[發明專利]多臂結構照明成像

在審

• 申請號: 201910032692.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN110045493A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 斯坦利·S·洪
• 申請（專利權）人: 伊魯米那股份有限公司
• 主分類號: G02B21/06
• 分類號: G02B21/06;G02B21/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

本公開涉及多臂結構照明成像。本公開提供了結構照明顯微術(SIM)成像系統。在一組實現方式中，SIM成像系統可以被實現為多臂SIM成像系統，由此，系統的每個臂包括光發射器和具有相對于系統的光軸的特定的固定取向的分束器(例如透射式衍射光柵)。在第二組實現方式中，SIM成像系統可以被實現為多分束器滑動SIM成像系統，其中一個線性運動臺安裝有具有相對于系統的光軸的相應的固定取向的多個分束器。在第三組實現方式中，SIM成像系統可以被實現為圖樣角度空間選擇SIM成像系統，由此，固定的二維衍射光柵與空間濾波器輪結合來使用，以在樣品上投射一維條紋圖樣。

相關申請的交叉引用

本申請要求2018年1月16日提交的且標題為“Multi-Arm StructuredIllumination Imaging”的美國臨時專利申請號62/618,068的優先權。上面提到的申請的全部內容通過引用被并入本文。

背景

結構照明顯微術(SIM)描述了一種技術，通過該技術，空間結構化 (即，圖樣化)的光可用于對樣品成像，以將顯微鏡的橫向分辨率提高兩倍或更多倍。在某些情況下，在樣品的成像期間，在各個圖樣相位(例如 0°、120°和240°)下采集樣品的條紋圖樣的三個圖像，使得樣品上的每個位置暴露于一定范圍的照明強度，該過程通過繞光軸將圖樣取向旋轉到3 個單獨的角度(例如0°、60°和120°)來重復。所捕獲的圖像(例如，九個圖像)可以被組合成具有擴展的空間頻率帶寬的單個圖像，該圖像可以被再轉換到真實空間中以生成具有比由傳統顯微鏡捕獲的圖像更高分辨率的圖像。

在當前SIM系統的一些實現方式中，線偏振光束被引導通過將光束分成兩個或更多個單獨的級的光學分束器，這些級可以被組合并作為具有正弦強度變化的干涉條紋圖樣投射在被成像的樣品上。衍射光柵是可以產生具有高程度的相干性和穩定傳播角的光束的分束器的例子。當兩個這樣的光束組合時，在它們之間的干涉可以產生均勻的、有規則地重復的條紋圖樣，其中間距由包括在干涉光束之間的角度在內的因素確定。如果多于兩個光束被組合，則因而得到的圖樣通常包含條紋間距的混合物，結果是在最大強度和最小強度之間的差異(也被稱為“調制深度”)減小了，使它變得較不適合于SIM目的。

在當前SIM系統的一些實現方式中，通過圍繞光軸旋轉分束元件來控制所投射的圖樣的取向，并且通過跨軸橫向地移動元件來調整圖樣的相位。在這樣的系統中，衍射光柵通常安裝在平移臺上，平移臺又安裝在旋轉臺上。此外，這種系統常常利用線偏振器來在由光源發射的光在光柵處被接收之前使其偏振。

概述

本文公開的實現方式涉及結構照明系統和方法。

在第一組實現方式中，SIM成像系統可以被實現為多臂SIM成像系統，其中系統的每個臂包括光發射器和具有相對于系統的光軸的特定的固定取向的分束器(例如透射式衍射光柵)。

在多臂SIM成像系統的一個實現方式中，該系統包括：第一光學臂，該第一光學臂包括發射光的第一光發射器以及第一分束器，該第一分束器分離由第一光發射器發射的光以將第一多個條紋投射在樣品的平面上；以及第二光學臂，該第二光學臂包括發射光的第二光發射器以及第二分束器，該第二分束器分離由第二光發射器發射的光以將第二多個條紋投射在樣品的平面上。在該實現方式中，該系統還可以包括組合第一臂和第二臂的光路的光學元件。此外，該系統可以包括圖像傳感器以收集由樣品發射的光。在一些實現方式中，樣品可以包括以矩形陣列或六邊形陣列有規則地圖樣化的多個特征。

在一些實現方式中，第一分束器包括第一透射式衍射光柵，以及第二分束器包括第二透射式衍射光柵。在一些實現方式中，第一分束器包括第一反射式衍射光柵，以及第二分束器包括第二反射式衍射光柵。在一些實現方式中，第一分束器和第二分束器各自包括分束器立方體(cube)或板。

在一些實現方式中，第一光發射器和第二光發射器發射非偏振光，并且第一透射式衍射光柵和第二透射式衍射光柵使由第一光發射器和第二光發射器中的相應光發射器發射的非偏振光衍射。