[发明专利]使用扫掠共焦对准平面激发进行三维成像以及定制图像分离器

说明书

在第一发明中，一种SCAPE系统将来自倾斜的中间图像平面(170)的光引导到设置在第三物镜(180)后面的无限空间。位于无限空间中的第一分束器(52)沿不同方向引导来自中间图像平面的具有不同波长的光。第一和第二光检测器阵列(90)分别捕获第一波长图像和第二波长图像，并且光学部件(54，56，58，82)分别将具有第一波长和第二波长的光朝向第一光检测器和第二光检测器引导。在第二发明中，SCAPE系统用于在扰动(例如，振动、变形、推动、拉动、拉伸或挤压)样品的情况下捕获多个图像，以便可视化扰动对样品的影响。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月16日提交的美国临时申请62/395,812和于2016年9月20日提交的美国临时申请62/397,275的优先权，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明是在美国国立卫生研究院授予的NS094296、NS076628、NS063226和NS053684资助款的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明涉及显微镜术。

背景技术

已经将其内容通过引用并入本文的WO 2015/109323和US 2016/0327779中研制并描述了三维成像系统，其被称为扫掠共焦对准平面激发(SCAPE)显微镜术。通过扫描激发光和去扫描图像光，SCAPE系统在光检测器上以高速形成三维显微图像，使得在每个瞬间都能检测到样品的多个深度。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种第一成像装置。该第一成像装置包括具有近端和远端的第一组光学部件，其中，第一组光学部件包括第一物镜，第一物镜设置在第一组光学部件的远端。第一成像装置还包括具有近端和远端的第二组光学部件，其中，第二组光学部件包括第二物镜，第二物镜设置在第二组光学部件的远端。第一成像装置还包括扫描元件，扫描元件相对于第一组光学部件的近端设置在近侧，并且相对于第二组光学部件的近端设置在近侧。扫描元件被布置成引导片状激发光(a sheet of excitation light)，使得片状激发光将沿近端到远端方向穿过第一组光学部件并且投射到样品中，所述样品在第一组光学部件的远端之外定位在远侧，其中片状激发光以倾斜角度投射到样品中，并且其中片状激发光在基于扫描元件的取向而变化的位置处投射到样品中。第一组光学部件将来自样品的检测光沿远端到近端方向引导回到扫描元件。扫描元件还被布置为引导检测光，使得检测光将沿近端到远端方向穿过第二组光学部件，并且在第二组光学部件的远端之外但在远侧的位置处形成中间图像平面。第一成像装置还包括第三物镜，第三物镜被布置为将来自中间图像平面的光引导到无限空间，其中，中间图像平面设置在第三物镜的前面，而无限空间设置在第三物镜的后面。第一成像装置还包括第一分束器，第一分束器定位在无限空间中。第一分束器被布置为沿第一方向引导来自中间图像平面的具有第一波长的光并且沿第二方向引导来自中间图像平面的具有第二波长的光，其中第二方向与第一方向不同，并且其中第一波长比第二波长长。第一成像装置还包括第一光检测器阵列，第一光检测器阵列被布置为捕获第一波长图像；以及第二光检测器阵列，第二光检测器阵列被布置为捕获第二波长图像。第一成像装置还包括第三组光学部件，第三组光学部件被布置为将离开第一分束器的具有第一波长的光朝向第一光检测器阵列引导，并且将离开第一分束器的具有第二波长的光朝向第二光检测器阵列引导。

在第一成像装置的一些实施例中，第一光检测器阵列和第二光检测器阵列在不同的光检测器芯片上实现。在第一成像装置的一些实施例中，第一光检测器阵列和第二光检测器阵列在单个光检测器芯片的分离区域上实现。