[发明专利]一种快速的结构光照明超分辨显微镜

说明书

本发明公开了一种快速的结构光照明超分辨显微镜，包括：沿光路依次设置的结构光产生单元、物镜、第一中继镜、滤光阵列、第二中继镜、第三中继镜和相机；若结构光在物面上产生照明条纹或晶格光点阵列，相应的，滤光阵列的通光条与亮纹一一对应，或滤光阵列的通光孔与亮点一一对应；亮纹或亮点的位置处的荧光物质被结构光激发出荧光，荧光依次穿过物镜和第一中继镜、滤光阵列、第二中继镜和第三中继镜，汇聚至相机；在相机的一个曝光周期内，当结构光发生改变时，通光条与亮纹同步移动，或通光孔与亮点同步移动；本发明提供的快速的结构光照明超分辨显微镜，可极大提高结构光照明超分辨显微镜的时间分辨率，提高结构光照明超分辨显微镜的成像速度。

技术领域

本发明涉及显微镜技术领域，尤其涉及一种快速的结构光照明超分辨显微镜。

背景技术

结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy，SIM)，是在宽场荧光显微镜的基础上，利用特殊调制的结构光照明样品，运用特定算法从调制图像数据中提取焦平面的信息，突破衍射极限的限制，重建出超分辨切层的三维图像。将结构光照明技术应用于荧光显微镜，具有光路结构简单、对荧光分子无特殊要求、能够应用于活体细胞实时动态三维成像的优势，因而在生物医学成像领域引起了广泛关注，是应用前景广泛的超分辨荧光显微技术。

结构光照明超高分辨率显微镜的实质是将空间结构变化程度与频域空间的频率高低联系起来，显微镜的点扩散函数(Point Spread Function，PSF)对应于频域空间的光学传输函数(Optical Transfer Function，OTF)，精细的空间结构对应于频域空间的高频信号。从本质上说，结构光照明超分辨显微镜是通过改变照明光的空间结构来移动明暗条纹的位置，获得多张图像照片，再经过计算机运算处理提取到清晰图像，即通过牺牲时间分辨率来提高空间分辨率，极大限制了结构光照明超分辨显微镜的成像速度。

发明内容

本发明实施例提供了一种快速的结构光照明超分辨显微镜，可极大提高结构光照明超分辨显微镜的时间分辨率，提高结构光照明超分辨显微镜的成像速度。

本发明实施例提供了一种快速的结构光照明超分辨显微镜，该结构光照明超分辨显微镜包括：沿光路依次设置的结构光产生单元、物镜、第一中继镜、滤光阵列、第二中继镜、第三中继镜和相机；

所述结构光产生单元产生的结构光在物面上产生照明条纹或晶格光点阵列；所述照明条纹包括间隔设置的亮纹和暗纹；所述晶格光点阵列包括均匀设置的亮点；若所述结构光在所述物面上产生所述照明条纹，所述滤光阵列包括间隔设置的挡光条和通光条，所述通光条与所述亮纹一一对应；若所述结构光在所述物面上产生所述晶格光点阵列，所述滤光阵列包括挡光板和通光孔，所述通光孔与所述亮点一一对应；

所述亮纹或所述亮点的位置处的荧光物质被所述结构光激发出荧光，所述荧光依次穿过所述物镜和所述第一中继镜、所述滤光阵列、所述第二中继镜和所述第三中继镜，汇聚至所述相机；

在所述相机的一个曝光周期内，当所述结构光发生改变时，所述照明条纹或所述晶格光点阵列发生移动，相应地，所述通光条与所述亮纹同步移动，或所述通光孔与所述亮点同步移动；

其中，所述通光条的宽度或所述通光孔的孔径M为所述物面到所述通光孔或所述通光条所在像面成像的横向放大率系数，λ为所述结构光的波长，NA为所述物镜的数值孔径；优选的，所述通光条的宽度或所述通光孔的孔径a为一个比例系数，a的取值与所述亮纹或所述亮点的周期T和衍射极限的关系有关；优选的，所述通光条的宽度或所述通光孔的孔径

当时，成像分辨率超过所述衍射极限当时，a为一个小于的系数，所述成像分辨率超过所述衍射极限优选的，当时，所述通光条的宽度或所述通光孔的孔径所述成像分辨率

在所述相机的一个曝光周期内，所述同步移动的距离L≥M·T，以使滤光阵列移动的包络覆盖滤光阵列所述挡光条或所述挡光板；优选的，当所述通光条的宽度或所述通光孔的孔径时，所述同步移动的距离L＝M·T。