[發(fā)明專利]使用結(jié)構(gòu)照明的有源傳感器檢測器的多路復(fù)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910002720.4
• 申請(qǐng)日: 2019-01-02
• 公開（公告）號(hào): CN110018140B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托馬斯·貝克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 伊魯米那股份有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 王紅英;楊明釗

本公開涉及但不限于使用結(jié)構(gòu)照明的有源傳感器檢測器的多路復(fù)用。本公開提供一種結(jié)構(gòu)照明成像系統(tǒng)，其利用在圖案化樣本的有源平面中的圖像傳感器(例如有源像素傳感器)來提高圖像分辨率。所成像的樣本可以被圖案化和/或排列在圖像傳感器上，使得圖像傳感器的每個(gè)光傳感器(例如像素)具有在其上方形成和/或安裝的相應(yīng)的多個(gè)特征。響應(yīng)于照射，每個(gè)特征可以發(fā)射由圖像傳感器的像素收集的熒光。在成像期間，圖像傳感器的每個(gè)像素可以使用結(jié)構(gòu)照明在空間上被多路復(fù)用，使得只有被排列在像素上的特征的子集(例如，一個(gè)或兩個(gè))在圖像讀取期間用結(jié)構(gòu)化光進(jìn)行照射。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2018年1月8日提交的且標(biāo)題為“Multiplexing of an ActiveSensor Detector using Structured Illumination”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/614,690號(hào)和于2018年3月20日提交的且標(biāo)題為“Multiplexing of an Active Sensor Detectorusing Structured Illumination”的荷蘭專利申請(qǐng)第N2020621號(hào)的優(yōu)先權(quán)。每個(gè)前面提到的申請(qǐng)的全部內(nèi)容在此通過引用被并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及，但不限于使用結(jié)構(gòu)照明的有源傳感器檢測器的多路復(fù)用。

背景技術(shù)

在顯微成像中，顯微鏡的橫向分辨率通常受到由光源的波長和顯微鏡的物鏡的數(shù)值孔徑確定的衍射極限的限制。例如，有源傳感器成像技術(shù)(例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像技術(shù))的一個(gè)限制是最終間距(ultimate pitch)，且因此信息的數(shù)據(jù)密度受到傳感器系統(tǒng)的間距的限制，在高端系統(tǒng)中間距可以在大約1μm和1.75μm之間。這種限制可能將持續(xù)，因?yàn)閷?duì)較小像素的處理由于制造約束而是復(fù)雜的。

在利用電荷耦合器件(CCD)成像傳感器的一些傳統(tǒng)顯微成像系統(tǒng)中，空間結(jié)構(gòu)化(即圖案化)光可用于對(duì)樣本成像，以將顯微鏡的橫向分辨率增加兩倍或更多倍。在這樣的系統(tǒng)中，在樣本的成像期間，可以在各種圖案相位(例如0°、120°、和240°)獲取樣本的條紋圖案的三個(gè)圖像，使得樣本上的每個(gè)位置被暴露于一定范圍的照明強(qiáng)度，該過程通過圍繞光軸旋轉(zhuǎn)圖案定向(例如60°和120°)來重復(fù)。所捕獲的圖像(例如九個(gè)圖像)可以被組合成具有擴(kuò)展空間頻率帶寬的單個(gè)圖像，該單個(gè)圖像可以被再轉(zhuǎn)換到真實(shí)空間中，以生成相比于由傳統(tǒng)顯微鏡捕獲的圖像具有更高分辨率的圖像。在這些傳統(tǒng)系統(tǒng)中，由結(jié)構(gòu)照明顯微術(shù)(structured illumination microscopy)對(duì)分子的檢測依賴于重新收集激發(fā)光(通常利用用于激發(fā)的相同物鏡)并將發(fā)射信號(hào)重新成像到CCD相機(jī)上。

發(fā)明內(nèi)容

本文所述的實(shí)現(xiàn)方式針對(duì)一種結(jié)構(gòu)照明成像系統(tǒng)，其利用在圖案化樣本的有源平面(active plane)中的圖像傳感器(例如有源像素傳感器)來提高圖像分辨率。所成像的樣本可以被圖案化和/或被排列在圖像傳感器上，使得圖像傳感器的每個(gè)像素具有在其上方形成的和/或安裝的(mounted)相應(yīng)的多個(gè)特征。

在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，一種系統(tǒng)包括：發(fā)射光的光發(fā)射器；使由光發(fā)射器發(fā)射的光衍射以在包括圖案化特征的樣本的平面上投射多個(gè)條紋的光學(xué)元件；以及收集由樣本的特征發(fā)射的光的圖像傳感器。在該實(shí)現(xiàn)方式中，圖像傳感器包括多個(gè)像素，樣本將被排列在圖像傳感器上，使得多個(gè)圖案化特征沿著第一軸被排列在多個(gè)像素中的每個(gè)相應(yīng)像素上，并且所投射的多個(gè)條紋被成形為照射每個(gè)相應(yīng)的多個(gè)圖案化特征中的特征之一。在各種實(shí)現(xiàn)方式中，所投射的多個(gè)條紋具有與規(guī)則圖案化特征的尺寸至少幾乎相同或比規(guī)則圖案化特征的尺寸大的條紋寬度，并且條紋寬度小于多個(gè)像素中的每一個(gè)像素的間距。例如，規(guī)則圖案化特征的尺寸可以是圓形特征的直徑、正方形特征的邊的長度、矩形特征的較長邊或較短邊的長度、橢圓形特征沿著其長軸或短軸的直徑、或者不規(guī)則成形的對(duì)象沿著對(duì)象的一個(gè)軸(例如x軸或y軸)的最長尺寸。

在實(shí)現(xiàn)方式中，圖像傳感器是有源像素圖像傳感器，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。