[发明专利]紧凑型显微镜系统及方法

说明书

本申请要求以下美国临时专利申请的优先权和权益：在20ll年1月12日提交并且名称为“紧凑型显微镜系统”的USSN61/431891,和在20ll年6月27日提交并且名称为“用于高精度自动化的物镜更换器的系统和方法”的USSN61/501283。这些应用的内容经引用并入本文。

技术领域

本发明涉及样品的精确光学扫描和成像的领域，更具体地涉及生物显微镜。

背景技术

当前用于观察生物样品的显微镜系统通常基于静态和巨大的显微镜体。当前的显微镜设计包括与光学单元诸如物镜转轮、照明单元、滤光轮、遮光器、摄像机、内部光学器件及其他单元的复杂连接。为了能够扫描给定样品，使得样品架能够在X、Y和Z方向运动的装置加入到显微镜体中，并且通常由显微镜制造商之外的供应商提供。这样的显微镜系统大、重且不灵活，包括使操作和维护复杂和昂贵的多个控制接口。在这些显微镜系统的成像过程中，样品移动以沿着样品在不同的位置捕获图像，而光学单元是静态的。由于为了在最短的时间内覆盖大量的成像位置，样品架可能需要进行具有高水平加速度的运动，因此该工作模式可能会不利地影响所获图像的精度和质量，并且可能在活细胞试验中具有决定性的影响。生物试验中的样品移动可能会影响其结果并且提供这些结果的不正确解释。

此外，在用于生物应用的传统显微镜系统中，具有多个样品的大面积的扫描是耗时的任务，所获图像中的许多可能很少包含或者不包含有用的数据。在目前用于高内容筛选的显微镜系统中，由系统光学器件成像的视场在100到500微米乘以100到500微米的级别，取决于所用光学器件的放大率。可在标准样品保持微板中成像的整个面积在7000平方毫米的级别。因此，从单个微板中可获得图像的数目为成千上万个；在可接受的时帧内试图获得所有那些图像是不可行的。处理这个问题的典型方法是进行某种微板区域的统计抽样。然而，在任何这样的方法中，大部分区域未被采样，许多获得的图像包含无用的数据。

本发明实施方案的简要说明

根据本发明的一个实施方案，提供一种用于放大和捕获一个或更多个样品的图像的设备，所述设备包括：

固定的样品架；

线性光学扫描器，具有单个光输入轴并且所述扫描器相对于所述固定的样品架移动，光学扫描器具有（a）可沿着三个通常相互正交的轴移动的物镜，(b)将入射的电磁辐射反射到物镜和反射从物镜入射的电磁辐射并且可以沿着所述轴的第一轴和第二轴与所述物镜一致地移动的第一反射镜和（c）将入射电磁辐射反射到第一反射镜和反射从第一反射镜入射的电磁辐射并且可以沿着第一轴与所述第一反射镜一致地移动的第二反射镜；

自动聚焦单元，其沿着所述光输入轴朝着样品架引导第一波长的入射电磁辐射并且汇聚沿着所述光输入轴接收的处于所述波长的反射光；

照明单元，其沿着所述扫描器的光输入轴朝着所述样品架引导第二波长的电磁辐射；

用于从所述样品架中获取沿着光输入轴传输的图像的电磁辐射捕获单元，所述电磁辐射捕获单元包括至少一个传感器；和

沿着所述光输入轴放置的镜筒透镜，所述镜筒透镜将第三波长的电磁辐射聚焦于所述电磁辐射捕获单元上。

在一些实施方案中，自动聚焦单元包括沿着光输入轴放置并且将来自自动聚焦单元的第一波长的电磁辐射反射到光输入轴上以及将来自光输入轴的第一波长的电磁辐射反射到自动聚焦单元的自动聚焦输入滤波器。在一些实施方案中，照明单元包括沿着光输入轴放置的并且朝着所述样品架将来自照明单元的具有第二波长的电磁辐射反射到光输入轴上的照明输入滤波器，所述照明输入滤波器相对于所述样品架远离自动聚焦输入滤波器放置。在一些实施方案中，从扫描器返回的第三波长的电磁辐射通过两个输入滤波器。在一些实施方案中，第二波长和第三波长为相同的波长。在一些实施方案中，第二波长和第三波长为不同的波长。在一些实施方案中，照明单元朝着样品架引导几种第二波长的辐射，并且所述镜筒透镜将几种第三波长的电磁辐射聚焦于所述至少一个传感器上。在一些实施方案中，几种第三波长中的至少一种不同于所有的几种第二波长。在一些实施方案中，所有几种第三波长不同于几种第二波长。

在一些实施方案中，电磁辐射捕获单元包括至少两个CCD摄像机。在一些实施方案中，电磁辐射捕获单元包括至少三个CCD摄像机。