[发明专利]具有先进的成像性质的显微镜成像设备

说明书

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本专利文献根据35U.S.C.§119要求名为“Microscopy Imaging Device with Advanced Imaging Properties”、在2010年8月27日提交的美国临时专利申请系列号No.61/377,591的权益；在这个根本的临时申请中提交的专利文献和附录，包括其中应用的参考文献，通过参考全部并入此处。

特定实施例的概览

本公开的各方面一般地涉及显微镜成像设备，例如，微型落射荧光成像设备。

光学显微镜经常被设计为具有相当大尺寸和花费的仪器。生物医学中的成像的作用增加，且光学显微镜的微型化集成有助于很多新应用的进步。例如，量产的、小型显微镜，可用于对自由行动的动物中的细胞的成像，特别是对于脑部中的细胞的成像，为此，有用的是理解细胞动态如何与动物行为有关。

尽管没有限制于此，本公开的各方面涉及由量产零件制成的微型(<2g)、集成的荧光显微镜，包括半导体光源和图像传感器，允许在跨～0.5mm²区域范围的成像。这样的设备可被配置为以足够的图像质量和/或分辨率对于细胞动态做出高速观察，这样的观察对于以高达100Hz的帧采集率查看活鼠脑部的动态是有用的。微型显微镜的使用可对于各种不同应用有帮助(如，跟踪在超过9个小脑微域上延伸的高达>200的浦肯雅神经原中同时发生的Ca²⁺激增)。

本公开的各方面涉及落射荧光显微镜。该显微镜包括具有光学传感器阵列的图像捕捉电路。光学装置被配置为将小于约1mW的激发光引导向至少0.5mm²的视场中的目标对象并且将由该激发光引起的落射荧光发射引导向光学传感器阵列。该光学装置和光学传感器阵列各自充分靠近目标对象来为视场的图像提供至少2.5μm分辨率。

本公开的特定实施例涉及落射荧光显微镜，该显微镜具有被配置为从提供小于6mW的能量源产生激发光的光源。该显微镜包括包含传感器阵列的成像电路，还包括物镜,其被配置为在和光源、图像传感器阵列、以及目标对象充分近处操作，从而为至少0.5mm²的视场提供至少2.5μm图像分辨率。

本公开的其他实施例涉及占据小于一立方英寸的落射荧光显微镜。这样的显微镜包括被配置为将光引导向包含成像目标的视场的光激发装置。包含光学传感器阵列的成像电路被配置为从由所引导的光和成像目标之间的交互引起的荧光中生成图像数据。光学装置被配置为将荧光引导至光学传感器阵列，该传感器阵列具有对于图像数据的足够强度和焦距以使得图像数据描述超过0.20mm²并有至少3μm的分辨率。在其他实施例中，对于图像数据的强度和焦距足以对于至少0.5mm²的视场以2.5μm图像分辨率来描绘。

根据本公开的其他实施例，成像设备包括尺寸上小于一立方英寸的便携式外壳。该便携式外壳包括数个元件，包括配置为提供激发光的激励源。还包括一结构，该结构被配置为提供具有第一端和第二端的光学路径。该结构包括位于光学路径第一端的物镜；被配置和布置为将激发光引导至物镜的一个或多个激发元件；和一个或多个发射元件，被配置和布置为由物镜接收到的落射荧光发射光在光学路径的第二端提供焦平面。成像电路包括位于焦平面处的光学传感器阵列，且该光学传感器阵列被配置和布置为从落射荧光发射光来捕捉目标对象的图像，该图像具有足够的视场来捕捉多个独立毛细血管且具有足够分辨率来将独个毛细血管与另一个区分开来。

以多个所示的实现和应用例示了本公开的特定方面，这些实现和应用中的一些在附图中示出，且以所附权利要求部分为特征。以上概览并不旨在描述本公开的每个例示实施例或者每个实现。

附图说明

考虑以下结合附图对本公开的各个实施例的详细描述，可更完整地理解本公开的各方面，在附图中：

图1示出根据本公开的实施例的落射荧光显微镜设备的框图；

图2示出根据本公开的实施例的具有外部光源的落射荧光显微镜设备的框图；

图3示出根据本公开的实施例的微型荧光显微镜的截面；

图4示出根据本公开的实施例的物镜以及在物镜中的射线传播；

图5示出根据本公开的实施例的，具有两个透镜元件和附加光谱过滤组件的成像路径的光学射线轨迹图；和

图6示出根据本公开的实施例的显微镜系统的框图。