CN113804663A - 高吞吐量高光谱成像系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种系统，包括：激发光源，被配置为发射激发光；物镜，被配置为接收来自激发光源的激发光并将激发光成像到样本上，使得激发光使样本发射荧光；通道分离器，被配置为接收来自样本的荧光并将荧光分离成多个空间分散的光谱通道；以及传感器，被配置为接收来自通道分离器的所述多个空间分散的光谱通道，其中，所述激发光源包括：多个光源，其中，所述多个光源中的每个发射具有不同波长的光；二向色阵列，被配置为组合来自所述多个光源中的每个的光；以及第一小透镜阵列，其中，所述第一小透镜阵列被配置为接收来自所述二向色阵列的光并产生与所述多个光源相对应的多个光的图案；其中，所述物镜被配置为对光的图案进行成像，以在样本的相同深度处形成多条平行线或在样本的相同深度处形成圆形斑点阵列。

Description

高吞吐量高光谱成像系统
本申请是申请日为2019年01月14日、申请号为201980009680.4、发明名称为“高吞吐量高光谱成像系统”的发明专利申请的分案申请。
相关专利的交叉引用
本申请要求根据35U.S.C第119条于2018年1月22日提交的美国临时专利申请第62/620,137号的优先权，出于所有目的，通过引用将其全部内容合并于此。
背景技术
高光谱成像系统从样本中收集光，并将其在空间上分散到波长光谱或窄光谱带中。例如，激发光可以聚焦在样本上，并且可以收集由来自样本的荧光产生的发射光。高光谱图像包括一组光谱图像，每个光谱图像是在不同波长或光谱带上获取的二维空间图像。组合光谱图像以形成三维(x，y，λ)高光谱数据立方体，其中x和y代表两个空间维，而λ代表光谱维。
高光谱成像可以用于分析生物样本。最大化来自生物样本的信息吞吐量可能有助于区分不同的细胞类型和组织类型。高吞吐量可能在外科手术环境中有助于在手术台上做出快速决策，或有效地建立用于机器学习应用程序的信息数据库。此外，高吞吐量可以能够捕获快速动力学或运动，或研究细胞信号动力学或蛋白质扩散。
一些高光谱成像系统在发射路径中使用可调滤光片，诸如液晶滤光片，以合理的高光谱分辨率(～5-10nm)捕获荧光。然而，这种方法遭受漂除(bleaching)的缺点，因为滤光片使用吸收来选择性地捕获一小段荧光。漂除是有问题的，因为荧光团通常具有在变暗之前能够发射的有限数量的光子。对于可调滤光片而言，漂除尤其成问题，因为在扫描滤光片时，它会导致发射强度发生变化，使用光谱解混以从高光谱数据中估计荧光团浓度时扭曲光谱并引起误差。而且，这些系统使用广域方法，防止执行共聚焦或深度切片，这使其在使用厚组织样本时会出现问题。
其他高光谱成像系统使用数字微镜设备(DMD)或圆柱小透镜阵列在样本上产生图案化的照明。光栅或棱镜结构将荧光在空间上分散在二维成像传感器上，以获取高光谱图像。然后在整个样本上扫描图案化的照明(或在样本照明保持固定的情况下扫描样本)以获得高光谱数据立方体。这些系统减少了漂除，因为收集了所有激发光子，并且由于一次收集了整个光谱，因此光谱失真进一步减小。此外，这些系统可以提供深度切片，从而可以与较厚的组织样本一起使用。然而，这些系统依赖于一次扫描一个深度或一次扫描一个激发激光器，从而限制了数据采集速度和吞吐量。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了高吞吐量高光谱成像系统。根据本发明的一个方面，一种系统包括：激发光源，被配置为发射激发光；物镜，被配置为接收来自激发光源的激发光并将激发光成像到样本上，使得激发光使样本发射荧光；通道分离器，被配置为接收来自样本的荧光并将荧光分离成多个空间分散的光谱通道；以及传感器，被配置为从通道分离器接收多个空间分散的光谱通道。激发光源包括光源和多个第一小透镜阵列。多个第一小透镜阵列中的每一个被配置为接收来自光源的光并产生光的图案，并且由多个第一小透镜阵列产生的光的图案被组合以形成激发光。物镜被配置为在样本的不同深度处同时对光的每个图案进行成像以形成多条平行线或圆形斑点阵列。
在一些实施例中，通道分离器可以包括具有多个第一反射元件的反射层，其中多个第一反射元件中的每个第一反射元件被配置为反射由光的图案的第一光的图案产生的荧光的第一部分；图案化的层，被配置为透射由光的图案的第二光的图案产生的荧光的第二部分；第一分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第一部分，并在空间上分散荧光的第一部分的光谱分量；以及第二分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第二部分，并在空间上分散荧光的第二部分的光谱分量。
在其他实施例中，通道分离器可以包括：第二小透镜阵列，被配置为聚焦荧光；以及分散光学器件，被配置为接收来自第二小透镜阵列的荧光，并在空间上分散荧光的光谱分量。第二小透镜阵列可以包括多个小透镜的线性阵列，被配置为以多条平行线的形式接收荧光。
在其他实施例中，通道分离器可以包括被配置为在空间上分散荧光的光谱分量的分散光学器件，以及被配置为接收来自分散光学器件的荧光并聚焦荧光的第二小透镜阵列。第二小透镜阵列包括多个小透镜的线性阵列，其被配置为以多条平行线的形式接收荧光。
该系统还可以包括二向色分束器，被配置为将来自激发光源的激发光朝向物镜反射，并且将来自样本的荧光朝向通道分离器透射。二向色分束器的透射光谱可以包括与来自光源的光的波长一致的凹口(notch)。
根据本发明的另一方面，一种系统包括：激发光源，被配置为发射激发光；物镜，被配置为接收来自激发光源的激发光并将激发光成像到样本上，使得激发光使样本发射荧光；通道分离器，被配置为接收来自样本的荧光并将荧光分离成多个空间分散的光谱通道；以及传感器，被配置为从通道分离器接收多个空间分散的光谱通道。激发光源包括：多个光源，其中，多个光源中的每个光源发射具有不同波长的光；以及第一小透镜阵列，其中，第一小透镜阵列被配置为接收来自多个光源中的每个光源的光，并产生与多个光源相对应的多个光的图案，并且由第一小透镜阵列产生的光的图案被组合以形成激发光。物镜被配置为同时对光的每个图案进行成像以在样本的相同深度处形成多条平行线或圆形斑点阵列。
在一些实施例中，通道分隔器可以包括具有多个第一反射元件的反射层，其中多个第一反射元件中的每个第一反射元件被配置为反射由光的图案的第一光的图案产生的荧光的第一部分；图案化的层，被配置为透射由光的图案的第二光的图案产生的荧光的第二部分；第一分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第一部分，并在空间上分散荧光的第一部分的光谱分量；第二分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第二部分，并在空间上分散荧光的第二部分的光谱分量。
在其他实施例中，通道分离器可以包括：第二小透镜阵列，被配置为聚焦荧光；以及分散光学器件，被配置为接收来自第二小透镜阵列的荧光，并在空间上分散荧光的光谱分量。第二小透镜阵列可以包括多个小透镜的线性阵列，其被配置为以多条平行线的形式接收荧光。
在其他实施例中，通道分离器可以包括被配置为在空间上分散荧光的光谱分量的分散光学器件，以及被配置为接收来自分散光学器件的荧光并聚焦荧光的第二小透镜阵列。第二小透镜阵列包括多个小透镜的线性阵列，其被配置为以多条平行线的形式接收荧光。
该系统还可以包括二向色分束器，被配置为将来自激发光源的激发光朝向物镜反射，并且将来自样本的荧光朝向通道分离器透射。二向色分束器的透射光谱可以包括与来自光源的不同波长一致的多个凹口。
根据本发明的又一方面，一种系统包括：激发光源，被配置为发射激发光；物镜，被配置为接收来自激发光源的激发光并将激发光成像到样本上，使得激发光使样本发射荧光；通道分离器，被配置为接收来自样本的荧光并将荧光分离成多个空间分散的光谱通道；以及传感器，被配置为从通道分离器接收多个空间分散的光谱通道。激发光源包括：多个光源，其中，多个光源中的每个光源发射具有不同波长的光；以及多个第一小透镜阵列，其中，多个第一小透镜阵列中每个第一小透镜阵列被配置为接收来自多个光源中的每个光源的光，并产生光的图案，并且由多个第一小透镜阵列产生的光的图案被组合以形成激发光。物镜被配置为在样本的多个深度处同时对光的图案进行成像以形成多条平行线或圆形斑点阵列。
在一些实施例中，通道分离器包括：具有多个第一反射元件的反射层，其中多个第一反射元件中的每个第一反射元件被配置为反射由光的图案的第一光的图案产生的荧光的第一部分；图案化层，被配置为透射由光的图案的光的第二图案产生的荧光的第二部分；第一分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第一部分，并在空间上分散荧光的第一部分的光谱分量；以及第二分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第二部分，并在空间上分散荧光的第二部分的光谱分量。
在其他实施例中，通道分离器包括：第二小透镜阵列，被配置为聚焦荧光；以及分散光学器件，被配置为接收来自第二小透镜阵列的荧光，并在空间上分散荧光的光谱分量。第二小透镜阵列可以包括多个小透镜的线性阵列，其被配置为以多条平行线的形式接收荧光。
在其他实施例中，通道分离器包括被配置为在空间上分散荧光的光谱分量的分散光学器件，以及被配置为接收来自分散光学器件的荧光并聚焦荧光的第二小透镜阵列。第二小透镜阵列包括多个小透镜的线性阵列，其被配置为以多条平行线的形式接收荧光。
该系统还可以包括二向色分束器，被配置为将来自激发光源的激发光朝向物镜反射，并且将来自样本的荧光朝向通道分离器透射。二向色分束器的透射光谱可以包括与来自光源的不同波长一致的多个凹口。
在一些实施例中，多个光源的数量可以等于多个第一小透镜阵列的数量。在其他实施例中，多个光源的数量可以小于多个第一小透镜阵列的数量。
更具体地，本文的实施例公开了一种系统，包括：激发光源，被配置为发射激发光；物镜，被配置为接收来自激发光源的激发光并将激发光成像到样本上，使得激发光使样本发射荧光；通道分离器，被配置为接收来自样本的荧光并将荧光分离成多个空间分散的光谱通道；以及传感器，被配置为接收来自通道分离器的所述多个空间分散的光谱通道，其中，所述激发光源包括：多个光源，其中，所述多个光源中的每个发射具有不同波长的光；二向色阵列，被配置为组合来自所述多个光源中的每个的光；以及第一小透镜阵列，其中，所述第一小透镜阵列被配置为接收来自所述二向色阵列的光并产生与所述多个光源相对应的多个光的图案；其中，所述物镜被配置为对光的图案进行成像，以在样本的相同深度处形成多条平行线或在样本的相同深度处形成圆形斑点阵列。
当结合附图考虑时，根据本发明的以下详细描述，本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
结合附图描述本公开：
图1示出了根据本发明示例性实施例的高吞吐量高光谱成像系统的框图；
图2(a)示出了可以由高吞吐量高光谱成像系统在样本上产生的各种照明图案的图，该高吞吐量高光谱成像系统在激发光源内使用圆柱形小透镜阵列。
图2(b)更详细地示出了图2(a)的照明图案；
图2(c)示出了通过在激发光源内使用圆形小透镜阵列的高吞吐量高光谱成像系统可以在样本上产生的各种照明图案的图；
图2(d)更详细地示出了图2(c)的照明图案；
图3(a)-图3(d)示出了可用于产生用于四维成像的照明图案的激发光源的示意图，其中维包括发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度；
图4示出了可以用于对于四维成像产生照明图案的激发光源的示意图，其中维包括发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发波长；
图5(a)-图5(d)示出了可用于对于五维成像产生照明图案的激发光源的示意图，其中维包括发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度和激发波长；
图6(a)-图6(d)示出了可用于产生用于五维成像的照明图案的另一激发光源的示意图，其中维包括发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度和激发波长；
图7是示出激发/发射分离器的示例的图；
图8(a)和图8(b)示出了激发/发射分离器内的二向色分束器的透射光谱的示例；
图9(a)示出了将荧光分离成多个空间分散的光谱通道的通道分离器的示例的图；
图9(b)和9(c)示出了校正板的示例；
图9(d)示出了如果不校正从不同深度收集的荧光的聚焦的情况下的焦平面的示例；
图9(e)示出了用校正板校正从不同深度收集的荧光的聚焦的情况下的焦平面的示例；
图10示出了将荧光分离为多个空间分散的光谱通道的通道分离器的另一示例的图；
图11(a)示出了可以在样本上形成的激发光的照明图案的示例；
图11(b)示出了在图10所示的通道分离器内的小透镜阵列的布局的示例；
图11(c)示出了由图11(b)所示的小透镜阵列产生的强度图案的示例；
图11(d)示出了在图10所示的通道分离器内的传感器上形成的光谱条纹的示例；
图11(e)示出了可以在样本上形成的另一照明图案的示例；
图11(f)示出了图10所示的通道分离器内的小透镜阵列的布局的另一示例；
图11(g)示出了由图11(f)所示的小透镜阵列产生的强度图案的示例；
图11(h)示出了在图10所示的通道分离器内的传感器上形成的光谱条纹的示例；
图11(i)示出了可以在样本上形成的另一照明图案的示例；
图11(j)示出了可以替换在图10所示的通道分离器内的小透镜阵列的针孔阵列的示例；
图11(k)示出了由图11(j)所示的针孔阵列产生的强度图案的示例；
图11(l)示出了在图10所示的通道分离器内的传感器上形成的光谱条纹的示例；以及
图12示出了将荧光分离成多个空间分散的光谱通道的通道分离器的另一示例的图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明示例性实施例的高吞吐量高光谱成像系统100的框图。图1所示的高吞吐量高光谱成像系统100可以获取三、四、或五维的数据。如上所述，针对发射光的两个空间维(x，y)和一个光谱维(λ)获取三维成像数据。四维成像数据增加激发波长或激发光聚焦在样本上的深度作为第四维。五维成像数据增加激发波长和激发光聚焦在样本上的深度两者。有利地，可以同时扫描所有维，从而增加高光谱成像系统100的吞吐量。
如图1所示，系统100包括发射激发光115的激发光源110。激发光源110可以包括发射单一波长的光的单个光源，或者发射不同波长的光的多个光源。光源可以是激光器、发光二极管(LED)或用于高光谱成像的任何其他合适的光源。激发光源100还可以包括单个小透镜阵列或多个小透镜阵列。可以调节每个小透镜阵列的位置，以选择样本150的深度，在该深度处穿过各个小透镜阵列的光被聚焦。每个小透镜阵列可以包括多个平行的圆柱透镜元件或圆形透镜元件的二维矩阵。具有多个平行圆柱透镜元件的小透镜阵列产生光的图案，该光的图案以一系列平行线成像在样本150上。相反，具有圆形透镜元件的二维矩阵的小透镜阵列产生光的图案，该图案被成像在样本150上作为圆形光斑的二维矩阵。
如图1所示，激发光115可以被第一镜筒透镜120准直并透射到激发/发射分离器130。如下面进一步详细讨论的，激发/发射分离器130可以将激发光115朝向样本150反射。物镜140然后将激发光115成像到样本150上。当激发光115入射到样本150上时，激发光115使样本150发射荧光155。如果样本150被荧光团标记，则荧光可以通过荧光团发射光155。替代地或另外地，荧光155可以是来自样本150的自发荧光。尽管图1所示的系统100被配置为在落射照明(epi-illumination)模式下操作，在该模式下激发光115从上方入射到样本150上，然而系统100可以被修改为在透射照明(transillumination)模式下操作，在该模式下激发光115从下面透射通过样本150。在该实施例中，可以将激发/发射分离器130从系统100中移除，或者可以将其替换为阻挡激发光115透射通过样本150的单凹口、长通或多凹口滤波器。在该实施例中，样本150应足够薄，以使激发光115透射通过样本的深度，使得朝向物镜140发射足够的荧光155。
在穿过物镜140之后，荧光155可以被激发/发射分离器130透射，这阻止了激发光115的进一步透射。然后，荧光155可以被第二镜筒透镜160聚焦在通道分离器170上。如下面进一步详细讨论的，通道分离器170将荧光155分离为入射在传感器180上的多个空间分散的光谱通道。尽管仅示出了一个传感器180，然而系统100可以包括多个传感器180。例如，多个传感器180中的每一个可以接收由激发光115的单个波长产生的荧光155的一部分。
图2(a)示出了可以由高吞吐量高光谱成像系统100在样本150上产生的各种照明图案的图。该实施例在激发光源110内使用圆柱形小透镜阵列。如图2(a)所示，激发光115入射在样本150的激发区域210上。激发光115可以沿样本150的z方向聚焦在各种深度处。例如，图2(a)示出了对于几个z切片的照明在x-z平面上的第一投影220。同样，图2(a)示出了对于几个z切片的照明在y-z平面上的第二投影230。照明图案240、241、242和243内的线的粗细代表在样本150的不同深度处的激发光115的线的宽度。激发光115的聚焦被示为最细的线。例如，照明图案242的第二行示出了激发光115聚焦在样本上的位置。照明图案242的其他行示出了在不同的轴向位置处的线的宽度如何不同。
图2(b)更详细地示出了针对各种实施例的第二投影230的照明图案240、241、242和243。照明图案240、241、242和243下面的数字表示激发光115的波长。例如，第一波长(标记为“1”)用于照明图案240和241，而第二波长(标记为“2”)、第三波长(标记为“3”)，以及第四波长(标记为“4”))用于照明图案242。每个波长可以具有任意适当的值。具体而言，照明图案240对应于其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维的三维成像中。可以通过使用利用在激发光源110中的单个小透镜阵列来发射单个波长的单个光源来获得照明图案240。照明图案241对应于四维成像，其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度作为第四维。
可以通过使用利用在激发光源110中的多个小透镜阵列来发射单个波长的单个光源来获得照明图案241。替代地，可以通过使用其中相邻小透镜具有不同焦距的单个小透镜阵列来获得照明图案241。照明图案242对应于四维成像，其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发波长作为第四维。可以通过使用利用在激发光源110中的单个小透镜阵列来发射多个波长的多个光源来获得照明图案242。照明图案243对应于五维成像，其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度以及激发波长作为第四维和第五维。可以通过使用利用在激发光源110中的多个小透镜阵列来发射多个波长的多个光源来获得照明图案243。
图2(c)示出了可以通过高吞吐量高光谱成像系统100在样本150上产生的各种照明图案的另一图。该实施例在激发光源110中使用圆形小透镜阵列。如图2(b)所示，激发光115入射在样本150的激发区域210上。激发光115可以沿样本150的z方向聚焦在各种深度处。例如，图2(b)示出了对于几个z切片的在x-z平面上的照明的第一投影225。类似地，图2(b)示出了对于多个z切片的在y-z平面上的照明的第二投影235。照明图案245、246、247和248内的线的粗细代表在样本150的不同深度处的激发光115的线的宽度。激发光115的聚焦被示为最细的线。例如，照明图案247的第二行示出了激发光115聚焦在样本上的位置。照明图案247的其他行示出了线的宽度在不同的轴向位置处如何不同。
图2(d)更详细地示出了针对各种实施例的第二投影235的照明图案245、246、247和248。照明图案245、246、247和248下方的数字表示激发光115的波长。例如，第一波长(标记为“1”)用于照明图案245和246，而第二波长(标记为“2”)、第三波长(标记为“3”)，以及第四波长(标记为“4”)用于照明图案247。每个波长可以具有任意适当的值。具体而言，照明图案245对应于其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维的三维成像。可以通过使用利用在激发光源110中的单个小透镜阵列来发射单个波长的单个光源来获得照明图案245。照明图案246对应于四维成像，其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度作为第四维。可以通过使用利用在激发光源110中的多个小透镜阵列来发射单个波长的单个光源来获得照明图案246。替代地，可以通过使用其中相邻小透镜具有不同焦距的单个小透镜阵列来获得照明图案246。照明图案247对应于四维成像，其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发波长作为第四维。可以通过使用利用在激发光源110中的单个小透镜阵列来发射多个波长的多个光源来获得照明图案247。照明图案248对应于五维成像，其中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度以及激发波长作为第四维和第五维。可以通过使用利用在激发光源110中的多个小透镜阵列来发射多个波长的多个光源来获得照明图案248。
对于在激发光源100中使用圆柱形小透镜阵列的实施例，为了产生高光谱数据立方体，可以沿图2所示的x方向扫描样本150。替代地，对于这些实施例，可以沿x方向扫描激发光源110内的小透镜阵列。对于照明图案241，如果仅需要一个激发波长，则不需要额外的扫描，条件是轴向分辨率和焦深范围应使得可以同时询问(interrogate)样本的所有期望的深度切片。另一方面，如果间隔更稀疏，诸如如果照明图案241中的行之间的间隔是30μm并且轴向分辨率是3μm，并且期望以大于30μm步长的步长的数据，则还可以通过轴向地移动样本150或小透镜阵列对深度进行扫描。如果需要一个以上的激发波长，那么所有线的激发波长都会改变。对于照明图案242，如果样本150非常薄并且仅需要一个深度，则不需要额外的扫描。然而，如果需要轴向扫描，则可以沿z方向扫描样本150。对于照明图案243，可以沿z方向扫描样本150。应该注意的是，对于每个照明图案240、241、242和243，每次扫描获得的信息内容是相同的。因此，选择使用哪种照明图案可以取决于样本150的特性以及期望什么种类的信息。例如，对于足够薄的样本150，可能不需要深度扫描。如果仅需要来自一个深度的信息，则可以使用照明图案242。此外，对于具有仅由单个波长激发的荧光团族的厚样本150，可能不需要波长扫描。如果仅需要来自一个激发波长的信息，则可以使用照明图案241。如果需要来自在几个激发波长和几个深度的瞬时粗略快照的信息，则可以使用照明图案243。
对于在激发光源110中使用圆形小透镜阵列的实施例，可以沿图2(b)所示的y方向扫描样本150。替代地，对于这些实施例，可以沿y方向扫描激发光源110内的小透镜阵列。对于照明图案246，如果仅需要一个激发波长，则不需要额外的扫描，条件是轴向分辨率和焦深范围应使得可以同时询问样本的所有期望的深度切片。另一方面，如果间距更稀疏，诸如如果照明图案246中行之间的间距为30μm，轴向分辨率为3μm，并且期望以大于30μm步长的步长的数据，则还可以通过轴向地移动样本150或小透镜阵列对深度进行扫描。如果需要一个以上的激发波长，那么所有线的激发波长都会改变。对于照明图案247，如果样本150非常薄并且仅需要一个深度，则不需要额外的扫描。然而，如果需要轴向扫描，则可以沿z方向扫描样本150。对于照明图案248，可以沿z方向扫描样本150。应该注意的是，对于每个照明图案245、246、247和248，每次扫描获得的信息内容是相同的。因此，选择使用哪种照明图案可以取决于样本150的特性以及期望什么种类的信息。例如，对于足够薄的样本150，可能不需要深度扫描。如果仅需要来自一个深度的信息，则可以使用照明图案247。此外，对于具有仅由单个波长激发的荧光团族的厚样本150，可能不需要波长扫描。如果仅需要来自一个激发波长的信息，则可以使用照明图案246。如果需要来自在几个激发波长和几个深度的瞬时粗略快照的信息，则可以使用照明图案248。
图3(a)-3(d)示出了可用于产生针对四维成像的照明图案241的激发光源的示意图，在该四维成像中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度作为第四维。激发光源300可以包括以单个波长发射光315的光源310。如图3(a)-3(d)所示，光315可以被分成四个不同的路径，使得每个路径行进通过不同的小透镜阵列。然后，来自四个路径的光在非偏振分束器360处合并以形成激发光115。虽然图3(a)-3(d)示出了用于划分和重组光的具体示例，但是可以使用任何合适的组件和布局。
例如，如图3(a)所示，光315的第一部分穿过半波片320、偏振分束器330、半波片321和偏振分束器331。然后，光315的第一部分被两个反射器340和341反射，并穿过第一小透镜阵列350。然后，光315的第一部分穿过偏振分束器332，并被反射器342和非偏振分束器360反射，以形成激发光115的一部分。包括转储器370以吸收透射通过非偏振分束器360的任何额外的光。
进一步地，如图3(b)所示，光315的第二部分穿过半波片320、偏振分束器330和半波片321。然后，光315的第二部分被偏振分束器331反射，并且穿过第二小透镜阵列351。然后，光的第二部分被偏振分束器332、反射器342和非偏振分束器360反射以形成激发光115的一部分。
另外，如图3(c)所示，光315的第三部分穿过半波片320并被偏振分束器330反射。然后，光315的第三部分穿过半波片322、偏振分束器333、第三小透镜阵列352和偏振分束器334。接下来，光315的第三部分被反射器345反射，并穿过非偏振分束器360，以形成激发光115的一部分。
此外，如图图3(d)所示，光315的第四部分穿过半波片320，并被偏振分束器330反射。然后，光315的第四部分穿过半波片322，并被偏振分束器333反射。接下来，光的第四部分被反射器343和344反射，穿过第四小透镜阵列353，被偏振分束器334和反射器345反射，并穿过非偏振分束器360，以形成激发光115的一部分。
图4示出了可以用于对于四维成像产生照明图案242的激发光源的示意图，在该四维成像中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发波长作为第四维。激发光源400可以包括分别发射光420、421、422和423的多个光源410、411、412和413，其中每个光420、421、422和423具有不同的波长。如图4所示，在到达单个小透镜阵列440之前，可以经由二向色镜430、431、432和433将光420、421、422和423组合。然后，将组合的光通过镜筒透镜450准直并通过分散元件460进行分散，诸如棱镜或光栅，以形成激发光115。尽管图4示出了用于组合光420、421、422和423的具体示例，但是可以使用任何合适的组件和布局。
图5(a)-图5(d)示出了可用于对于五维成像产生照明图案243的激发光源的示意图，在该五维成像中存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度和激发波长作为第四维和第五维。激发光源500可以包括以不同波长发射光520、521、522和523的多个光源510、511、512和513。如图5(a)-图5(d)所示，每个光520、521、522和523行进通过各自的小透镜阵列530、531、532和533。然后，将光520、521、522和523在二向色镜541处组合以形成激发光115。尽管图5(a)-图5(d)示出了用于组合光的具体示例，但是可以使用任何合适的组件和布局。
例如，如图5(a)所示，来自光源510的光520穿过小透镜阵列530，并被二向色镜540和541反射，以形成激发光115的一部分。如图5(b)所示，来自光源511的光521穿过小透镜阵列531和二向色镜540，并被二向色镜541反射以形成激发光115的一部分。如图5(c)所示，来自光源512的光522穿过小透镜阵列532，被二向色镜542反射，并且穿过二向色镜541，以形成激发光115的一部分。在图5(d)中，来自光源513的光523穿过小透镜阵列533、二向色镜542和二向色镜541，以形成激发光115的一部分。
图6(a)-6(d)示出了可用于产生用于五维成像的照明图案243的另一激发光源的示意图，其中，存在发射光的两个空间维和一个光谱维，以及激发光聚焦在样本上的深度、激发波长作为第四维和第五维。激发光源600可以包括以不同波长的发射光620和621的多个光源610和611。如图6(a)-6(d)所示，每个光620和621被分成两个路径，使得总共四个路径中的每个行进通过不同的小透镜阵列。然后，来自四个路径的光在二向色镜670处合并以形成激发光115。尽管图6(a)-6(d)示出了用于划分和重新组合光的具体示例，但是可以使用任何合适的组件和布局。
例如，如图6(a)所示，来自光源610的光620的一部分穿过半波片630和偏振分束器640，被反射器650和651反射，然后穿过第一小透镜阵列660。然后，光穿过偏振分光镜641并被反射镜652和二向色镜670反射以形成激发光115的一部分。
此外，如图6(b)所示，来自光源610的光620的一部分穿过半波片630，并被偏振分束器640反射。然后，光穿过第二小透镜阵列661。接下来，光被偏振分束器641、反射器652和二向色镜670反射，以形成激发光115的一部分。
另外，如图6(c)所示，来自光源611的光621的一部分穿过半波片631并被偏振分束器642反射。然后光被反射器654反射并穿过第三小透镜阵列662。接下来光被偏振分束器643反射并穿过二向色镜670以形成激发光115的一部分。
进一步地，如图6(d)所示，来自光源611的光621的一部分穿过半波片631和偏振分束器642。然后，光被反射器653反射并穿过第四小透镜阵列663。接下来，光穿过偏振分束器643和二向色镜670以形成激发光115的一部分。
图7示出了激发/发射分离器700的示例的图。如图7所示，来自激发光源110的激发光115入射在二向色分束器710上，该二向色分束器710将激发光115朝向物镜140反射。也可以设置光束收集器(beam dump)730以吸收未被二向色分束器710反射的激发光115的泄漏光720。在激发光115已经使样本150发射荧光155之后，二向色分束器710将荧光155朝向通道分离器170透射。
图8(a)和图8(b)示出了二向色分束器710的透射光谱的示例。这些图示出了二向色分束器710的透射率作为波长的函数。光谱中的凹口与激发光115的中心波长一致。该示例假定激发光源110包括发射不同波长的三个光源。为了捕获尽可能多的荧光155的光谱，图8(a)所示的具有窄凹口的透射光谱是优选的。例如，凹口可以具有小于0.5nm的线宽。凹口的透射不必为零。
图9(a)示出了将荧光155分离成多个空间分散的光谱通道的通道分离器的示例的图。每个通道包括由图2所示的照明图案之一产生的荧光155的一部分。具体地，每个通道包括荧光155的一部分，其由样本150的单个深度处的单个激发波长产生。图9(a)示出了使用五个通道的示例；然而，可以针对任何合适数量的通道修改通道分离器。
如图9(a)所示，通道分离器900可以包括具有第一反射层910和图案化层915的光学器件。第一反射层910包括多个反射元件，并且图案化层915包括透射或吸收荧光955的区域。物镜140和镜筒透镜160将荧光155成像为与激发光的照明图案匹配的一系列线。第一反射层910和图案化层915的配置基于线和物镜140和镜筒透镜160提供的放大倍数之间的间距。例如，第一反射层910和图案化层915被配置使得荧光155的第一通道950被透射通过光学器件。未被第一反射层910的反射器覆盖的图案化层915的一部分可以透射来自第一通道950的光。来自第一通道950的光然后可以由透镜920准直，并由分散光学器件930和931分散，并且由透镜921成像到传感器940上。例如，分散光学器件930和931可以是一组双阿米奇棱镜。可以调节分散光学器件930和931以提供或多或少的分散，使得第一通道950的线分散在整个传感器940上。例如，如果第一通道950是由发射长波长的光源产生的，可以增加分散光学器件930和931的分散以均匀地覆盖传感器940。大多数荧光团在大约400nm和大约900nm之间的波长发射光。如果激发波长为488nm，则可以从不同的荧光团产生从500nm至900nm的荧光。另一方面，如果激发波长是780nm，则可以产生从820nm至900nm的荧光。因为这是一个非常小的波长范围，所以可以增加分散以将光谱扩展到与更宽的波长范围相同数量的像素上。
第一反射层910的反射器可以被配置为在不同方向反射来自荧光155的不同部分的通道。例如，来自荧光155的第二通道951的光可以入射在反射器的子集上，并朝向第二反射层960反射。由于反射器的节距和角度，第二反射层160内的反射器可以使波前变平坦，并将来自第二通道951的光朝向透镜922反射。来自第二通道951的光然后可以由透镜922准直，由分散光学器件932和933分散，并由透镜923成像到传感器941上。例如，分散光学器件932和933可以是一组双阿米奇棱镜。如上所述，可以调节分散光学器件932和933以提供或多或少的分散，使得第二通道951的线分散在整个传感器941上。例如，如果第二通道951是由发射长波长的光源产生的，则可以增加分散光学器件932和933的分散以均匀地覆盖传感器941。
尽管图9(a)中仅示出了包括第二反射层960的一列光学器件，但是应当理解，对于荧光155的每个其余通道，存在光学器件的额外的列。具体地，存在光学器件的额外的列，其包括另一组第二反射层960、透镜951、分散光学器件932和933、透镜923和传感器941分别用于第三通道952、第四通道953和第五通道954。取决于荧光155的数值孔径，可以在第一反射层910和第二反射层960之间设置交错排列的小透镜对阵列，以便将线或斑点从第一反射层910中继(relay)到第二反射层960。此外，可以在第二反射层960和透镜922之间设置中继和孔阵列以提供共焦(confocality)。可以在第一反射层910之前，诸如在物镜140和镜筒透镜160之间，设置诸如长通滤波器和/或陷波(notch)滤波器的附加滤波器，以调节准直的荧光955。
对于照明方案241和243，尤其是其中不同的条纹聚焦在样本150内的不同深度处，由镜筒透镜160聚焦的荧光155将聚焦在图像平面的不同深度处。因此，如共焦针孔化所需要的，单个反射层910不能同时对所有条纹聚焦。如上所述，可以在图9(a)所示的通道分离器900内包括额外的光学器件和针孔。另一种可能的解决方案将是在通道分离器900内的不同平面处添加几个板。每个板将具有稀疏的反射面集，其与不同的照明条纹相匹配。作为另一替代方案，可以将校正板插入图像平面之前的通道分离器900内。图9(b)和图9(c)示出了校正板的示例。图9(b)是小透镜阵列，其中为清楚起见夸大了曲率。图9(c)是比图9(b)所示的小透镜阵列更厚的隔离物(spacer)阵列。
为了避免信号通过错误的校正板平面，从校正板到像平面的距离z必须小于M*dx*f#，其中M是由于物镜140和镜筒透镜160的放大倍数，dx是样本150处的激发条纹间隔，并且f#是在像平面处的焦比。使用f#＝M/(2*NA)，其中NA是物镜140的数值孔径，距离z可以表示为z<M2dx/(2*NA)。同时，如果校正板在像平面处显著改变焦比，则对于下游光学器件是不期望的。因此，可以选择距离z以满足z>>M2dz，其中dz是样本150处不同激发条纹之间的焦偏移。因此，对于该方案而言，可以选择激发条纹间距dx以满足dx>>dz*(2*NA)。例如，NA为0.5时，dz可以是3μm，dx可以是30μm。图9(b)中所示的校正板的校正板平面的曲率或图9(c)中所示的校正板的厚度可以被设计成实现特定的焦偏移dz。该校正板还可以与均匀的小透镜阵列一起插入激发路径中，以产生多个焦深。图9(d)示出了如果不校正从不同深度收集的荧光155的聚焦的情况下的焦平面的示例，而图9(e)示出了如果用校正板980校正从不同深度收集的荧光155的聚焦的情况下的焦平面的示例。
图10示出了将荧光155分离成多个空间分散的光谱通道的通道分离器的另一示例的图。如图10所示，通道分离器1000包括会聚荧光155的每个条纹的小透镜阵列1010、使荧光155重新准直的透镜1020、使荧光155分散的棱镜1030以及使荧光155作为一系列光谱条纹成像在传感器1050上的透镜1040。样本150可以被扫描以从整个样本150收集数据。传感器1050可以是大面积传感器或较小的传感器的镶嵌，其被优化用于快速电子读出。
图11(a)示出了可以在样本150上形成的照明图案的示例。图11(a)所示的照明图案类似于图2所示的照明图案242，但是包括对应于具有五个波长λ1-λ5的激发光的条纹。由该照明图案产生的荧光155具有类似的条纹结构，并且以大放大倍数成像在小透镜阵列1010上。
图11(b)示出了小透镜阵列1010的布局的示例。小透镜阵列1010包括多个小透镜的线性阵列，该小透镜阵列被配置为接收由图11(a)所示的照明图案产生的荧光155。荧光155的每个条纹被成像到小透镜阵列1010内的小透镜的线性阵列的相应一个上。小透镜之间的区域可以被遮盖以提供共焦并改善对比度。线性阵列可以相对于彼此垂直偏移小透镜节距的一部分，以便最小化传感器上的光谱之间的重叠。小透镜可以具有圆形、正方形或任何其他形状的孔。
图11(c)示出了由图11(b)所示的小透镜阵列1010产生的强度图案的示例。当荧光155的条纹被成像到小透镜阵列1010的线性阵列上时，该强度图案形成在小透镜阵列1010的焦平面上。
图11(d)示出了在传感器1050上形成的光谱条纹的示例。光谱条纹由重新准直荧光155的透镜1020、分散荧光155的棱镜和将荧光155成像到传感器1050上的透镜1040形成。在图11(d)中所示的每组水平条纹内的垂直错位对应于图11(c)中所示的小透镜阵列1010内的小透镜的线性阵列之间的垂直错位。
图11(e)示出了可以在样本150上形成的另一照明图案的示例。图11(e)所示的照明图案类似于图2(c)所示的照明图案247。由该照明图案产生的荧光155具有类似的圆形斑点结构，并且以大放大倍数成像在小透镜阵列1010上。
图11(f)示出了小透镜阵列1010的布局的另一示例。小透镜阵列1010包括小透镜阵列，该小透镜阵列被配置为接收由图11(e)所示的照明图案产生的荧光155。荧光155的每个圆形斑点被成像到小透镜阵列1010内的圆形小透镜的相应一个上。小透镜之间的区域可以被遮盖以提供共焦并改善对比度。
图11(g)示出了由图11(f)所示的小透镜阵列1010产生的强度图案的示例。当荧光155的圆成像到小透镜阵列1010的线性阵列上时，在小透镜阵列1010的焦平面上形成该强度图案。
图11(h)示出了在传感器1050上形成的光谱条纹的示例。光谱条纹由重新准直荧光155的透镜1020、使荧光155分散的棱镜和将荧光155成像到传感器1050上的透镜1040形成。
图11(i)示出了可以在样本150上形成的另一照明图案的示例。图11(e)所示的照明图案类似于图2(c)所示的照明图案247。由该照明图案产生的荧光155具有类似的圆形斑点结构，并且被成像到针孔阵列上，该针孔阵列以大放大倍数替代了小透镜阵列1010。
图11(j)示出了代替小透镜阵列1010的针孔阵列的示例。针孔阵列包括被配置为接收由图11(i)所示的照明图案产生的荧光155的针孔阵列。荧光155的每个圆形斑点被成像到针孔阵列内的各个针孔上。
图11(k)示出了由图11(j)所示的针孔阵列产生的强度图案的示例。当荧光155的圆形斑点成像到针孔阵列上时，该强度图案形成在针孔阵列的焦平面上。
图11(l)示出了在传感器1050上形成的光谱条纹的示例。光谱条纹由重新准直荧光155的透镜1020、分散荧光155的棱镜和将荧光155成像到传感器1050上的透镜1040形成。
图12示出了将荧光155分离成多个空间分散的光谱通道的通道分离器的另一示例的图。如图12所示，通道分离器1200包括棱镜阵列1210和分散荧光155的衍射光栅1220，以及小透镜阵列1230，该小透镜阵列1230将荧光155的每个条纹集中到传感器1240上作为一系列光谱条纹。小透镜阵列1230可以具有与图11(b)所示的小透镜阵列相同的结构。对于指定的设计波长，棱镜阵列1210可以具有选择为抵消光栅的一阶衍射角的平面角。这允许分散的光更接近法线入射地进入小透镜阵列1230，从而减少了像散，并且在某些情况下还改善了传感器1240的性能。可以选择棱镜阵列1210的节距(周期)以匹配小透镜阵列1230的节距以改善聚焦。小透镜阵列1230的节距也可以被选择为衍射光栅1220的节距的整数倍，以改善在传感器1240处产生的光谱的均匀性。可以扫描样本150以从整个样本收集数据。传感器1050可以是大面积传感器或较小传感器的拼接体，其针对快速电子读出而被优化。
除了以上讨论的维之外，系统100还可用于以时间的第六维获取数据。如上所述，系统100可以在不同的样本位置处获取高光谱数据，然后监视作为时间的函数的那些位置。例如，这可以用于解混具有不同漂除(bleach)速率的荧光团。它也可以与快速传感器结合使用以确定荧光寿命。
本发明的示例性实施例可以提供几个优点。例如，可能最大化荧光光子的收集，这将最小化漂除并最大化信噪比以改善光谱解混。另外，可以调节每个荧光通道的分散度以最大化传感器中像素的使用。此外，可以同时获取多个激发通道，从而可以扫描多个深度和/或可以使用多个激发波长。
在以上描述中给出了具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。例如，可以在框图中示出电路，以免在不必要的细节上模糊实施例。在其他情况下，可以示出公知的电路、处理、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免使实施例晦涩难懂。
上面描述的技术、框、步骤和装置的实现可以以各种方式来完成。例如，这些技术、框、步骤和装置可以以硬件、软件或其组合来实现。对于硬件实现，可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计为执行上述功能的其他电子单元和/或其组合中实现。
另外，应注意，可以将实施例描述为被描绘为流程图、作业图、数据流程图、结构图或框图的过程。尽管流程图可以将操作描述为顺序过程，然而许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新安排操作顺序。进程的操作完成后会终止，但可能会有图中未包含的其他步骤。进程可以对应于方法、函数、过程、子例程、子程序等。当进程对应于函数时，其终止对应于该函数返回到调用函数或主函数。
此外，可以通过硬件、软件、脚本语言、固件、中间件、微代码、硬件描述语言和/或其任何组合来实施实施例。当以软件、固件、中间件、脚本语言和/或微代码实现时，可以将执行必要任务的程序代码或代码段存储在诸如存储介质的机器可读介质中。代码段或机器可执行指令可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、脚本、类或指令、数据结构的任何组合、和/或程序语句。可以通过传递和/或接收信息、数据、自变量、参数和/或存储器内容，将代码段耦合到另一个代码段或硬件电路。信息、参数、参量、数据等可以经由任何适当的方式传递、转发或传输，包括内存共享、消息传递、票证传递、网络传输等。
对于固件和/或软件实施方式，可以用执行本文描述的功能的模块(例如，过程、功能等)来实施方法。有形地体现指令的任何机器可读介质都可以用于实现本文所述的方法。例如，软件代码可以存储在存储器中。存储器可以在处理器内部或处理器外部实现。如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性或其他存储介质，并且不限于任何特定类型的存储器或存储器的数量，或存储器在其上已存储的类型的介质。
此外，如本文所公开，术语“存储介质”可以表示一个或多个用于存储数据的存储器，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁RAM、核心存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备和/或其他用于存储信息的机器可读介质。术语“机器可读介质”包括但不限于便携式或固定存储设备、光学存储设备、无线信道和/或能够存储包含或携带指令和/或数据的各种其他存储介质。
尽管以上已经结合具体的装置和方法描述了本公开的原理，然而应当清楚地理解，该描述仅是通过示例的方式进行的，并且不作为对本公开范围的限制。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
激发光源，被配置为发射激发光；
物镜，被配置为接收来自激发光源的激发光并将激发光成像到样本上，使得激发光使样本发射荧光；
通道分离器，被配置为接收来自样本的荧光并将荧光分离成多个空间分散的光谱通道；以及
传感器，被配置为接收来自通道分离器的所述多个空间分散的光谱通道，
其中，所述激发光源包括：
多个光源，其中，所述多个光源中的每个发射具有不同波长的光；
二向色阵列，被配置为组合来自所述多个光源中的每个的光；以及
第一小透镜阵列，其中，所述第一小透镜阵列被配置为接收来自所述二向色阵列的光并产生与所述多个光源相对应的多个光的图案；
其中，所述物镜被配置为对光的图案进行成像，以在样本的相同深度处形成多条平行线或在样本的相同深度处形成圆形斑点阵列。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通道分离器包括：
反射层，包括多个第一反射元件，其中，所述多个第一反射元件中的每个第一反射元件被配置为反射由光的图案的第一光的图案产生的荧光的第一部分；
图案化层，被配置为透射由光的图案的第二光的图案产生的荧光的第二部分；
第一分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第一部分，并在空间上分散荧光的第一部分的光谱分量；以及
第二分散光学器件，被配置为接收来自反射层的荧光的第二部分，并在空间上分散荧光的第二部分的光谱分量。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通道分离器包括：
第二小透镜阵列，被配置为聚焦荧光；以及
分散光学器件，被配置为接收来自第二小透镜阵列的荧光并在空间上分散荧光的光谱分量；
其中，所述第二小透镜阵列包括多个小透镜的阵列，所述小透镜的阵列被配置为以多条平行线或以圆形斑点阵列的形式接收荧光。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通道分离器包括：
分散光学器件，被配置为在空间上分散荧光的光谱分量；以及
第二小透镜阵列，被配置为接收来自分散光学器件的荧光并聚焦荧光；
其中，所述第二小透镜阵列包括多个小透镜的阵列，所述小透镜的阵列被配置为以多条平行线或以圆形斑点阵列的形式接收荧光。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括二向色分束器，被配置为将来自激发光源的激发光朝向物镜反射，并且将来自样本的荧光朝向通道分离器透射。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述二向色分束器的透射光谱包括与来自光源的不同波长一致的多个凹口。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述物镜被配置为同时对光的图案进行成像。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述二向色阵列包括多个二向色镜，其中，所述多个二向色镜中的每个被配置为接收来自所述多个光源中的相应一个的光。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激发光源还包括准直器，被配置为准直来自所述二向色阵列的光。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述激发光源还包括分散元件，被配置为分散来自所述准直器的光。
11.一种方法，包括：
由激发光源发射激发光；
由物镜接收来自激发光源的激发光；
由所述物镜将激发光成像到样本上，使得激发光使样本发射荧光；
由通道分离器接收来自样本的荧光；
由所述通道分离器将荧光分离成多个空间分散的光谱通道；以及
由传感器接收来自通道分离器的所述多个空间分散的光谱通道，
其中，由激发光源发射激发光包括：
由多个光源中的每个发射具有不同波长的光；
由二向色阵列组合来自所述多个光源中的每个的光；以及
由第一小透镜阵列接收来自所述二向色阵列的光；以及
由所述第一小透镜阵列产生与所述多个光源相对应的多个光的图案，以及
其中，所述物镜对光的图案进行成像，以在样本的相同深度处形成多条平行线或在样本的相同深度处形成圆形斑点阵列。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通道分离器包括：
反射层，包括多个第一反射元件，其中，所述多个第一反射元件中的每个第一反射元件反射由光的图案的第一光的图案产生的荧光的第一部分；
图案化层，其透射由光的图案的第二光的图案产生的荧光的第二部分；
第一分散光学器件，其接收来自反射层的荧光的第一部分，并在空间上分散荧光的第一部分的光谱分量；以及
第二分散光学器件，其接收来自反射层的荧光的第二部分，并在空间上分散荧光的第二部分的光谱分量。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通道分离器包括：
第二小透镜阵列，其聚焦荧光；以及
分散光学器件，其接收来自第二小透镜阵列的荧光并在空间上分散荧光的光谱分量；
其中，所述第二小透镜阵列包括多个小透镜的阵列，所述小透镜的阵列以多条平行线或以圆形斑点阵列的形式接收荧光。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通道分离器包括：
分散光学器件，其在空间上分散荧光的光谱分量；以及
第二小透镜阵列，其接收来自分散光学器件的荧光并聚焦荧光；
其中，所述第二小透镜阵列包括多个小透镜的阵列，所述小透镜的阵列以多条平行线或以圆形斑点阵列的形式接收荧光。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
由二向色分束器将来自激发光源的激发光朝向物镜反射；以及
由所述二向色分束器将来自样本的荧光朝向通道分离器透射。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述二向色分束器的透射光谱包括与来自光源的不同波长一致的多个凹口。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述物镜同时对光的图案进行成像。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述二向色阵列包括多个二向色镜，其中，所述多个二向色镜中的每个接收来自所述多个光源中的相应一个的光。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括由激发光源中的准直器准直来自所述二向色阵列的光。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括由激发光源中的分散元件分散来自所述准直器的光。
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