(gè)特征，但還可以單獨(dú)地或以任何合適的組合來提供這些特征。相反，盡管為了清楚起見本發(fā)明可以在本文中在不同實(shí)施方案的上下文中描述，但本發(fā)明也可以在單個(gè)實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以以多種方式實(shí)現(xiàn)或?qū)嵺`并且本發(fā)明可以在除了在上文描述中概括的實(shí)施方案之外的實(shí)施方案中實(shí)施。

除非另有界定，否則本文使用的技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語的含義應(yīng)如由本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的那樣。