[发明专利]图样角度空间选择结构照明成像

说明书

本公开涉及图样角度空间选择结构照明成像。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。

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“Pattern Angle Spatial SelectionStructured Illumination Imaging”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“Pattern Angle Spatial Selection Structured IlluminationImaging”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。

背景

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。

概述

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。