CN113892042B - 用于固体浸没弯月形透镜的设备、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

用于固体浸没弯月形透镜(SIMlens)的设备、系统及方法。光学系统可包含样本固持器，所述样本固持器具有支撑样本的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧。所述样本固持器的所述第二侧可与浸没流体接触。在所述样本与物镜之间通过的光可穿过所述样本固持器、浸没流体及位于所述浸没流体与物镜之间的SIMlens。所述SIMlens可具有第一弯曲表面及第二弯曲表面，其每一者经成形以匹配所述光在其穿过所述SIMlens时的波前。所述浸没流体、SIMlens及容纳所述物镜的环境全部可具有不同的折射率。

Description

用于固体浸没弯月形透镜的设备、系统及方法
相关申请案的交叉引用
本申请案根据35 U.S.C.§119要求2019年1月14日申请的第62/792,138号美国临时申请案的在先申请日的权益，其全部内容在此出于任何目的以全文引用的方式并入本文中。
关于研发的声明
本发明是在NIH授予的K99 CA240681、国防部授予的W81XWH-18-10358、国会指导医学研究项目(CDMRP)、前列腺癌研究项目(PCRP)及国家科学基金会(NFS)授予的研究生研究资助奖下由政府支持完成的。政府对本发明具有一定的权利。
技术领域
本发明的实施例大体上涉及光学成像，且特定来说涉及显微术。
背景技术
显微术通常可涉及将光引导到样本上，然后基于从样本接收的光对样本进行成像。一些显微镜将系统的光学器件放置在样本固持器的与样本相对的相对(底)侧。这可改进对样本的接近性、制备/安装样本的简易性等。因此，照明光及收集光可穿过样本固持器的材料以在光学器件与样本之间通过。由于各种像差(例如，由于物镜所在的周围环境与样本固持器的折射率之间的折射率差异所致的像差)，可能难以在不使图像失真的情况下将光耦合进/耦合出样本。
发明内容
在至少一个方面中，本公开涉及一种设备，其包含样本固持器、浸没腔、照明物镜、收集物镜、第一固体浸没弯月形透镜及第二固体浸没弯月形透镜。所述样本固持器具有经配置以支撑样本的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧。所述浸没腔固持浸没流体，且所述样本固持器的第二侧与所述浸没流体相邻。所述照明物镜定位在所述浸没流体的外部，且具有在所述样本内的聚焦区域。所述收集物镜定位在所述浸没流体的外部，且具有在所述样本内的聚焦区域。所述第一固体浸没弯月形透镜(SIMlens)定位在所述照明物镜与所述浸没流体之间。所述第二SIMlens定位在所述收集物镜与所述浸没流体之间，且独立于所述第一SIMlens。每一SIMlens具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，且第二表面与所述浸没流体相邻。在所述物镜与所述聚焦区域之间通过的光大致垂直于所述SIMlens中的每一者的所述第一表面及所述第二表面。
所述第一SIMlens及所述第二SIMlens的所述第一表面及所述第二表面每一者可弯曲以匹配穿过所述SIMlens的所述光的波前。所述第一SIMlens的所述第一表面可具有第一曲率，所述第一SIMlens的所述第二表面可具有第二曲率，所述第二SIMlens的所述第一表面可具有第三曲率，且所述第二SIMlens的所述第二表面可具有第四曲率，且所述第一、所述第二、所述第三与所述第四曲率可彼此不相等。
所述第一SIMlens及所述第二SIMlens中的每一者的所述第一表面可具有从所述第一表面到所述聚焦区域的距离的曲率半径，且所述第一SIMlens及所述第二SIMlens中的每一者的所述第二表面可具有从所述第二表面到所述聚焦区域的距离的曲率半径。所述第一SIMlens的所述第一表面可具有第一曲率半径，所述第一SIMlens的所述第二表面可具有第二曲率半径，所述第二SIMlens的所述第一表面可具有第三曲率半径，且所述第二SIMlens的所述第二表面可具有第四曲率半径，且所述第一、所述第二、所述第三与所述第四曲率半径可彼此不相等。
所述设备可包含致动器，其可相对于所述浸没腔在三维方向上移动所述样本固持器。所述设备可包含可产生照明光的源。所述第一物镜可经配置以将所述照明光作为照明光束引导朝向所述聚焦区域。检测器可接收收集的光，且所述第二物镜可接收来自所述聚焦区域的光。所述物镜可具有第一光轴，且所述第二物镜可具有第二光轴。所述第一光轴可正交于所述第二光轴。所述设备可包含透镜转台，其可固持所述物镜及至少一个额外物镜。所述透镜转台可沿着包含所述聚焦区域的光学路径可选择地定位所述物镜及所述至少一个额外物镜中的一者。
在至少一个方面中，本公开涉及一种设备，其包含样本固持器、浸没腔、第一物镜、第二物镜及固体浸没弯月形透镜(SIMlens)。所述样本固持器具有经配置以支撑样本的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧。所述浸没腔固持浸没流体。所述样本固持器的所述第二侧与所述浸没流体相邻。所述第一物镜定位在周围环境中、在所述浸没流体的外部，并使光聚焦在所述样本的聚焦区域上。所述第二物镜定位在周围环境中、在所述浸没流体的外部，并使光聚焦在所述样本的所述聚焦区域上。所述SIMlens定位在所述第一物镜与所述浸没流体之间，但不在所述第二物镜与所述浸没流体之间。所述周围环境具有第一折射率，所述SIMlens具有与所述第一折射率不同的第二折射率，且所述样本、样本固持器及浸没流体具有与所述第一及所述第二折射率不同的第三折射率。
所述周围环境可为空气，且所述第一物镜可为空气物镜。所述SIMlens可具有第一弯曲表面及与所述第一弯曲表面相对的第二弯曲表面。所述第一弯曲表面及所述第二弯曲表面可经成形以匹配在所述样本与所述第一物镜之间通过的光的波前。所述第一弯曲表面可具有所述第一弯曲表面与所述物镜的聚焦区域之间的距离的曲率半径，且所述第二弯曲表面可具有所述第二弯曲表面与所述聚焦区域之间的距离的曲率半径。所述第二物镜可为与所述浸没流体接触的浸没物镜。
所述设备还可包含定位在所述第二物镜与所述浸没流体之间的第二SIMlens。所述第二SIMlens可独立于所述第一SIMlens。所述第二SIMlens可具有所述第二折射率。所述第一物镜可将照明光束引导朝向所述样本的聚焦区域，且所述第二物镜可收集来自所述聚焦区域的光。
在至少一个方面中，本公开涉及一种方法。所述方法包含沿着照明路径将照明光引导通过第一物镜并朝向样本，其中所述照明光穿过浸没流体、穿过样本固持器并进入所述样本。所述方法包含沿着收集路径在第二物镜处接收来自所述样本的收集的光，其中所述接收的光穿过所述样本固持器、所述浸没流体及固体浸没弯月形透镜(SIMlens)。所述SIMlens具有第一弯曲表面及第二弯曲表面，每一弯曲表面经配置以匹配所述收集的光的波前。所述第二弯曲表面与浸没介质相邻。所述照明光不穿过所述SIMlens。
所述照明路径可包含定位在所述第一物镜与所述浸没流体之间的第二SIMlens。所述方法还可包含使所述浸没流体的折射率与所述样本的折射率匹配。所述方法还可包含基于所述收集的光对所述样本进行成像。所述样本固持器可具有可支撑所述样本的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧，所述第二侧可与所述浸没流体相邻。所述方法可进一步包含沿着从所述第一侧到所述第二侧的轴扫描所述样本固持器以生成图像的深度堆叠。
附图说明
图1是根据本公开的一些实施例的具有固体浸没弯月形透镜的开顶式显微镜的框图。
图2是根据本公开的一些实施例的光学系统的一部分的示意图。
图3是根据本公开的一些实施例的穿过光学系统的光路径的示意图。
图4是根据本公开的一些实施例的光学系统的示意图。
图5是根据本公开的一些实施例的具有可交换物镜安装座的光学系统的示意图。
图6是根据本公开的一些实施例的对样本进行成像的方法的流程图。
具体实施方式
以下对某些实施例的描述本质上仅为示范性的，且绝不旨在限制本公开的范围或其应用或用途。在以下对本系统及方法的实施例的详细描述中，参考附图，附图形成本系统及方法的一部分且以说明的方式展示可实践的所描述的系统及方法的特定实施例。这些实施例被足够详细地描述以使所属领域的技术人员能够实践当前公开的系统及方法，且应理解，可利用其它实施例，并可在不脱离本公开的精神及范围的情况下进行结构及逻辑改变。此外，为了清楚起见，当某些特征对于所属领域的技术人员来说显而易见时，将不讨论这些特征的详细描述，以免模糊本公开的实施例的描述。因此，以下详细描述不应视为具有限制意义，且本公开的范围仅由所附权利要求书界定。
贯穿整个说明书给出各种实例值。应理解，这些值是近似值，因为在实际系统中完美对准是不太可能的。因此，例如“垂直”或“正交”的值应解释为“近似90°”，其中实际值可能在所期望角度的公差内。例如，被描述为正交的两个事物可相对于彼此定位在85到95°的任何位置。其它角度及测量应以类似的方式进行解释。
显微术可用于广泛的应用以产生样本的图像，通常具有肉眼通常不可见的视野及/或分辨率。可用照明光学器件将照明光引导到样本上。收集光学器件可用于将来自样本的光收集到检测器上(例如，CCD检测器、CMOS检测器或用户的眼睛)。在一些例项中，到达检测器的光可包含照明光的一部分。在一些例项中，到达检测器的光在被照明光刺激发射之后可从样本发射(例如，经由荧光)。可能期望确保视野接收均匀的照明，并确保照明穿透样本的深度。
光片显微术通过在样本内沿着薄的2D照明“光片”激发荧光来实现均匀照明及光学切片(抑制离焦光)，用检测器对所述样本进行成像。照明与收集光学器件彼此解耦，每一者可单独地经优化以提高成像性能。照明与收集光学器件的分开对于减少直接到达收集光学器件的照明光的量可能是有用的。这对于某些类型的显微术(例如荧光显微术或暗场显微术)又可能是有用的。
照明及/或收集光学器件可以相对于样本固持器(例如，支撑样本的透明板)的角度布置。例如，照明及收集光学器件每一者可相对于样本固持器成45°角。虽然这可提供优化成像参数及成像的深度的优点，但照明及/或收集光与样本固持器的非垂直入射可导致各种像差。固体浸没透镜(SIL)可包含与照明或收集光的波前匹配的表面，使得进入或离开样本的光线以垂直角度与SIL相遇。然而，SIL的使用可能会提供限制，例如需要使样本的折射率与SIL的折射率匹配，或限制样本固持器相对于SIL的移动以保持穿过SIL的照明光及收集的光相对于样本固持器及样本的几何形状。
本公开涉及固体浸没弯月形透镜(SIMlens)。显微镜可具有拥有第一侧及第二侧的样本固持器。第一侧可支撑样本，而第二侧与浸没介质(例如，浸没流体)接触。物镜(例如收集或照明物镜)可位于样本固持器的第二侧上。可将SIMlens定位在物镜与浸没介质之间，使得SIMlens的第一弯曲表面与浸没介质接触，而SIMlens的第二弯曲表面不与浸没介质接触(例如，另一侧可与空气接触)。SIMlens的第一及第二弯曲表面可经成形以匹配穿过所述表面的光的波前。例如，第一及第二弯曲表面可经成形以使得光线(例如，沿着照明或收集路径)垂直于SIMlens的表面横穿SIMlens的材料。这可减少当光从周围环境(其包含物镜)通过并进入浸没流体时的折射。在一些实施例中，样本、样本固持器及浸没介质可具有相同的折射率，而SIMlens的材料可具有不同的折射率。SIMlens的使用可允许使用不需要与浸没材料/样本匹配的SIMlens材料，且可有利于样本固持器相对于SIMlens的三维移动。
图1是根据本公开的一些实施例的具有固体浸没弯月形透镜的开顶式显微镜的框图。图1展示光学系统100，其包含开顶式显微镜102及任选控制器104，控制器104可操作显微镜102及/或解释来自显微镜102的信息。在一些实施例中，可省略控制器104的一或多个部分，并可手动操作显微镜102。在一些实施例中，控制器104的一或多个部分可集成到显微镜102中。
显微镜102包含样本固持器108，其沿着样本固持器108的顶侧支撑样本106。样本固持器108的底表面与浸没流体112接触，浸没流体112被容纳在浸没腔110内。图1的显微镜102具有彼此分离的照明路径及收集路径。照明路径包含源118、照明光学器件120及照明物镜122。照明路径提供照明光束124，其穿过浸没介质112及样本固持器108以照明样本106。收集路径包含收集物镜128、收集光学器件130及检测器132。收集路径可收集来自由照明光束124照明的聚焦区域126的光。
固体浸没弯月形透镜(SIMlens)可沿着照明及/或收集路径定位。在图1的实施例中，照明SIMlens 114经展示为照明路径的部分，而收集SIMlens 116经展示为收集路径的部分。SIMlens 114及116可经成形以防止分别沿着照明或收集路径通过的光在浸没流体112、SIMlens 114或116的材料与显微镜102的周围环境之间通过时发生折射。在一些实施例中，单个SIMlens可被用作照明路径的部分(例如，与照明SIMlens 114类似)，而没有SIMlens被用作收集路径的部分。在一些实施例中，单个SIMlens可被用作收集路径的部分(例如，与收集SIMlens 116类似)，而没有SIMlens被用作照明路径的部分。
源118沿着照明路径提供照明光，以照明样本106的聚焦区域126。源118可为窄带源，例如可发射窄光谱中的光的激光器或发光二极管(LED)。在一些实施例中，光可为宽带源(例如，白炽光源、弧源)，其可产生宽光谱(例如，白色)照明。在一些实施例中，照明光的一或多个部分可在可见范围之外。在一些实施例中，滤光器(未展示)可用作照明路径的部分，以进一步细化照明光的波长。例如，带通滤光器可从源118接收宽带照明，并提供较窄光谱中的照明光。在一些实施例中，光源103可为激光器，且可生成准直光。
在一些实施例中，光学系统100可用于对样本106中的荧光进行成像。照明光束124可包含在特定激发波长下的光，其可激发样本106中的荧光。照明光束124可包含包含激发波长的宽光谱光，或者可为以激发波长为中心的窄带。在一些实施例中，光源118可产生以激发波长为中心(或接近激发波长)的窄光谱光。在一些实施例中，可在照明光学器件120中使用滤光器(未展示)以将照明光束124限制到接近激发波长的波长。一旦被照明片激发，样本106中的荧光团可发射光(其可以给定发射波长为中心)。收集路径(例如，收集光学器件130)可包含一或多个滤光器，其可用于将到达检测器132的光限制到接近发射波长的光的波长。
照明光学器件120可将来自源118的光耦合到照明物镜122。例如，照明光学器件120可包含将来自源118的光载送到照明物镜122的后端的光纤。在一些实施例中，照明光学器件120可在源118与物镜122之间耦合光，而基本上不会改变由源118提供的光。在一些实施例中，照明光学器件120可改变由源118提供的光的形状、波长、强度及/或其它性质。例如，照明光学器件120可从源118接收宽带光，并可过滤光(例如，使用滤光器、衍射光栅、声光调制器等)以向物镜122提供窄带光。
在一些实施例中，照明路径可提供照明光束124，其是作为光片显微术或光片荧光显微术(LSFM)的部分的光片。光片可具有大体上椭圆形的横截面，具有沿着第一轴(例如，y轴)的第一数值孔径及沿着正交于第一轴的第二轴的大于第一数值孔径的第二数值孔径。照明光学器件120可包含将从源118接收的光重新成形为照明片的光学器件。例如，照明光学器件120可包含一或多个圆柱形光学器件，其将光聚焦在一个轴上，但不聚焦在正交轴上。
在一些实施例中，照明光学器件120可包含扫描光学器件，其可用于相对于样本106扫描照明光束124。例如，由照明光束照明的区域可小于所期望的聚焦区域126。在这种情况下，照明光学器件120可使照明光束124跨所期望的聚焦区域126快速振荡，以确保聚焦区域126的照明。
照明物镜122可包含提供照明光束124的一或多个透镜。例如，照明物镜122可使照明光束124朝向聚焦区域126聚焦。样本固持器108可将样本106定位成使得聚焦区域126大体上在样本106内。在一些实施例中，照明物镜可为商用物镜，其包含一或多个内部光学元件。在一些实施例中，照明物镜122可被周围环境(例如，空气)包围，且照明物镜122可为空气物镜。照明物镜122由一或多个数值孔径表征，其可基于光在聚焦区域126处会聚的角度。在一些实施例中，聚焦区域126可理想化为焦点。
照明光束124可经引导以穿过照明SIMlens 114并进入浸没流体112。照明SIMlens114可经成形以最小化从包含照明物镜122(例如，空气)的周围环境穿过照明SIMlens 114的材料并进入浸没流体112的光的折射。然后，照明光束124可穿过浸没流体112朝向样本106及样本固持器108。图2到3更详细地讨论光与SIMlens 114及浸没流体112的相互作用。
照明光束124可经引导到样本106上。样本106可由样本固持器108的上表面支撑。在一些实施例中，样本106可直接放置在样本固持器108的上表面上。在一些实施例中，样本106可封装在容器中(例如，在载玻片上、在井板中、在组织培养瓶中等)，且容器可放置在样本固持器108上。在一些实施例中，容器可集成到样本固持器108中。在一些实施例中，可在光学系统100上进行成像之前处理样本106。例如，可在进行成像之前清洗、切片及/或标记样本106。
在一些实施例中，样本106可为生物样本。例如，样本106可为已从疑似疾病(例如，癌症)的区域进行活检的组织。在一些实施例中，所述组织在由光学系统100检查之前可经历各种处理，例如光学清除、组织切片及/或标记。在一些实施例中，用光学系统100对组织的检查可用于诊断、确定治疗方法、监测疾病进程等。
在一些实施例中，样本106可为非生物的。例如，样本106可为流体，且可含有用于研究的一或多个成分。例如，样本106可为燃烧气体，且光学系统106可执行粒子图像测速(PIV)测量来表征气体的成分。
在一些实施例中，样本106可包含一或多个类型的荧光团。荧光团可为样本106固有的(例如，生物样本中的DNA及蛋白质)，或者可为施加到样本106的荧光标记(例如，吖啶橙、曙红)。一些样本106可包含固有类型的荧光团与荧光标记的混合。每一类型的荧光团可具有激发光谱，其可以激发波长为中心。当荧光团被激发光谱中的光激发时，它可发射发射光谱中的光，其可以与激发波长不同(例如，红移)的发射波长为中心。
样本固持器108可将样本106支撑在对照明光束124及对从样本106的聚焦区域126收集的光大体上透明的材料上。在一些实施例中，样本固持器108可具有透明材料的窗，样本106可定位在所述窗上，且样本固持器108的剩余部分可由非透明材料形成。在一些实施例中，样本固持器108可由透明材料制成。例如，样本固持器108可为玻璃板。
在一些实施例中，样本固持器108可包含一或多个结构以支撑样本106。例如，样本固持器108可包含夹具或井。在一些实施例中，样本固持器108可为系统100的模块化组件，且不同的样本固持器108可根据样本的类型、成像的类型、照明/收集的光的波长以及它们的组合换入或换出。
样本固持器108可具有与样本固持器108的支撑样本106的表面相对的第二表面(例如，下表面)。固持浸没流体112的浸没腔110可定位在样本固持器108的第二表面下方。在一些实施例中，浸没腔110可具有开口顶部，且浸没流体112可与样本固持器108的第二表面接触。在一些实施例中，虽然样本固持器108的第二表面可与浸没流体112接触，但样本固持器108的第一表面(其支撑样本106)可与物镜122及128相同的环境(例如，空气)接触。
样本固持器108可耦合到致动器109，致动器109可能够在一或多个方向上移动样本固持器108。在一些实施例中，样本固持器108可为相对于浸没腔110以及物镜122及128在多达三维(例如，沿着x、y及z轴)上可移动。可移动样本固持器108以改变样本106内聚焦区域126的位置及/或在装载位置与成像位置之间移动样本固持器108。在一些实施例中，致动器可为手动致动器，例如螺钉或粗/细调旋钮。在一些实施例中，致动器可为自动化的，例如电动机，其可响应于来自控制器104的手动输入及/或指令。在一些实施例中，致动器109可响应于手动调整及自动控制两者(例如，响应于手动转动及来自控制器104的指令的旋钮)。
浸没腔110容纳浸没流体112。在一些实施例中，浸没腔110可包含可用于更换浸没流体112的源及/或槽。例如，浸没腔110可耦合到提供浸没流体112的流体输入管线(其继而可耦合到泵及/或贮集器)及可经打开以从浸没腔110移除浸没流体112的排水管。如本文更详细地描述，可基于样本106及/或样本固持器108的折射率选择浸没流体的类型。
收集路径可接收来自聚焦区域126的光，并将所接收的光引导到检测器132上，检测器132可使接收的光成像及/或以其它方式测量接收的光。来自聚焦区域126的光可为照明光束124的重定向部分(例如，散射光及/或反射光)，可为响应于照明光束124(例如，经由荧光)而从聚焦区域126发射的光，或其组合。收集的光可在穿过收集SIMlens 116之前穿过样本固持器108及浸没流体112并进入包含收集物镜128的周围环境(例如，空气)。收集SIMlens 116可经成形以最小化收集的光穿过其时的折射。在图2到3中更详细地描述光与SIMlens的相互作用。收集SIMlens 116可为与照明SIMlens 114分离的光学组件。在一些实施例中，收集SIMlens 116可由与照明SIMlens 114不同的材料制成。
照明SIMlens 114及收集SIMlens 116可经独立地成形以分别匹配照明光束124及收集的光的波前。例如，照明光束124的波前可基于照明路径的光学器件，而收集的光的波前可基于收集路径的光学器件。由于照明与收集路径的光学器件彼此独立，照明与收集的光的波前的形状可能不同。由于两个SIMlens 114及116可为单独的光学元件，所以照明SIMlens 114可具有与收集SIMlens 116的形状(例如，前表面及后表面的曲率)不同的形状(例如，前表面及后表面的曲率)。以这种方式，照明SIMlens 114可具有基于照明光束124的形状，而收集SIMlens 116具有基于收集的光的形状。
聚焦区域126的几何形状可部分地由收集路径的视野来界定，而收集路径的视野又可部分地取决于收集物镜128的数值孔径。与照明物镜122类似，收集物镜128可为包含一或多个透镜的商用物镜。在一些实施例中，收集物镜128可为空气物镜。在一些实施例中，收集路径聚焦所在的聚焦区域及照明路径聚焦所在的聚焦区域通常可通常在聚焦区域126处重叠。在一些实施例中，照明及收集路径可具有其相应聚焦区域的不同形状、大小及/或位置。
收集路径包含收集光学器件130，其可将光从收集物镜重定向到检测器132上。例如，收集光学器件130可为经设计以使来自收集物镜的后端的光聚焦到投影在检测器132上的图像中的管透镜。在一些实施例中，收集光学器件130可包含改变从收集物镜128接收的光的一或多个元件。例如，收集光学器件130可包含滤光器、镜、去扫描光学器件或其组合。
检测器132可用于对聚焦区域126进行成像。在一些实施例中，检测器132可表示目镜，使得用户可观察聚焦区域126。在一些实施例中，检测器132可产生信号以记录聚焦区域126的图像。例如，检测器132可包含CCD或CMOS阵列，其可基于入射到阵列上的光生成电子信号。
照明路径可沿着第一光轴引导光。收集路径可沿着第二光轴收集光。在一些实施例中，例如图1中所展示的实施例，第一光轴与第二光轴可彼此正交。第一光轴与第二光轴中的每一者也可与样本固持器不正交。例如，第一光轴可相对于样本固持器108的底表面成45°角，且第二光轴也可相对于样本固持器108的底表面成45°角。
在一些实施例中，照明与收集路径可彼此不正交。例如，照明路径可遵循相对于样本固持器的底表面成45°角的第一光轴，而收集路径可遵循相对于固持器的底表面成90°角的第二光轴。因此，在第一光轴与第二光轴之间可存在约45°角。
在一些实施例中，物镜122及128中的一者可为空气物镜，而另一物镜可为非空气物镜(例如，浸没物镜)。在一些实施例中，非空气物镜可浸没在浸没流体112中(或具有与浸没流体112接触的前表面)。在一些实施例中，空气物镜可具有定位在物镜与浸没流体之间的SIMlens，而SIMlens可不与非空气物镜一起使用。例如，照明物镜122可引导照明光束124穿过照明SIMlens 114并进入浸没流体112，而收集物镜128可与浸没流体112相邻(例如，与浸没流体112接触)。
显微镜102可耦合到控制器104，控制器104可用于操作显微镜102的一或多个部分、显示来自显微镜102的数据、解释来自显微镜102的数据或其组合。在一些实施例中，控制器104可与显微镜分离，例如通用计算机。在一些实施例中，控制器104的一或多个部分可与显微镜102集成。
控制器104包含一或多个输入/输出装置142，所述输入/输出装置142可允许用户查看来自控制器104的反馈、来自显微镜102的数据、向控制器104提供指令、向显微镜102提供指令或其组合。例如，输入/输出装置142可包含数字显示器、触摸屏、鼠标、键盘或其组合。
控制器104包含处理器140，处理器140可执行存储在存储器144中的一或多个指令。指令可包含控制软件152，其可包含关于如何控制显微镜102的指令。基于控制软件152，处理器140可使控制器104发送信号到显微镜102的各种组件(例如致动器109)。指令可包含图像处理软件150，其可用于处理来自检测器132的“实时”或先前存储在存储器144中的图像146。例如，图像处理软件150可从图像146移除背景噪声。指令可包含分析软件148，分析软件148可由处理器140执行以确定图像146的一或多个性质。例如，分析软件148可突出显示图像146中的细胞核。
在一些实施例中，控制器104可引导显微镜以从样本中的若干个不同视野收集图像。例如，控制器104可包含用于收集图像的深度堆叠的指令。控制器104可引导检测器132收集第一图像，然后指示致动器109将样本固持器108在竖直方向(例如，沿着z轴)移动设置的距离。这还可使样本106相对于聚焦区域126移动，这可改变聚焦区域126在样本内所在的高度。然后，控制器104可指示检测器132收集另一图像，然后重复所述过程，直到已实现堆叠中的设置数量的图像及/或z方向上的设置总位移。然后，分析软件148可组合图像的深度堆叠以允许对样本106进行3D(或伪3D)成像。
图2是根据本公开的一些实施例的光学系统的一部分的示意图。在一些实施例中，图2可表示图1的显微镜102的一部分。图2展示样本206、样本固持器208、浸没腔210、浸没流体212、SIMlens 214及216以及物镜222及228的视图。
照明物镜222提供照明光束224，照明光束224离开照明物镜222的前端并穿过围绕照明物镜222的介质。围绕照明物镜222的介质可为显微镜放置所在的周围环境的部分。例如，环境介质可为空气。在穿过环境介质之后，照明光束穿过照明SIMlens 214并进入浸没流体212。
照明SIMlens 214可具有第一弯曲表面及在照明SIMlens 214的与第一弯曲表面相对的侧上的第二弯曲表面。在一些实施例中，第一弯曲表面可与环境介质接触，而第二弯曲表面可与浸没流体接触。SIMlens 214的边缘可附着到浸没腔210的壁，且SIMlens 214可有助于将浸没流体212容纳在腔210内。SIMlens 214可充当供光在浸没腔210的外部与浸没腔210的内部之间通过的窗。照明SIMlens 214的第一弯曲表面及第二弯曲表面每一者可经成形以与照明光束在其与照明SIMlens 214相接处的波前匹配。
例如，照明光束224可被视为跨照明物镜的表面发射并朝向聚焦区域226会聚的一束光线。第一弯曲表面可经成形以使得每一光线在所述光线入射到第一弯曲表面所在的点处垂直于第一弯曲表面(例如，具有90°入射角)。第二弯曲表面可经类似地成形。以这种方式，照明光束在其穿过照明SIMlens 214时可不折射(或可具有最小的折射量)。针对SIMlens的实例形状在图3中进行更详细的讨论。
由于照明光束224在从环境介质(例如，空气)穿过SIMlens 214的材料时不经历(或经历最小的)折射，因此照明光束224可以最小的折射或像差进入浸没流体。照明路径可对SIMlens 214材料的折射率与浸没流体212的折射率之间的差异相对不敏感。在一些实施例中，与样本固持器相比，照明路径可为“离轴的”。换句话说，照明光束的光轴可不垂直于样本固持器208。浸没流体212可经选择使得浸没流体212的折射率与样本固持器208的材料的折射率匹配。以这种方式，即使照明光束不垂直于样本固持器的表面，当照明光束224从浸没流体212进入样本固持器208的材料时，也不存在(或存在最小的)折射。样本固持器208的材料继而可与样本206的折射率匹配，因此照明光束224在从样本固持器208的材料进入样本206时也可经历最小的折射。
在一些实施例中，样本固持器208的材料及浸没流体212可经选择以匹配所期望的样本206的折射率。由于样本固持器208可为模块化的，且由于可相对容易地用不同的浸没流体填充浸没腔210，因此可适应样本206的宽范围折射率。在一些实施例中，可对样本206执行一或多个处理步骤，以使其折射率与样本固持器208的折射率匹配。
照明光束224可聚焦到样本206内的聚焦区域。来自经照明聚焦区域226的光(例如反射光、散射光、发射光或其组合)可由收集路径收集。与照明路径类似，由于样本206、样本固持器208及浸没流体212的折射率匹配并由于收集SIMlens 216的波前匹配曲率，沿着收集路径到收集物镜228可存在最小衍射或像差。例如，当光从样本206过渡到样本固持器208时，尽管光可能不垂直于界面，但类似的折射指数可防止光的衍射。以类似的方式，当光从样本固持器208的材料进入浸没流体212时，光也可不衍射。
收集物镜228可跨某一范围的角度收集光，这些光可被认为是收集的光225，其包含朝向收集物镜228的聚焦区域会聚的光线束。因此，由收集物镜228收集的收集光225可为沿着此光线束通过的光。收集物镜228可由其放大率及/或数值孔径(NA)表征。例如，收集物镜228可为10x物镜(NA＝0.21)或20x物镜(NA＝0.35)。
与照明SIMlens 214类似，收集SIMlens 216可具有第一弯曲表面及第二弯曲表面，其每一者可经成形以匹配收集的光225的波前。例如，第一弯曲表面及第二弯曲表面可经成形以使得入射到所述表面中的每一者处的收集的光的光线垂直于收集SIMlens 216的表面。以这种方式，当收集的光从浸没流体212进入收集SIMlens 216的材料并且从收集SIMlens 216的材料进入容纳收集物镜228的周围环境时，可存在最小的折射。
在一些实施例中，收集SIMlens 216可具有与照明SIMlens 214的折射率匹配的折射率。在一些实施例中，两个SIMlens 214与216可具有彼此不同的折射率。SIMlens 214及216中的每一者的两个表面的曲率可分别基于照明及收集光的波前，其可继而基于照明及收集物镜222及228的光学器件。例如，可使用数值孔径来表征照明物镜222及收集物镜228。在一些实施例中，照明物镜222与收集物镜228可具有彼此不同的数值孔径，且因此，照明SIMlens 214的曲率可与收集SIMlens 216的曲率不同。
图3是根据本公开的一些实施例的穿过光学系统的光路径的示意图。图3展示光学系统300的一部分，其可包含在图1的光学系统100及/或图2的光学系统200中。图3的光学系统300基于光在物镜322与聚焦区域326之间可能遇到的折射率而被划分为多个区域。特定来说，由于光被绘制为来自聚焦区域326并进入物镜322，因此如图3中所展示的物镜322可为收集物镜(例如，图1的122及/或图2的222)。应理解，由于光学器件通常是可逆的，因此关于图3所描述的原理也可以类似的方式应用于照明光束及照明物镜。
物镜322位于具有第一折射率n1的第一介质340中。SIMlens 316由具有第二折射率n2的材料制成。SIMlens 316使第一介质340与具有第三折射率n3的区域312分离。收集的光可来自区域312内的聚焦区域326、穿过SIMlens 316进入第一介质340，然后进入物镜322。为了便于表示，聚焦区域326经展示为焦点，然而应理解，在一些实施例中可使用非点聚焦区域。
区域312可表示具有相同(或类似)的折射率的光学系统的多个组件。例如，区域312可表示浸没流体、样本固持器及样本。由于这些组件通常可具有相同的折射率(或它们的折射率可能类似)，因此当光在这些材料之间通过时通常可不会折射有意义的量。为了清楚起见，这些组件经展示为单个区域312。
三条光线用于表示由聚焦区域326提供并进入物镜322的收集的光。中心光线展示为从聚焦区域326延伸到物镜322的中心，且两条外围光线展示为从聚焦区域326延伸到接收光的物镜322的边缘上的最远点。在图3的实施例中，物镜322可具有径向对称性(例如，通常是圆形的)，且因此中心光线与外围光线之间的发散可由角θ表征。
物镜可由其数值孔径NA界定，其可由下面的等式1给出：
NA＝n*sin(θ) 等式1
第一介质340可表示光学系统300所位于的周围环境。例如，第一介质340可表示光学系统300所位于的房间中的空气。在第一介质340是空气的实施例中，第一折射率n1可约为1。物镜可为空气物镜，且它可具有基于被空气包围的特定NA，如下面的等式2所给出：
NAair＝n1*sin(θ) 等式2
由于n1可约为1，因此物镜的NAair可基于角θ。然而，物镜的有效数值孔径NAeff可基于光与聚焦区域326的相互作用，其可由下面的等式3表示：
NAeff＝n3*sin(θ) 等式3
由于区域312的折射率通常可大于介质340的折射率(例如，n3＞n1)，因此与物镜的指定数值孔径相比，有效数值孔径可增大。这可导致性能提高，例如与聚焦区域326位于与介质340具有相同折射率的区域相比，成像分辨率提高。
在一些实施例中，浸没流体312可经选择为具有在约1与1.56之间的折射率n3。例如，使用空气作为浸没流体可提供约1的折射率，水可提供约1.33的折射率，且肉桂酸乙酯可提供约1.56的折射率。在一些实例中，可混合材料以在浸没流体中实现不同的折射率。例如，约1.33的折射率可仅为水，约1.44的折射率可为60％TDE(2，2′-硫代二乙醇)/40％水，且约90％的折射率可来自90％TDE/10％水。
SIMlens 316可为弯曲的，使得在聚焦区域326与物镜322之间行进的光线在从区域312进入SIMlens 316的材料时或从SIMlens 316的材料进入介质340时不发生折射。SIMlens 316的第一表面可经定位为与介质340接触，而SIMlens的与第一表面相对的第二表面可经定位为与区域312接触(例如，与浸没流体接触)。
在图3的实施例中，其将焦点展示为聚焦区域326(或聚焦区域与到物镜322的距离相比足够小，其可被视为点)，SIMlens 316可具有遵循球面曲率的表面。例如，第二表面可具有曲率半径R，其是从焦点到SIMlens 316的第二表面的距离。第一表面可具有曲率半径R′，其是从焦点到SIMlens 316的第一表面的距离。距离R及R′可因SIMlens 316的厚度而不同。例如，如果SIMlens 316为2mm厚，且第一表面距离聚焦区域17mm，那么第一表面可具有17mm的曲率半径，且第二表面可具有15mm的曲率半径。在一些实施例中，聚焦区域可能不是精确的点，因此可部分地选择曲率半径(例如，距离)以使曲率半径与视野相比是大的，这继而可减少由于并非来自精确焦点的光的衍射而产生的像差的影响。
由于每一表面的曲率半径基于到聚焦区域326的距离，因此从聚焦区域326延伸的光线可遵循弯曲表面的半径，并可以90°角与表面相交。由于光线的入射角可垂直于跨SIMlens 316的两个表面的工作区域的表面，因此当光进出SIMlens 316的材料时，光的折射可最小。
在物镜具有径向对称性(例如，是圆形)的实施例中，SIMlens 316可为球形壳体的一部分。在一些实施例中，SIMlens 316的表面可具有基于穿过SIMlens 316的光的横截面的更复杂的几何形状，这又可基于提供/收集光的光学路径。例如，如果光是光片的一部分，在沿着第一轴的数值孔径与沿着正交于第一轴的第二轴的数值孔径不同的情况下，那么SIMlens 316的表面可遵循椭球体而不是球体的形状。
在一些实施例中，光学系统可包含可单独优化及成形的多于一个SIMlens(例如，照明SIMlens及收集SIMlens)。例如，第一SIMlens可具有距聚焦区域第一距离R1的第一表面及距聚焦区域第二距离R1'的第二表面。第二SIMlens可具有距聚焦区域第三距离R2的第一表面及距聚焦区域第四距离R2'的第二表面。至少一对距离可能彼此不匹配(例如，R1≠R2及/或R1'≠R2')。因此，如果这些距离彼此都不相等，那么第一SIMlens的第一表面可具有第一曲率半径，第一SIMlens的第二表面可具有第二曲率半径，第二SIMlens的第一表面可具有第三曲率半径，且第二SIMlens的第二表面可具有第四曲率半径。所述第一、第二、第三与第四曲率半径可彼此不相等。
在一些实施例中，照明光与收集光的波前可以其它方式不同，且第一与第二SIMLens的形状也可相应地不同。例如，第一SIMlens可沿着使用圆柱形光学器件的照明路径，而第二SIMlens可沿着使用圆形光学器件的收集路径。因此，第一SIMlens通常可为圆柱形以匹配照明光的波前，而第二SIMlens通常可为球形壳体截面。在一些实施例中，两个SIMlens可为不同的大小。例如，第一SIMlens可具有第一直径，而第二SIMlens具有与第一直径不同的第二直径。
图4是根据本公开的一些实施例的光学系统的示意图。光学系统400表示沿着收集路径使用SIMlens 416但沿着照明路径不使用SIMlens的系统。光学系统400可包含通常与图1的光学系统100中的类似组件类似的组件。为简洁起见，将不再相对于图4重复先前相对于图1描述的特征及操作。
光学系统400包含照明物镜422，其将照明光束424引导朝向样本406。样本406可位于浸没流体412内，浸没流体412被容纳在浸没腔410内。在图4的实施例中，浸没光束424可穿过浸没腔410的壁以到达样本406。浸没腔410的壁可为透明的及/或窗可经定位以允许照明光束424穿过。
从样本406收集的光425可穿过浸没流体412并通过定位在浸没流体412与收集物镜428之间的SIMlens 416离开浸没腔410。SIMlens 416具有第一弯曲表面及与第一弯曲表面相对的第二弯曲表面，所述两个弯曲表面都经成形以匹配收集的光425横穿SIMlens 416处的波前。因此，即使在浸没流体412与SIMlens 416的材料之间(以及在SIMlens 416的材料与浸没腔410外部的周围环境之间)可能存在折射率不匹配，当收集的光425穿过SIMlens416时，也可没有(或具有最小的)折射。管透镜430可使来自收集物镜428的光聚焦到检测器432上以产生样本406的图像。
图5是根据本公开的一些实施例的具有可交换物镜安装座的光学系统的示意图。图5的光学系统500可与图1的显微镜102大体上类似，例外之处是光学系统500具有安装在可交换物镜安装座529上的若干个收集物镜528a到c。为了简洁起见，将不再相对于图5再次描述先前相对于图1已描述的特征及组件。
光学系统500包含可交换物镜安装座529，其上安装有若干个物镜528a到c。例如，物镜528a到c可为商用物镜，且可具有标准安装装备，例如螺纹。可交换物镜安装座529可被移动(例如，手动及/或自动地)以沿着收集路径放置安装的物镜528a到c中的一者。例如，可交换物镜安装座529可为在第一位置、第二位置与第三位置之间可移动。在第一位置中，物镜528a接收来自聚焦区域526的光(例如，通过SIMlens 516)并将所接收的光提供到检测器(例如，通过收集光学器件530)，而物镜528b及528c不沿着光学系统的收集路径。在第二位置中，物镜528b可沿着收集路径，而物镜528a及528c不沿着收集路径，以此类推。在一些实施例中，可交换物镜安装座可为转台(例如商用显微镜物镜转台)，其可在位置之间旋转。在一些实施例中，可交换物镜安装座529可具有一或多个“打开”位置。
基于不同的成像需要(或基于预期的成像模式)，可将具有不同性质的物镜安装到可交换物镜安装座529。例如，不同物镜528a到c中的每一者可具有不同的光学性质，例如数值孔径及/或放大率。例如，第一物镜528a可为10x物镜(NA＝0.21)，而第二物镜528b可为20x物镜(NA＝0.35)。在一些实施例中，在可交换物镜安装座529上可包含额外光学器件，例如可用于对可由样本发射的不同荧光波长进行成像的不同滤光器。例如，第一物镜528a可具有包含第一荧光团的发射波长的第一滤光器，第二物镜528b可具有包含第二荧光团的发射波长的第二滤光器等。
图6是根据本公开的一些实施例的对样本进行成像的方法的流程图。方法600可由本文所描述的一或多个光学系统实施。
所述方法通常可从框610开始，框610描述在源处生成照明光。所述源(例如，图1的源118)可为同调或非同调源，且可生成跨相对宽或窄的带宽的光。
框610之后通常可为框620，框620描述沿着照明路径将照明光引导通过第一物镜朝向样本。一或多个照明光学器件(例如，图1的120)可用于将照明光从源耦合到第一物镜。在一些实施例中，框620的步骤可涉及使用照明光学器件改变照明光的一或多个性质。例如，框620可包含过滤光、使光重新成形(例如，成为光片)、分裂光、组合光或其组合。第一物镜可为照明物镜(例如，图1的122)，并可生成经引导朝向样本的聚焦区域的照明光束。
框620之后通常可为框630，框630描述使照明光穿过固体浸没弯月形(SIMlens)并进入浸没流体。SIMlens(例如，图1的114)可沿着浸没腔的壁定位，并可充当进入浸没腔的窗。第一物镜可位于浸没流体的外部的周围环境中。SIMlens可具有第一弯曲表面及第二弯曲表面，其每一者都可匹配照明光的波前。在进入浸没流体后，照明光可穿过浸没流体、进入样本固持器的材料，并从样本固持器进入样本。在一些实施例中，浸没流体、第一SIMlens及周围环境都可具有不同的折射率。
框630之后通常可为框640，框640描述使收集的光沿着收集路径穿过浸没流体外的第二SIMlens到达第二物镜。收集路径可起源于聚焦区域。沿着收集路径的光可从聚焦区域处的样本反射、散射、发射或其组合。所收集的光可穿过样本及样本固持器并进入浸没流体。所收集的光可通过穿过第二SIMlens而离开浸没流体。第二SIMlens可具有第一弯曲表面及与第一弯曲表面相对的第二弯曲表面。所述弯曲表面中的每一者可匹配沿着收集路径的光的波前。因此，当收集的光从浸没流体穿过SIMlens的材料并进入包含第二物镜的周围环境时，可存在最小的(或不存在)折射。在一些实施例中，浸没流体、第二SIMlens的材料及周围环境都可具有不同的折射率。在一些实施例中，第二SIMlens的材料可具有与第一SIMlens的材料相同的折射率。在一些实施例中，第一及第二SIMlens可由相同的材料制成。
框640之后通常可为框650，框650描述在第二物镜处接收来自样本的收集的光。第二物镜可将收集的光提供到检测器。第二物镜与检测器之间的一或多个收集光学器件可改变光的一或多个性质，例如方向、波长、光束形状及其组合。
在收集的光到达检测器之后，方法600可包含基于收集的光对样本进行成像。在一些实施例中，方法600可包含移动样本固持器以相对于样本移动聚焦区域。在一些实施例中，所述方法可包含沿着样本固持器的支撑样本的第一侧到样本固持器的第二侧之间的轴移动样本固持器，以生成图像的深度堆叠。
在一些实施例中，方法600可包含使浸没流体的折射率与样本或样本固持器的折射率匹配。例如，如果已知样本固持器的折射率，那么可选择与样本固持器的折射率匹配的浸没流体，且方法600可包含用所选择的浸没流体填充浸没腔。在一些实施例中，样本、样本固持器的材料及浸没流体的折射率可彼此匹配。
当然，应理解，根据本系统、装置及方法，本文所描述的实例、实施例或过程中的任一者可与一或多个其它实例、实施例及/或过程组合，或者在单独的装置或装置部分之间分离及/或执行。
应理解，比如“顶部”及“侧”的术语是为了便于解释而使用的，且仅意味着指示各种组件的相对位置。其它实施例可使用组件的其它布置。可相对于光的某些波长来描述各种组件及操作。应理解，可使用其它波长(例如那些在可见光谱之外的波长)，且本文使用的光可表示任何电磁辐射。某些材料可根据其光学性质(例如，透射)来描述，且应理解，可针对系统所使用的光的任何波长而选择具有期望性质的材料。
最后，上述讨论旨在仅为本系统的说明，且不应被视为将所附权利要求限于任何特定实施例或实施例组。因此，虽然已参考示范性实施例以特定细节描述本系统，但还应理解，在不脱离如随附的权利要求书中所阐述的本系统的更广泛及预期的精神及范围的情况下，所属领域的一般技术人员可设计许多修改及替代实施例。因此，说明书及附图应以说明性的方式看待，且不旨在限制所附权利要求书的范围。

Claims (19)

1.一种设备，其包括：
样本固持器，其具有经配置以支撑样本的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；
浸没腔，其经配置以固持浸没流体，其中所述样本固持器的所述第二侧与所述浸没流体相邻；
照明物镜，其定位在所述浸没流体的外部，所述照明物镜经配置以具有在所述样本内的聚焦区域；及
收集物镜，其定位在所述浸没流体的外部，所述收集物镜经配置以具有在所述样本内的聚焦区域；及
第一固体浸没弯月形透镜(SIMlens)，其经定位在所述照明物镜与所述浸没流体之间；
第二SIMlens，其经定位在所述收集物镜与所述浸没流体之间，其中所述第二SIMlens独立于所述第一SIMlens，其中每一SIMlens具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，且其中所述第二表面与所述浸没流体相邻且其中在所述照明物镜和/或所述收集物镜与所述聚焦区域之间通过的光大致垂直于所述第一表面及所述第二表面。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一SIMlens及所述第二SIMlens的所述第一表面及所述第二表面每一者弯曲以匹配穿过所述SIMlens的所述光的波前。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一SIMlens的所述第一表面具有第一曲率，所述第一SIMlens的所述第二表面具有第二曲率，所述第二SIMlens的所述第一表面具有第三曲率，且所述第二SIMlens的所述第二表面具有第四曲率，且其中所述第一、所述第二、所述第三与所述第四曲率彼此不相等。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一SIMlens及所述第二SIMlens中的每一者的所述第一表面具有从所述第一表面到所述聚焦区域的距离的曲率半径，且其中所述第一SIMlens及所述第二SIMlens中的每一者的所述第二表面具有从所述第二表面到所述聚焦区域的距离的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一SIMlens的所述第一表面具有第一曲率半径，所述第一SIMlens的所述第二表面具有第二曲率半径，所述第二SIMlens的所述第一表面具有第三曲率半径，且所述第二SIMlens的所述第二表面具有第四曲率半径，且其中所述第一、所述第二、所述第三与所述第四曲率半径彼此不相等。
6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括致动器，所述致动器经配置以相对于所述浸没腔在三维方向上移动所述样本固持器。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
经配置以产生照明光的源，其中所述照明物镜经配置以将所述照明光作为照明光束引导朝向所述聚焦区域；及
经配置以接收收集的光的检测器，其中所述收集物镜经配置以接收来自所述聚焦区域的光。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明物镜具有第一光轴，且所述收集物镜具有第二光轴，且其中所述第一光轴大致正交于所述第二光轴。
9.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括透镜转台，所述透镜转台经配置以固持所述收集物镜及至少一个额外物镜并经配置以沿着包含所述聚焦区域的光学路径可选择地定位所述收集物镜及所述至少一个额外物镜中的一者。
10.一种设备，其包括：
样本固持器，其具有经配置以支撑样本的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；
浸没腔，其经配置以固持浸没流体，其中所述第二侧与所述浸没流体相邻；
第一物镜，其定位在周围环境中、在所述浸没流体的外部，所述第一物镜经配置以使光聚焦在所述样本的聚焦区域上；
第二物镜，其定位在周围环境中、在所述浸没流体的外部，所述第二物镜经配置以使光聚焦在所述样本的所述聚焦区域上；
固体浸没弯月形透镜(SIMlens)，其定位在所述第一物镜与所述浸没流体之间，但不在所述第二物镜与所述浸没流体之间，其中所述周围环境具有第一折射率，所述SIMlens具有与所述第一折射率不同的第二折射率，且所述样本、样本固持器及浸没流体具有与所述第一及所述第二折射率不同的第三折射率；及
第二SIMlens，其定位在所述第二物镜与所述浸没流体之间，其中所述第二SIMlens独立于所述SIMlens；
其中所述第二SIMlens具有所述第二折射率。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述周围环境为空气，且所述第一物镜为空气物镜。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述SIMlens具有第一弯曲表面及与所述第一弯曲表面相对的第二弯曲表面，且其中所述第一弯曲表面及所述第二弯曲表面经成形以匹配在所述样本与所述第一物镜之间通过的光的波前。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一弯曲表面具有所述第一弯曲表面与所述第一物镜的聚焦区域之间的距离的曲率半径，且其中所述第二弯曲表面具有所述第二弯曲表面与所述聚焦区域之间的距离的曲率半径。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述第二物镜是与所述浸没流体接触的浸没物镜。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述第一物镜经配置以将照明光束引导朝向所述样本的聚焦区域，且所述第二物镜经配置以收集来自所述聚焦区域的光。
16.一种方法，其包括：
沿着照明路径将照明光引导通过第一物镜并朝向样本，其中所述照明光穿过浸没流体、穿过样本固持器并进入所述样本；及
沿着收集路径在第二物镜处接收来自所述样本的收集的光，其中所述接收的光穿过所述样本固持器、所述浸没流体及固体浸没弯月形透镜(SIMlens)，
其中所述SIMlens具有第一弯曲表面及第二弯曲表面，每一弯曲表面经配置以匹配所述收集的光的波前，且其中所述第二弯曲表面与浸没介质相邻，且其中所述照明光不穿过所述SIMlens；且
其中所述照明路径包含定位在所述第一物镜与所述浸没流体之间的第二SIMlens。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括使所述浸没流体的折射率与所述样本的折射率匹配。
18.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括基于所述收集的光对所述样本进行成像。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述样本固持器具有经配置以支撑所述样本的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧，所述第二侧与所述浸没流体相邻，所述方法进一步包括沿着从所述第一侧到所述第二侧的轴扫描所述样本固持器以生成图像的深度堆叠。
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