结构照明成像系统技术方案

本公开涉及结构照明成像系统。本公开提供了结构照明显微术(SIM)成像系统。在一组实现方式中，SIM成像系统可以被实现为多臂SIM成像系统，由此，系统的每个臂包括光发射器和具有相对于系统的光轴的特定的固定取向的分束器(例如透射式衍射光栅)。在第二组实现方式中，SIM成像系统可以被实现为多分束器滑动SIM成像系统，其中一个线性运动台安装有具有相对于系统的光轴的相应的固定取向的多个分束器。在第三组实现方式中，SIM成像系统可以被实现为图样角度空间选择SIM成像系统，由此，固定的二维衍射光栅与空间滤波器轮结合来使用，以在样品上投射一维条纹图样。

Structural lighting imaging system

【技术实现步骤摘要】
结构照明成像系统相关申请的交叉引用本申请要求2018年1月16日提交的且标题为“PatternAngleSpatialSelectionStructuredIlluminationImaging”的美国临时专利申请号62/618,059和2018年3月20日提交的且标题为“PatternAngleSpatialSelectionStructuredIlluminationImaging”的荷兰专利申请号N2020620的优先权。上面提到的申请中的每一个的全部内容通过引用被并入本文。
本申请涉及，但不限于结构照明成像系统。
技术介绍
结构照明显微术(SIM)描述了一种技术，通过该技术，空间结构化(即，图样化)的光可用于对样品成像，以将显微镜的横向分辨率提高两倍或更多倍。在某些情况下，在样品的成像期间，在各个图样相位(例如0°、120°和240°)下采集样品的条纹图样的三个图像，使得样品上的每个位置暴露于一定范围的照明强度，该过程通过绕光轴将图样取向旋转到3个单独的角度(例如0°、60°和120°)来重复。所捕获的图像(例如，九个图像)可以被组合成具有扩展的空间频率带宽的单个图像，该图像可以被再转换到真实空间中以生成具有比由传统显微镜捕获的图像更高分辨率的图像。在当前SIM系统的一些实现方式中，线偏振光束被引导通过将光束分成两个或更多个单独的级的光学分束器，这些级可以被组合并作为具有正弦强度变化的干涉条纹图样投射在被成像的样品上。衍射光栅是可以产生具有高程度的相干性和稳定传播角的光束的分束器的例子。当两个这样的光束组合时，在它们之间的干涉可以产生均匀的、有规则地重复的条纹图样，其中间距由包括在干涉光束之间的角度在内的因素确定。如果多于两个光束被组合，则因而得到的图样通常包含条纹间距的混合物，结果是在最大强度和最小强度之间的差异(也被称为“调制深度”)减小了，使它变得较不适合于SIM目的。在当前SIM系统的一些实现方式中，通过围绕光轴旋转分束元件来控制所投射的图样的取向，并且通过跨轴横向地移动元件来调整图样的相位。在这样的系统中，衍射光栅通常安装在平移台上，平移台又安装在旋转台上。此外，这种系统常常利用线偏振器来在由光源发射的光在光栅处被接收之前使其偏振。
技术实现思路
本文公开的实现方式涉及结构照明系统和方法。在第一组实现方式中，SIM成像系统可以被实现为多臂SIM成像系统，其中系统的每个臂包括光发射器和具有相对于系统的光轴的特定的固定取向的分束器(例如透射式衍射光栅)。在多臂SIM成像系统的一个实现方式中，该系统包括：第一光学臂，该第一光学臂包括发射光的第一光发射器以及第一分束器，该第一分束器分离由第一光发射器发射的光以将第一多个条纹投射在样品的平面上；以及第二光学臂，该第二光学臂包括发射光的第二光发射器以及第二分束器，该第二分束器分离由第二光发射器发射的光以将第二多个条纹投射在样品的平面上。在该实现方式中，该系统还可以包括组合第一臂和第二臂的光路的光学元件。此外，该系统可以包括图像传感器以收集由样品发射的光。在一些实现方式中，样品可以包括以矩形阵列或六边形阵列有规则地图样化的多个特征。在一些实现方式中，第一分束器包括第一透射式衍射光栅，以及第二分束器包括第二透射式衍射光栅。在一些实现方式中，第一分束器包括第一反射式衍射光栅，以及第二分束器包括第二反射式衍射光栅。在一些实现方式中，第一分束器和第二分束器各自包括分束器立方体(cube)或板。在一些实现方式中，第一光发射器和第二光发射器发射非偏振光，并且第一透射式衍射光栅和第二透射式衍射光栅使由第一光发射器和第二光发射器中的相应光发射器发射的非偏振光衍射。在一些实现方式中，组合第一多个条纹和第二多个条纹的光路的光学元件包括具有孔的反射镜，其中该反射镜被布置成反射由第一衍射光栅衍射的光，并且孔被布置成使由第二衍射光栅衍射的至少第一级光穿过。在一些实现方式中，组合第一臂和第二臂的光路的光学元件包括偏振分束器，其中第一衍射光栅使垂直偏振光衍射，并且其中第二衍射光栅使水平偏振光衍射。在一些实现方式中，多臂SIM成像系统包括使第一多个条纹和第二多个条纹相移的一个或更多个光学元件。在一些实现方式中，使第一多个条纹和第二多个条纹相移的一个或更多个光学元件包括使第一多个条纹相移的第一旋转光学窗口和使第二多个光学条纹相移的第二旋转光学窗口。在一些实现方式中，使第一多个条纹和第二多个条纹相移的一个或更多个光学元件包括平移第一衍射光栅的第一线性运动台和平移第二衍射光栅的第二线性运动台。在一些实现方式中，使第一多个条纹和第二多个条纹相移的一个或更多个光学元件包括单个旋转光学窗口，其中该单个旋转光学窗口在到样品的光路中定位在具有孔的反射镜之后。在一些实现方式中，单个旋转光学窗口的旋转轴从每个光栅的光轴偏移约45度。在一些实现方式中，第一多个条纹在样品平面上从第二多个条纹成角度地偏移(angularlyoffset)约90度。在一些实现方式中，该系统还包括：将第一多个条纹和第二多个条纹中的每一个投射在样品上的物镜。在一些实现方式中，该系统还包括：用于阻挡由第一衍射光栅和第二衍射光栅中的每一个发射的零级光的一个或更多个光束阻挡器。在特定实现方式中，一个或更多个光束阻挡器包括布拉格光栅(Bragggrating)。在多臂SIM成像系统的一个实现方式中，一种方法包括：开启结构照明系统的第一光学臂，该第一光学臂包括发射光的第一光发射器和使由第一光发射器发射的光衍射以将被定向在特定方向上的第一多个条纹投射在样品的平面上的第一衍射光栅；捕获样品的第一多个相位图像，其中在第一多个图像的捕获期间，第一多个条纹的位置在样品的平面上移动；开启结构照明系统的第二光学臂，第二光学臂包括发射光的第二光发射器和使由第二光发射器发射的光衍射以将第二多个条纹投射在样品的平面上的第二衍射光栅，其中第二多个条纹在样品的平面上从第一多个条纹成角度地偏移；以及捕获用第二多个条纹照亮的样品的第二多个相位图像，其中在第二多个条纹的捕获期间，第二多个条纹的位置在样品的平面上移动。在该方法的实现方式中，第一衍射光栅和第二衍射光栅是透射式衍射光栅，其中结构照明系统包括具有孔的反射镜，以反射由第一衍射光栅衍射的光并使由第二衍射光栅衍射的至少第一级光穿过。在实现方式中，该方法还包括：使用至少第一多个所捕获的相位图像和第二多个所捕获的相位图像来以计算方式重建具有比第一多个所捕获的相位图像和第二多个所捕获的相位图像中的每一个更高的分辨率的一个或更多个图像。在实现方式中，第一多个条纹在样品平面上从第二多个条纹成角度地偏移约90度。在实现方式中，通过旋转定位在样品与第一光栅和第二光栅中的每个之间的光路中的单个光学窗口来使第一多个条纹和第二多个条纹相移，其中单个旋转光学窗口的旋转轴从每个光栅的光轴偏移。在该方法的实现方式中，在捕获第一多个相位图像之后，关闭结构照明系统的第一光学臂并且开启该结构照明系统的第二光学臂。...

【技术保护点】
1.一种结构照明成像系统，其特征是，所述结构照明成像系统包括：/n发射光的光发射器；/n二维衍射光栅，其使由所述光发射器发射的光衍射以将被定向在第一方向上的第一多个条纹投射在样品平面上并将被定向在垂直于所述第一方向的第二方向上的第二多个条纹投射在所述样品平面上；以及/n空间滤波器轮，其使在所述第一方向或所述第二方向中的相应方向上从所述二维衍射光栅接收的衍射光穿过并且阻挡在所述第一方向或所述第二方向中的相应方向上的光，所述空间滤波器轮包括第一多个孔和与所述第一多个孔正交的第二多个孔。/n

【技术特征摘要】
20180320 NL N2020620;20180116 US 62/618,0591.一种结构照明成像系统，其特征是，所述结构照明成像系统包括：
发射光的光发射器；
二维衍射光栅，其使由所述光发射器发射的光衍射以将被定向在第一方向上的第一多个条纹投射在样品平面上并将被定向在垂直于所述第一方向的第二方向上的第二多个条纹投射在所述样品平面上；以及
空间滤波器轮，其使在所述第一方向或所述第二方向中的相应方向上从所述二维衍射光栅接收的衍射光穿过并且阻挡在所述第一方向或所述第二方向中的相应方向上的光，所述空间滤波器轮包括第一多个孔和与所述第一多个孔正交的第二多个孔。


2.根据权利要求1所述的结构照明成像系统，其中，所述第一多个孔使在所述第一方向上由所述二维衍射光栅而衍射的光穿过，并且其中所述第二多个孔使在所述第二方向上由所述二维衍射光栅而衍射的光穿过。


3.根据权利要求2所述的结构照明成像系统，其中，所述结构照明成像系统还包括阻挡由所述二维衍射光栅透射的0级光的光束阻挡元件。


4.根据权利要求3所述的结构照明成像系统，其中，所述光束阻挡元件包括被图样化以反射垂直于所述光束阻挡元件的光并使其他角度的光穿过的衍射光学元件。


5.根据权利要求2所述的结构照明成像系统，其中，所述空间滤波器轮反射从所述二维衍射光栅接收的未穿过的衍射级光。


6.根据权利要求2所述的结构照明成像系统，其中，所述二维衍射光栅是透射式衍射光栅。


7.根据权利要求6所述的结构照明成像系统，其中，所述结构照明成像系统还包括固体光学器件，其中所述透射式衍射光栅被设置在接收来自所述光发射器的光的所述固体光学器件的表面上或者形成在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·克拉克·纽曼，达尼洛·孔代洛，吕少平，西蒙·普林斯，莫瑞克·C·萧，斯坦利·S·洪，亚伦·刘，
申请(专利权)人：伊鲁米那股份有限公司，
类型：新型
国别省市：美国;US