可調(diào)節(jié)的數(shù)字顯微鏡顯示的制作方法
【專利說明】可調(diào)節(jié)的數(shù)字顯微鏡顯示
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本美國專利申請要求于2013年5月I日同時(shí)提交的題為“可調(diào)節(jié)的數(shù)字顯微鏡顯示”的美國臨時(shí)專利申請N0.61/818，251、題為“數(shù)字顯微鏡顯示屏應(yīng)用”的美國臨時(shí)專利申請N0.61/818，332、題為“可調(diào)節(jié)的數(shù)字顯微鏡聚焦控制”的美國臨時(shí)專利申請N0.61/818，258、以及題為“數(shù)字顯微鏡觀察攝像機(jī)和顯示”的美國臨時(shí)專利申請N0.61/818，340的每一個(gè)的優(yōu)先權(quán)。這些臨時(shí)專利申請的每一個(gè)的全部公開內(nèi)容通過引用而整體結(jié)合于本申請用于所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體涉及顯微術(shù)系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及具有可調(diào)節(jié)顯示裝置的顯微鏡。
【背景技術(shù)】
[0003]顯微鏡對整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域的研究員來說是重要的工具。傳統(tǒng)的顯微鏡笨重、使用麻煩、且常常對于簡單任務(wù)來說過于復(fù)雜。與顯微鏡相結(jié)合，熒光被用于生命科學(xué)，作為通過以特定頻率的熒光發(fā)射的方式來跟蹤或分析生物分子的一種非破壞性的方法。生物化合物可以用熒光標(biāo)志物來標(biāo)記(即，外來熒光團(tuán))，其可以是小分子、蛋白質(zhì)、或量子原子團(tuán)，其在被特定波長的光激發(fā)時(shí)，發(fā)出熒光。其他天然或固有的熒光生物材料也可在被用激發(fā)光觸發(fā)時(shí)反應(yīng)并發(fā)出光。不同的標(biāo)志物對激發(fā)光的不同波長做出反應(yīng)發(fā)出熒光。
[0004]對于可滿足現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室里的研究員的此類需要的備選成像儀器的需求近年有增加，導(dǎo)致可提供小尺寸數(shù)字成像、且具有便攜性和易用性的預(yù)期相關(guān)益處的產(chǎn)品(例如LumaScope (來自Etaluma公司)和FLoid(來自生命科技公司))的出現(xiàn)。然而，存在于該領(lǐng)域的產(chǎn)品，仍然缺乏研究人員所需要的能力。
【附圖說明】
[0005]圖1為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有可調(diào)節(jié)數(shù)字顯示的顯微鏡的示意圖；
[0006]圖2A為依據(jù)第一配置中的本發(fā)明的實(shí)施例的可調(diào)節(jié)數(shù)字顯微鏡顯示的升高組件(elevated assembly)的透視圖；
[0007]圖2B為依據(jù)第二配置中的本發(fā)明的實(shí)施例的可調(diào)節(jié)數(shù)字顯微鏡顯示的升高組件的透視圖；
[0008]圖2C為依據(jù)第三配置中的本發(fā)明的實(shí)施例的可調(diào)節(jié)數(shù)字顯微鏡顯示的升高組件的透視圖；
[0009]圖3A、3B、3C以及3D為依據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的具有聚焦控制的顯示屏的框圖表不;
[0010]圖3E為具有用于顯不屏的聚焦控制的顯不屏的另一視圖的框圖表不;
[0011]圖4為用于依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字顯微鏡的示例顯示單元的框圖；
[0012]圖5為用于使用依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有可調(diào)節(jié)顯示的數(shù)字顯微鏡的過程的示例流程圖；
[0013]圖6為依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字顯示屏內(nèi)的圖形用戶界面的示例屏幕截圖；
[0014]圖7為所公開的實(shí)施例可被實(shí)施的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的示例框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]出于解釋的目的，在本描述中，大量的具體細(xì)節(jié)被闡述以便提供對本發(fā)明的全面理解。顯而易見的，然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其它實(shí)例中，眾所周知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以框圖的形式示出以免模糊所述實(shí)施例的基本原理。
[0016]本發(fā)明涉及呈現(xiàn)樣本的數(shù)字圖像、具有控制顯微鏡系統(tǒng)的聚焦的能力、以及用于控制數(shù)字顯微鏡系統(tǒng)的操作的軟件的顯微鏡。進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及允許緊湊和顯微鏡的多功能使用、提供光屏蔽和對需要暴露于特定波長以便察覺、熒光、以及成像的樣本進(jìn)行控制的顯微鏡結(jié)構(gòu)。
[0017]依據(jù)本發(fā)明的可調(diào)節(jié)數(shù)字顯微鏡儀器擁有幾個(gè)使得儀器適合于增加效率和適用性的特征。一方面，可調(diào)節(jié)數(shù)字顯微鏡儀器具有升高組件結(jié)構(gòu)，其可被調(diào)節(jié)、傾斜、或折疊為幾種位置。升高組件結(jié)構(gòu)包括數(shù)字顯示屏，其向用戶顯示來自顯微鏡的樣本臺(tái)上的物體的圖像和信息。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示屏可以是具有觸屏功能的液晶顯示(”LCD”)屏?？烧{(diào)節(jié)升高組件結(jié)構(gòu)的能力具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0018]首先，升高組件結(jié)構(gòu)可被推動(dòng)或向后傾斜以允許樣本臺(tái)上樣本更換的便利。第二，可調(diào)顯示屏可適應(yīng)用戶的視角(例如，來自坐或站位的視角)，或顧及來自外部光源的眩光。第三，升高組件的部件可以部分或全部地向下折并充當(dāng)遮篷，如此升高組件至少部分地覆蓋樣本臺(tái)并有效地遮擋住外部光到達(dá)樣本臺(tái)。通過允許升高組件結(jié)構(gòu)以這種方式調(diào)整，提供額外地作為遮蓬的需要，升高組件結(jié)構(gòu)可為熒光影像的獲取提供必要的黑暗。
[0019]依據(jù)本發(fā)明的可調(diào)數(shù)字顯微鏡儀器也可包括顯示屏上的縮略圖區(qū)域?？s略圖區(qū)域是數(shù)字顯示于顯示屏上的相對較小的窗口，其可在屏幕上的各個(gè)位置被示出?？s略圖區(qū)域可顯示關(guān)于在檢樣本(當(dāng)前或以前)的信息，包括的信息諸如指示所用樣本容器的類型、當(dāng)容器實(shí)時(shí)移動(dòng)時(shí)成像裝置被對準(zhǔn)的位置(區(qū)域或更精確的點(diǎn)位置)、或其它涉及所觀察樣本的信息。在某種程度上，當(dāng)用戶操作樣本臺(tái)上的樣本或容器時(shí)，通過使用覆蓋于縮略圖區(qū)域內(nèi)的指針或指示器，縮略圖區(qū)域幫助用戶對成像場所的位置保持注意?？s略圖區(qū)域也可顯示關(guān)于可調(diào)數(shù)字顯微鏡儀器自身的信息，例如儀器在使用中的狀態(tài)、放大因子、或入射到所觀察物體上的光的波長。
[0020]另一方面，對可調(diào)數(shù)字顯微鏡的顯示的控制允許有對包括平移，縮放，和放大倍率等功能的直接控制，以及對通過顯微鏡觀察的焦平面的“粗放”和“精細(xì)”控制?？刂瓶稍陲@示屏上通過觸摸操作。另一方面，聚焦控制可被置于毗鄰顯示屏以機(jī)械表盤和/或調(diào)焦按鈕(例如，“上”和“下”按鈕來增加或減少所觀察焦平面的高度)的形式存在。在顯示屏上或毗鄰處的控制的出現(xiàn)允許不受其它結(jié)構(gòu)阻礙的控制的便捷操作。
[0021]被配置為對儀器的粗放和/或精細(xì)焦平面調(diào)節(jié)進(jìn)行控制的表盤和/或調(diào)焦按鈕可被提供。這些數(shù)字控制代表對用于顯微鏡上焦點(diǎn)控制的傳統(tǒng)共軸旋鈕的改進(jìn)。表盤和調(diào)焦按鈕可同時(shí)地或獨(dú)立地工作，且本發(fā)明的各種實(shí)施例可同時(shí)包括機(jī)械表盤和調(diào)焦按鈕，或僅包括這兩種控制機(jī)構(gòu)之一。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可有一個(gè)單獨(dú)的按鈕或控制輸入在粗放和精細(xì)增量之間轉(zhuǎn)換調(diào)焦控制。機(jī)械撥號(hào)和按壓這些控制鍵可傳遞電信號(hào)，其把焦平面內(nèi)的物體數(shù)字地以圖像的形式顯示于顯示屏上。
[0022]依據(jù)本發(fā)明的許多實(shí)施例的可調(diào)節(jié)數(shù)字顯微鏡為用戶在工作流程處理上提供了顯著的便利。樣本和/或樣本容器可輕松地被置于可調(diào)節(jié)數(shù)字顯微鏡的樣本臺(tái)上，其中放置和取向的便利部分地取決于升高組件的可調(diào)性。一旦在觀察中，通過改變焦平面的高度使得樣本容器內(nèi)的樣本可被發(fā)現(xiàn)，且在顯微鏡的顯示屏上被觀察的區(qū)域的位置可用覆蓋于顯示屏內(nèi)圖像上的縮略圖區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的指示器來指定。在其它實(shí)施例中，縮略圖可在顯示屏內(nèi)但是不覆蓋其中顯示的圖像。
[0023]當(dāng)有選擇地遮蔽環(huán)境光，在觀察中的樣本可被置于能引起與樣本相關(guān)的特定標(biāo)志物發(fā)出熒光的特定波長的光之中(也就是說，不同顏色的光)。發(fā)熒光的樣本的圖像可隨之被捕捉并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀的媒體或加在顯微鏡上的內(nèi)存里。進(jìn)一步地，圖像可隨后被組織和/或與通過數(shù)字顯微鏡捕捉的其它圖像合并。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)樣本被不同波長的光激勵(lì)并引起不同的標(biāo)志物發(fā)出熒光時(shí)的圖像們被捕捉。相同樣本的圖像們的合并也允許在同一圖像內(nèi)展示多重?zé)晒鈽?biāo)志物(以及因此相關(guān)的樣本對象)的多色圖像的創(chuàng)建。此外，后處理功能可在由顯微鏡捕捉的圖像上實(shí)施。
[0024]進(jìn)一步地，伴隨著依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)字顯微鏡，與所觀測樣本有關(guān)的數(shù)據(jù)可被輸入，通過觸摸屏上軟件產(chǎn)生的鍵盤和功能按鈕和/或通過與顯微鏡電氣連接的外部鍵盤。
[0025]圖1為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可調(diào)數(shù)字顯微鏡100的圖示。可調(diào)數(shù)字顯微鏡100具有兩個(gè)基本區(qū)域，升高組件102和樣本臺(tái)104。在圖示的實(shí)施例中，升高組件102通過垂直核心支撐115和升高組件鉸鏈112與樣本臺(tái)104耦合。升高組件102包括顯示屏幕層106，其通過顯示屏幕層鉸鏈110與光控制或光源層108耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，光源層包括發(fā)光二極管(“LED”)作為光源。于此所描述的技術(shù)范圍內(nèi)的其它光源和配置是可接受的。在圖1中，升高組件包括定位于樣本臺(tái)之上的定向攝像機(jī)101，以及遮光罩114。樣本臺(tái)104具有基座部分118，其頂部確定了樣本甲板117，其上為樣本成像區(qū)域116 (其中各種樣本和容器可被放置并操作，同時(shí)通過定向攝像機(jī)101來成像)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，以及如此所規(guī)定的，顯示屏幕層鉸鏈110和升高組件鉸鏈112可以是任意允許所確定的結(jié)構(gòu)元件相對另一結(jié)構(gòu)元件(例如，滾珠和承窩組件)轉(zhuǎn)向或旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
[0026]顯示屏幕層106和光源層108可圍繞升高組件鉸鏈112 (光源層108與其機(jī)械耦合)的旋轉(zhuǎn)軸以旋轉(zhuǎn)方式移動(dòng)。通過升高組件鉸鏈112推動(dòng)的用于升高組件102的運(yùn)動(dòng)范圍的方向如圖1中元素109所示。相似地，顯示屏幕層106可圍繞顯示屏幕層鉸鏈110 (顯示屏幕層106與其機(jī)械耦合)的旋轉(zhuǎn)軸以旋轉(zhuǎn)方式移動(dòng)。通過顯示屏幕層鉸鏈112推動(dòng)的用于顯示屏幕層106的運(yùn)動(dòng)范圍的方向如圖1中元素107所示。在本發(fā)明的備選實(shí)施例中，升高組件102可相對于樣本臺(tái)104沿著至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)，且每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸具有不同的運(yùn)動(dòng)范圍。相似地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，升高組件102可被沿著至少兩個(gè)自由度進(jìn)行調(diào)節(jié)，沿著不同的軸，例如通過顯示屏幕層鉸鏈110的旋轉(zhuǎn)軸和升高組件鉸鏈112的旋轉(zhuǎn)軸確定的軸。
[0027]在圖1中所示的發(fā)明的實(shí)施例中，遮光罩114位于一個(gè)位置，在光源層108的下面并與之機(jī)械連接，使得在其默認(rèn)位置，遮光罩114在凹處且不對處理樣本臺(tái)104上的物體造成障礙。在這樣的凹處位置，遮光罩114可阻擋來自光源的光，例如LED，在光源層108的下偵U。遮光罩可被延伸到第一遮光位置114’，其可以從可調(diào)數(shù)字顯微鏡100向外延伸，即朝向用戶，或向外朝向可調(diào)數(shù)字顯微鏡100的一側(cè)?？梢杂卸嘤谝粋€(gè)遮光罩114，其的每一個(gè)可沿不同方向延伸，從升高組件支撐結(jié)構(gòu)112，到達(dá)第一延伸遮光位置114’，遮光罩114可延伸和從升高組件支撐結(jié)構(gòu)112的底部縮回，按需要遮擋環(huán)境光線。
[0028]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)遮光罩114，當(dāng)處于凹處位置時(shí)，可位于光源層108的構(gòu)架的內(nèi)部，并從那里延伸到環(huán)境光遮擋位置。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)處于光源層108的構(gòu)架的內(nèi)凹處時(shí)，一個(gè)或多個(gè)遮光罩114容許對可調(diào)數(shù)字顯微鏡100的更方便的操作，當(dāng)，例如，沿著升高組件鉸鏈112的旋轉(zhuǎn)軸改變光源層108的高度或角度時(shí)。在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)遮光罩114可用鉸鏈(未示出)連接到光源層108，使得一個(gè)或多個(gè)遮光罩114可被移動(dòng)到第二延伸遮光位置114”，其可更徹底地遮擋環(huán)境光，使其免于入射到樣本甲板117和樣本成像區(qū)域116上。換言之，可延伸到可調(diào)數(shù)字顯微鏡100的前面和側(cè)面的遮光罩114，S卩，到達(dá)第一遮光位置114’，可進(jìn)一步被配置為向下折疊到第二延伸遮光位114”，形成垂直墻來提供對環(huán)境光的部