用于供在结构化照明成像系统中使用的可更换照明滤波器组的系统和方法技术方案

一种用于生成结构化照明图像的设备，包括：壳体；成像光学件，其安装在所述壳体内，所述成像光学件被配置成聚焦来自照明源的照明，使得对应于光掩模上的图案的焦点内光图案投射到样品上；反射器，其安装在所述壳体内且被配置成将所述照明反射到样品；滤光设备，其包括安装在所述壳体内的一个或多个滤光片，所述滤光设备被配置成仅允许来自所述所照明样品的发射传递到传感器；以及在所述壳体上的安装特征，所述安装特征被配置成允许将所述设备安装在成像系统内。

Systems and methods for replaceable lighting filter banks for use in structured lighting imaging systems

A method for generating a structured illumination image device, comprising a housing; imaging optical element, which is installed in the shell, the imaging optics configured to focus from the illumination source lighting, so that the corresponding focus light on a mask pattern in the pattern of light onto a sample reflector, its installation; in the housing and is configured to the reflected light to the sample; filter equipment, including installation in one or more filter in the housing, the filter device is configured to allow only from the lighting emission of the sample is transferred to the sensor; and on the housing the installation features, the mounting feature is configured to allow the equipment installed in the imaging system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于供在结构化照明成像系统中使用的可更换照明滤波器组的系统和方法本申请案主张2015年6月2日申请的第62/169,655号美国申请案的优先权，所述美国申请案以全文引用的方式并入本文中。
本文所述的实施例涉及荧光成像，且更确切地说，涉及在荧光成像系统中生成复合共焦图像。
技术介绍
荧光显微镜为用以替代反射和吸收或除了反射和吸收之外还使用荧光来研究有机或无机物质的性质的光学显微镜。荧光显微镜是基于以下现象：在用特定波长的光辐照时，某些材料发射可检测为可见光的能量。样品可以在其天然形式下发荧光(如叶绿素)，或其可以用荧光斑点加以处理。在此项技术中众所周知的基本宽视场荧光显微镜包含光源和对应于匹配荧光斑点的波长的若干滤光片。提供激发滤光片用于选择来自光源的光的激发波长，且二色性分束器反射来自光源的光以对试样进行照明。照明光利用发射滤光片与弱得多的所发射荧光分离。荧光区域可以在显微镜中观察到，且以高对比度对照暗背景照射出来。结构化照明成像系统使用与上文所描述的宽视场成像系统大同小异的原理，关键是在任何一个时间对样品的仅一部分进行照明。激发光的大部分被阻断，同时未阻断照明的图案扫过整个样品，使得样品的每个区域接收大致相等的激发光。通常，在此过程中以离散间隔俘获多个图像，且通过图像处理算法生成单个完全照明的图像，所述图像处理算法分析离散输入图像以建构对应输出图像。此输出图像优于使用简单宽视场成像技术俘获的图像，因为从样品的离焦区域搜集的光减少，从而导致改善的信噪比、较高的侧向和轴向空间分辨率，或两者。共焦成像系统为一种类型的结构化照明系统。共焦成像系统可以用来改善信噪比或增大光学分辨率。在共焦成像系统中，物镜仅对样品的处于焦点处的薄部分进行成像，从而拒绝来自聚焦平面上方及下方的所有光。这与更基本的宽视场成像形成对比，在宽视场成像中，离焦元素仍然显现为图像中的显著元素。常规共焦系统可以不严谨地划分为单点共焦和多点共焦系统。在单点共焦系统中，用来激发染料的照明通过针孔到样品上，接着来自样品的荧光发射通过另一针孔到光电检测器中。针孔大小和光学件经设计以接受仅从样品的处于焦点的薄切片发射的那些光子返回的光。所述技术一次仅可以对一个点进行成像。因此，射束或样品必须以二维形式来回扫描以建构单个2D共焦图像。此种常规系统中的射束通常在固定样品上扫描，这需要将非常快速、非常准确的反射镜同步到光电检测器。在多点共焦系统中，操作原理与以上相同，但并行地对多个点进行成像。通常，具有针孔图案的圆盘自旋，使得照明在曝光期间扫过视场。实例自旋圆盘共焦成像系统说明于图5中。如可在图5中看出，来自光源的光802入射于包含多个聚焦透镜806的第一圆盘804上，所述聚焦透镜将光聚焦到包含于第二圆盘808中的针孔掩模810上。通过针孔掩模810的光802接着经由物镜812聚焦到试样814上。光802由荧光团吸收，使得所述荧光团发出光816，所述光816向后通过物镜812和针孔掩模810且入射于反射镜818上。反射镜818将发射光816例如经由光学件820反射到传感器822上，在所述传感器处可以检测到所述光。例如图5中所说明的系统的系统可以比单点系统更快地俘获图像，但此类系统还需要在针孔与检测器之间的更复杂同步。
技术实现思路
本文公开用于荧光成像系统以使得系统可以用来利用针孔掩模生成复合共焦图像的系统和方法。根据一个方面，一种用于生成结构化照明图像的设备包括：壳体；成像光学件，其安装在所述壳体内，所述成像光学件被配置成聚焦来自照明源的照明，使得对应于光掩模上的图案的焦点内光图案投射到样品上；反射器，其安装在所述壳体内且被配置成将所述照明反射到样品；滤光设备，其包括安装在所述壳体内的一个或多个滤光片，所述滤光设备被配置成仅允许来自所述所照明样品的发射传递到传感器；以及在所述壳体上的安装特征，所述安装特征被配置成允许将所述设备安装在成像系统内。根据另一方面，一种结构化照明系统包括：成像设备，所述成像设备包括：壳体；成像光学件，其安装在所述壳体内，所述成像光学件被配置成聚焦来自照明源的照明，使得对应于光掩模上的图案的焦点内光图案投射到样品上；反射器，其安装在所述壳体内且被配置成将所述照明反射到样品；滤光设备，其包括安装在所述壳体内的一个或多个滤光片，所述滤光设备被配置成仅允许来自所述所照明样品的发射传递到传感器；以及在所述壳体上的安装特征，所述安装特征被配置成允许将所述设备安装在成像系统内；以及安装结构，其被配置成允许将多个成像设备安装在所述系统上或所述系统内。根据另一方面，一种用于配置包括壳体的成像系统的方法，所述壳体包含针对特定样品染料优化的照明源和光学件，所述方法包括：将成像光学件安装在所述壳体内并配置所述成像光学件以聚焦来自照明源的照明，使得对应于光掩模上的图案的焦点内光图案投射到样品上；将包括一个或多个滤光片的滤光设备安装到所述壳体中，所述滤光设备被配置成仅允许来自所述所照明样品的发射传递到传感器；校准所述照明源、成像光学件和滤光设备以对所述样品进行照明；以及将所述壳体安装到安装结构中。下文在标题为“具体实施方式”的部分中描述这些和其它特征、方面和实施例。附图说明结合附图描述特征、方面和实施例，在附图中：图1为图示根据一个实施例配置的实例荧光成像系统的图；图2为图示图1的组件中的至少一些的光立方体实施方案的实例实施例的图；图3为图示根据一个实施例的用于控制图1的照明系统的操作的实例控制系统的图；图4为图示根据一个实施例的可以用于图1的系统，且明确地说，用于图2的光立方体实施方案中的实例针孔掩模的图；图5为图示常规自旋圆盘共焦成像系统的图；图6为图示可以结合本文所描述的各种实施例使用的实例有线或无线系统的框图；图7为图示根据一个实施例的可以与图1的系统，且明确地说，与图2的光立方体一起使用的实例平移设备的图；图8为图示根据一个实施例的用于校准图1的系统以便消除对发射路径针孔掩模的需要的实例方法的图；图9A示出用于图像的针孔的所确定位置；以及图9B示出图像的一部分的特写，其中所确定位置覆叠有原始数据。具体实施方式在本文中所描述的实施例中，公开用于产生复合共焦图像的系统、设备和方法。将理解，所描述的实施例仅作为实例。此外，诸图为说明性的，且希望辅助描述所公开的系统和方法。因此，诸图可能不包括描绘完整系统所需要的所有组件、电路、元件等。因此，诸图和随附公开内容不应被视为将实施例限于某些配置，且不应被视为排除在所公开配置中包含进一步组件等或包含进一步配置。如上文所指出，结构化照明系统具有优于常规宽视场系统的某些优势。共焦成像系统为一种类型的结构化照明系统。共焦成像系统可以用来增大光学分辨率和对比度，且使得能够从一系列所获得图像重构三维结构。在共焦成像系统中，物镜仅对样品的处于焦点处的薄部分进行成像，从而拒绝来自聚焦平面上方及下方的所有光。这与更基本的宽视场成像形成对比，在宽视场成像中，离焦元素仍然显现为图像中的显著元素。常规共焦系统可以不严谨地划分为单点共焦和多点共焦系统。在单点共焦系统中，用来激发染料的照明通过针孔到样品上，接着来自样品的荧光发射通过另一针孔到光电检测器中，即，其实质上为单像素相机。针孔大小和光学件经设计以接受仅从样品的处于焦点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成结构化照明图像的设备，其包括：壳体；成像光学件，其安装在所述壳体内，所述成像光学件被配置成聚焦来自照明源的照明，使得对应于光掩模上的图案的焦点内光图案投射到样品上；反射器，其安装在所述壳体内且被配置成将所述照明反射到样品；滤光设备，其包括安装在所述壳体内的一个或多个滤光片，所述滤光设备被配置成仅允许来自所述所照明样品的发射传递到传感器；以及在所述壳体上的安装特征，所述安装特征被配置成允许将所述设备安装在成像系统内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.02 US 62/169,6551.一种用于生成结构化照明图像的设备，其包括：壳体；成像光学件，其安装在所述壳体内，所述成像光学件被配置成聚焦来自照明源的照明，使得对应于光掩模上的图案的焦点内光图案投射到样品上；反射器，其安装在所述壳体内且被配置成将所述照明反射到样品；滤光设备，其包括安装在所述壳体内的一个或多个滤光片，所述滤光设备被配置成仅允许来自所述所照明样品的发射传递到传感器；以及在所述壳体上的安装特征，所述安装特征被配置成允许将所述设备安装在成像系统内。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述壳体进一步包括开口以允许将包括光掩模的载片在所述照明源与所述成像光学件之间插入到所述壳体中。3.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括照明源光学件，所述照明源光学件安装在所述壳体内且被配置成将来自所述照明源的照明聚焦到光掩模上。4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括安装在所述壳体内的照明源。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述照明源为发光二极管LED。6.根据权利要求2所述的设备，其中所述载片包括一个或多个针孔掩模或透明窗口。7.根据权利要求2所述的设备，其中所述一个或多个针孔掩模包括由坐标系统限定的针孔图案。8.根据权利要求2所述的设备，其进一步包括平移设备，所述平移设备被配置成根据俘获产生复合图像所需的多个图像的需要而移动所述载片。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述反射器为二向色反射镜。10.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括电路，所述电路安装在所述壳体上或所述壳体内且被配置成允许所述设备与控制系统通信。11.根据权利要求9所述的设备，其中所述电路被配置成将关于所述设备的信息提供到所述控制系统。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明源和滤光设备针对特定类型的样品染料而优化。13.根据权利要求1所述的设备，其中所述安装特征被配置成至少部分地约束所述设备的位置，使得所述反射器在每次安装所述设备时在相同位置和定向上定位在与所述设备相关联的光学路径内。14.根据权利要求1所述的设备，其中所述安装特征包括动态的鸠尾式或其它机械导件中的至少一个或被配置成结合其进行工作。15.一种结构化照明系统，其包括：成像设备，所述成像设备包括：壳体，成像光学件，其安装在所述壳体内，所述成像光学件被配置成聚焦来自照明源的照明，使得对应于光掩模上的图案的焦点内光图案投射到样品上，反射器，其安装在所述壳体内且被配置成将所述照明反射到样品，滤光设备，其包括安装在所述壳体内的一个或多个滤光片，所述滤光设备被配置成仅允许来自所述所照明样品的发射传递到传感器，以及在所述壳体上的安装特征，所述安装特征被配置成允许将所述设备安装在成像系统内；以及安装结构，其被配置成允许将多个成像设备安装在所述系统上或所述系统内。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述壳体进一步包括开口以允许将包括光掩模的载片在所述照明源与所述成像光学件之间插入到所述壳体中。17.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括照明源光学件，所述照明源光学件安装在所述壳体中且被配置成将来自所述照明源的照明聚焦到光掩模上。18.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括照明源。19.根据权利要求18所述的系统，其中所述照明源安装在所述壳体内。20.根据权利要求18所述的系统，其中所述照明源为发光二极管LED。21.根据权利要求16所述的系统，其中所述载片包括一个或多个针孔掩模...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·莱特勒，P·博伊斯克腾，A·甘德森，C·格内穆，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US