DE102012103459B4 - OPTICAL IMAGING OR IMAGING SYSTEM WITH STRUCTURED LIGHTING - Google Patents
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Abstract
Optisches Abbildungs- oder Bildgebungssystem, das eine inkohärente strukturierte Beleuchtung verwendet, umfassend: ein optisches Mikroskop, das umfasst: ein Objektiv mit einer ersten Seite in der Nähe einer Probe, einer zweiten Seite, die von der Probe abgewandt ist, und einer vorderen Brennebene, wobei die vordere Brennebene mit der Probe überlagert ist; eine Verstellstufe, die auf der ersten Seite des Objektivs angeordnet ist und ausgelegt ist, um in eine Richtung hin zu dem Objektiv oder von diesem weg bewegt zu werden und um die Probe auf der Oberfläche der Verstellstufe nahe zu der Probe aufzunehmen; einen 50/50-Strahlteiler, der in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, um die auf die zweite Seite des Objektivs einfallenden Lichtstrahlen zu reflektieren und um das von der Probe gestreute Licht auf eine Bildaufnahmeeinrichtung zu übertragen oder hindurchzulassen; eine kohärente Lichtquelle, die ein kohärentes Licht abgibt, das einen optischen Strahlengang ausbildet, der das Objektiv durchläuft; einen räumlichen Lichtmodulator, der in dem optischen Strahlengang angeordnet ist und ausgelegt ist, um aus dem kohärenten Licht auf der vorderen Brennebene des Objektivs ein strukturiertes Muster auszubilden; eine Mehrzahl von optischen Linsen, die in dem optischen Strahlengang angeordnet sind, wobei von den optischen Linsen zumindest eine konjugierte Bildebene des strukturierten Musters auf dem optischen Strahlengang ausgebildet wird; und ein rotierendes oder schwingendes Lichtstreuelement, das ausgelegt ist, um die Kohärenz des kohärenten Lichts zu zerstören, und das auf der wenigstens einen konjugierten Bildebene angeordnet ist.An optical imaging or imaging system using incoherent structured illumination, comprising: an optical microscope, comprising: an objective having a first side near a sample, a second side facing away from the sample, and a front focal plane, wherein the front focal plane is superimposed with the sample; an adjustment stage disposed on the first side of the lens and configured to be moved in a direction toward or away from the lens and to receive the sample on the surface of the adjustment stage proximate to the sample; a 50/50 beam splitter disposed in the optical path for reflecting the rays of light incident on the second side of the objective and for transmitting or transmitting the light scattered by the sample to an imaging means; a coherent light source emitting a coherent light forming an optical path through which the objective passes; a spatial light modulator disposed in the optical path and configured to form a pattern from the coherent light at the front focal plane of the objective; a plurality of optical lenses disposed in the optical path, wherein at least one conjugate image plane of the pattern is formed on the optical path of the optical lenses; and a rotating or oscillating light scattering element configured to destroy the coherence of the coherent light and disposed on the at least one conjugate image plane.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Technisches Gebiet1. Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abbildungs- bzw. Bildgebungssystem mit inkohärenter strukturierter Beleuchtung (incoherent structured illumination), und betrifft insbesondere ein Abbildungs- bzw. Bildgebungssystem für Streulicht mit einer Auflösung unterhalb der Beugungsbegrenzung, das eine inkohärente strukturierte Beleuchtung einsetzt.The present invention relates to an incoherently structured illumination optical imaging system and, more particularly, to a scattered light imaging system having a resolution below the diffraction limit that employs incoherent structured illumination.
2. Hintergrund2. Background
Die Fluoreszenzmikroskopie (FM) ist bekannt für ihre hohe Empfindlichkeit, hohe molekulare Ansprechschwelle und gleichzeitige für ein mehrfarbiges Abbildungsvermögen und stellt daher ein sehr wichtiges Instrument für die Untersuchung der Feinstruktur von Zellen und Organismen mittels Fluoreszenzmarkierung (Labeling) dar. Allerdings hat die Fluoreszenzmikroskopie zwei wesentliche Schwächen: das lichtverursachte Ausbleichen von fluoreszierendem Farbstoff und die unzureichende räumliche Auflösung der Fluoreszenz-Bilder aufgrund der Beugungsbegrenzung. Die herkömmliche Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht eine laterale Auflösung von 220 bis 300 nm und eine axiale Auflösung von 800 bis 1000 nm. Die konfokale Laser-Scanning-Fluoreszenzmikroskopie erhöht die axiale Auflösung auf 400 bis 500 nm und stellt dreidimensionale (3D) Schnittbilder bereit, aber die Zunahme der lateralen Auflösung ist begrenzt. In den letzten Jahren verwendet die structured illumination Mikroskopie (SIM) bzw. Mikroskopie mit strukturierter Beleuchtung ein strukturiertes Lichtmuster, um Proben zu beleuchten, um die Beugungsgrenze zu unterschreiten und eine doppelt so hohe Auflösung für Fluoreszenz-Bilder zu erzielen.Fluorescence microscopy (FM) is known for its high sensitivity, high molecular threshold and simultaneous multi-color imaging capabilities, and therefore represents a very important tool for studying the fine structure of cells and organisms by means of fluorescence labeling. However, fluorescence microscopy has two essentials Weaknesses: the light-induced fading of fluorescent dye and the insufficient spatial resolution of the fluorescence images due to the diffraction limit. Conventional wide-field fluorescence microscopy provides a lateral resolution of 220 to 300 nm and an axial resolution of 800 to 1000 nm. Confocal laser scanning fluorescence microscopy increases axial resolution to 400 to 500 nm and provides three-dimensional (3D) slice images the increase in lateral resolution is limited. In recent years, structured illumination microscopy (SIM) or structured illumination microscopy has used a patterned light pattern to illuminate specimens to undercut the diffraction limit and achieve twice the resolution of fluorescence images.
Als eine Anwendung verwendet die dreidimensionale Fluoreszenzmikroskopie mit strukturierter Beleuchtung (3D-SIFM) drei gebeugte Laserstrahlen, um ein 3D-Interferenzmuster zur Probenbeleuchtung zu erzeugen und dementsprechend überträgt diese Bilddaten mit hoher räumlicher Frequenz, die von dem Bereich der optischen Übertragungsfunktion (OTF) eines Weitfeld-Mikroskops abgedeckt werden sollen. Die hochfrequenten Bilddaten unter Beleuchtung bei verschiedenen Muster-Orientierungen werden gesammelt und durch den Bildrekonstruktionsalgorithmus weiterverarbeitet, um ein hochauflösendes Fluoreszenzbild nach Gustafsson et al. zu gewinnen. Die 3D-SIFM-Mikroskopie ist nun in der Lage, eine Auflösung sowohl in seitlicher als auch axialer Richtung mit echten optischen Schnittbildern bereitzustellen, die doppelt so hoch ist wie die der herkömmlichen Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie.As one application, structured illumination three-dimensional fluorescence microscopy (3D-SIFM) uses three diffracted laser beams to generate a 3D interference pattern for sample illumination, and accordingly, transmits this high spatial frequency image data from the wide field optical transmission function (OTF) region Microscopes are to be covered. The high-frequency image data under illumination at different pattern orientations are collected and further processed by the image reconstruction algorithm to obtain a high-resolution fluorescence image according to Gustafsson et al. to win. 3D SIFM microscopy is now able to provide both lateral and axial resolution with true optical cross-sectional images that are twice that of conventional wide-field fluorescence microscopy.
SIM-basierte Techniken werden in großem Umfang für die Messung von Fluoreszenzlicht eingesetzt, werden jedoch nicht häufig bei der Messung von gestreutem Licht von Proben eingesetzt. Die Abbildung bzw. Bildgebung von gestreutem Licht kann transparente und markierungsfreie (labelfreie) Proben mit starker Streuung in ihrer natürlichen Umgebung abbilden. Die zunehmende Bedeutung von Edelmetall-Nanopartikeln in biologischen und biomedizinischen Anwendungen macht die Streulicht-Bildgebung zu einem attraktiven Untersuchungsverfahren, um das Verhalten und die Wechselwirkungen auf Sub-Zellen-Ebene zu untersuchen. Abgesehen davon, dass eine ausgezeichnete Biokompatibilität und Stabilität vorliegt, streuen Edelmetall-Nanopartikel Licht stark und sind diese sehr resistent gegen Ausbleichung.SIM-based techniques are widely used for the measurement of fluorescent light, but are not widely used in the measurement of scattered light from samples. The imaging of scattered light can image transparent and label-free (label-free) samples with high scatter in their natural environment. The increasing importance of precious metal nanoparticles in biological and biomedical applications makes scattered-light imaging an attractive assay for studying subcell-level behavior and interactions. In addition to excellent biocompatibility and stability, noble metal nanoparticles scatter light strongly and are highly resistant to bleaching.
Die Einführung der 3D-SIM-Mikrokopie zur Abbildung bzw. Bildgebung von gestreutem Licht ist kompliziert. Bei der 3D-SIFM-Mikroskopie wird eine kohärente oder teilweise kohärente Lichtquelle zur Erzeugung eines 3D-Interferenzmusters mit hohem Modulationskontrast verwendet. Da das von einer Probe emittierte Fluoreszenzlicht inkohärent ist, kann man bewährte Beziehungen und Vorgehensweisen für die inkohärente Abbildung bzw. Bildgebung befolgen, um ein hochauflösendes Bild zu gewinnen. Im Gegensatz dazu stellt das von einer Probe gestreute Licht einen kohärenten Prozess dar. Mit einer kohärenten Lichtquelle ist die bekannte mathematische Darstellung für die Rekonstruktion eines Fluoreszenzbildes ungeeignet. Neue korärente Bildgewinnungsverfahren sind notwendig, aber die Komplexität bei der mathematischen Ableitung verhindert einen Fortschritt bei dieser Technologie. Zusätzlich leidet die Abbildung von Streulicht unter dem Problem einer Interferenz von reflektiertem Licht, die von Grenzflächen von unterschiedlichen Materialien hervorgerufen wird, da keine Emissionsfilter vorhanden ist, um das einfallende Licht zu blockieren. Obwohl ein Dunkelfeld-Verfahren eine Maske hinzufügt, um das reflektierte Licht zu blockieren, reduziert diese Vorgehensweise unvermeidbar die Intensität des gestreuten Lichts und verschlechtert die Bildauflösung.The introduction of 3D-SIM microcopy for imaging scattered light is complicated. In 3D SIFM microscopy, a coherent or partially coherent light source is used to produce a 3D interference pattern with high modulation contrast. Because the fluorescent light emitted from a sample is incoherent, one can follow established relationships and procedures for incoherent imaging to obtain a high resolution image. In contrast, the light scattered by a sample is a coherent process. With a coherent light source, the known mathematical representation is unsuitable for reconstructing a fluorescence image. New corporeal image extraction techniques are needed, but the complexity of mathematical derivation prevents progress in this technology. In addition, the imaging of stray light suffers from the problem of interference of reflected light caused by interfaces of different materials because there is no emission filter to block the incident light. Although a dark field method adds a mask to block the reflected light, this approach inevitably reduces the intensity of the scattered light and degrades the image resolution.
Die
Die parallelen Lichtstrahlen, welche die Linse L1 durchlaufen, konvergieren und divergieren dann, um auf die konvexe Linse L2 einzufallen. Die Linse L2 ist unter einem Abstand f2 zu den konvergierenden Punkten angeordnet und erzeugt parallele Lichtstrahlen, die einander schneiden, wobei der Abstand f2 die Brennweite der Linse L2 ist. Das strukturierte Muster wird auf einer konjugierten Bildebene
Die
Die vorliegende Erfindung kombiniert als Erste die 3D-SIM (3D-Mikroskopie mit strukturierter Beleuchtung) und die Streulicht-Bildgebung, um erfolgreich eine dreidimensionale (3D) inkohärente strukturierte Beleuchtung zu erzeugen, um eine Speckle-Streuung und eine komplizierte kohärente Bildgewinnung zu vermeiden. Ein Reflexions-Lichtstreuungs-Mikroskop mit strukturierter 3D-Beleuchtung (SI-RLSM) gemäß der vorliegenden Erfindung wird offenbart und eine seitliche/axiale Auflösung von 120 nm/430 nm wird anhand eines SI-RLS-Bildes von 100 nm großen Edelmetall-Nanopartikeln demonstriert. Die vorliegende Erfindung kann angewendet werden, um Edelmetall-Nanopartikel oder stark streuende Objekte in biologischen Proben zu detektieren, um 3D-Bilder von Streulicht mit einer hohen Auflösung und hohem Kontrast bereitzustellen.The present invention is the first to combine 3D SIM (structured illumination 3D microscopy) and scattered light imaging to successfully create three-dimensional (3D) incoherent structured illumination to avoid speckle scattering and complicated coherent image acquisition. A Reflected Light Scattering Microscope with Structured 3D Illumination (SI-RLSM) according to the present invention is disclosed and a lateral / axial resolution of 120 nm / 430 nm is demonstrated by an SI-RLS image of 100 nm noble metal nanoparticles , The present invention can be used to detect noble metal nanoparticles or highly scattering objects in biological samples to provide high resolution, high contrast 3D images of stray light.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung offenbart ein optisches System, das eine inkohärente strukturierte Beleuchtung erzeugt, umfassend: eine kohärente Lichtquelle, die ein kohärentes Licht abgibt, das einen optischen Strahlengang ausbildet; einen räumlichen Lichtmodulator, der auf dem bzw. in dem optischen Strahlengang angeordnet ist und das kohärente Licht empfangt, wobei die Muster des räumlichen Lichtmodulators ausgelegt sind, um eine Mehrzahl von gebeugten kohärenten Lichtstrahlen mit einer vorbestimmten Phase und Orientierung zu erzeugen; eine Mehrzahl von optischen Linsen, die auf dem bzw. in dem optischen Strahlengang angeordnet sind und wenigstens eine Bildebene ausbilden, wo sich die Mehrzahl von gebeugten kohärenten Lichtstrahlen schneiden, um ein strukturiertes Muster auszubilden; ein rotierendes oder schwingendes Lichtstreuelement, das auf einer der konjugierten Bildebenen angeordnet ist und das ausgelegt ist, um die Kohärenz der gebeugten kohärenten Lichtstrahlen zu zerstören; ein Objektiv, das die Mehrzahl von gebeugten Lichtstrahlen mit zerstörter Kohärenz empfängt; und eine Verstellstufe in der Nähe des Objektivs, um eine Probe aufzunehmen, wobei die Verstellstufe nahe der vorderen Brennebene des Objektivs angeordnet ist.One aspect of the present invention discloses an optical system that generates incoherent structured illumination comprising: a coherent light source emitting a coherent light forming an optical path; a spatial light modulator disposed on the optical path and receiving the coherent light, the patterns of the spatial light modulator configured to generate a plurality of diffracted coherent light beams having a predetermined phase and orientation; a plurality of optical lenses disposed on the optical path and forming at least one image plane where the plurality of diffracted coherent light beams intersect to form a pattern; a rotating or oscillating light scattering element disposed on one of the conjugate image planes and configured to destroy the coherence of the diffracted coherent light rays; a lens that receives the plurality of diffracted light beams with destroyed coherence; and an adjustment stage in the vicinity of the lens to receive a sample, wherein the adjustment stage is arranged near the front focal plane of the lens.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung offenbart ein optisches Abbildungssystem mit inkohärenter strukturierter Beleuchtung, umfassend ein optisches Mikroskop, das ein Objektiv mit einer ersten Seite in der Nähe einer Probe und einer zweiten Seite, die von der Probe abgewandt ist, aufweist; eine Verstellstufe, die auf der ersten Seite des Objektivs angeordnet ist und ausgelegt ist, um in einer Richtung auf das Objektiv zu oder von diesem weg bewegt zu werden und um die Probe auf der Oberfläche der Verstellstufe nahe zu dem Objektiv aufzunehmen; einen 50/50-Strahlteiler, der in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, um die einfallenden Lichtstrahlen auf der zweiten Seite des Objektivs zu reflektieren und um von der Probe gestreutes Licht an eine Bildaufnahmeeinrichtung zu übertragen; eine kohärente Lichtquelle, die kohärentes Licht emittiert, das einen optischen Strahlengang ausbildet, der das Objektiv durchläuft; einen räumlichen Lichtmodulator in dem optischen Strahlengang, der ausgelegt ist, um ein strukturiertes Muster des kohärenten Lichts auf der Brennebene des Objektivs zu erzeugen; eine Mehrzahl von optischen Linsen und Spiegeln in dem optischen Strahlengang, wobei mindestens eine konjugierte Bildebene des strukturierten Musters auf dem optischen Strahlengang ausgebildet wird; und ein rotierendes oder schwingendes Lichtstreuelement, das ausgelegt ist, um die Kohärenz des kohärenten Lichts zu zerstören, und das auf der mindestens einen konjugierten Bildebene angeordnet ist. Another aspect of the present invention discloses an incoherent structured illumination optical imaging system comprising an optical microscope having an objective with a first side proximate a sample and a second side remote from the sample; an adjustment stage disposed on the first side of the lens and configured to be moved in a direction toward or away from the lens and to receive the sample on the surface of the adjustment stage close to the lens; a 50/50 beam splitter disposed in the optical path for reflecting the incident light beams on the second side of the objective and for transmitting light scattered from the sample to an image pickup device; a coherent light source that emits coherent light that forms an optical path that passes through the objective; a spatial light modulator in the optical path designed to produce a pattern of coherent light on the focal plane of the objective; a plurality of optical lenses and mirrors in the optical path, wherein at least one conjugate image plane of the pattern is formed on the optical path; and a rotating or oscillating light scattering element configured to destroy the coherence of the coherent light and disposed on the at least one conjugate image plane.
Das Vorstehende hat die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung eher breit umrissen, damit die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung besser verstanden werden kann. Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und bilden den Gegenstand der Patentansprüche der Erfindung. Es sollte von Fachleuten auf diesem Gebiet erkannt werden, dass die hierin offenbarte Konzeption und die hierin offenbarten speziellen Ausführungsformen leicht als Ausgangsgrundlage zum Modifizieren oder Entwerfen anderer Strukturen oder Verfahren zum Ausführen der gleichen Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Es sollte auch von Fachleuten auf dem Gebiet realisiert werden, dass solche äquivalenten Ausführungsformen nicht vom allgemeinen Lösungsgedanken und vom Schutzumfang der Erfindung abweichen, wie diese in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt werden.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that the detailed description of the invention which follows may be better understood. Additional features and advantages of the invention will be described below and form the subject of the claims of the invention. It should be appreciated by those skilled in the art that the concept disclosed herein and the specific embodiments disclosed herein may be readily utilized as a starting point for modifying or designing other structures or methods for carrying out the same purposes of the present invention. It should also be realized by those skilled in the art that such equivalent embodiments do not depart from the general spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit der folgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, worin:The objects and advantages of the present invention will be elucidated with the following description and with reference to the accompanying drawings, in which:
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Das gemäß der vorliegenden Erfindung offenbarte Reflexions-Lichtstreumikroskop mit strukturierter Beleuchtung (SI-RLSM) verwendet einen räumlichen Lichtmodulator, um schnell und genau die Orientierung, den Kontrast und die Phase des strukturierten Musters zu verändern, und mit der Anordnung eines rotierenden Lichtstreukörpers genau in der Fourier-Ebene wird die Kohärenz des strukturierten Musters in einer anderen nachgeordneten Fourier-Ebene effektiv zerstört, nämlich dort, wo sich eine Probe befindet. Die vorliegende Offenbarung setzt den mathematischen Algorithmus für eine inkohärente Bildrekonstruktion nach M. G. L. Gustafsson et al. ein, um die SI-RLS-Bilder zu rekonstruieren. Der rotierende Lichtstreukörper, der in der Fourier-Ebene angeordnet ist, mittelt die Phasenverteilung aus und transformiert den Bildrekonstruktionsalgorithmus aus den komplexen Verfahren in die einfachen kohärenten Verfahren. Die geeignete Anwendung einer simulierten 3D optischen Übertragungsfunktion (OTF) der SI-RLSM-Mikroskopie erhöht bei der vorliegenden Erfindung weiter die Auflösung.The structured illumination (SI-RLSM) reflection light scattering microscope disclosed in accordance with the present invention uses a spatial light modulator to rapidly and accurately change the orientation, contrast, and phase of the pattern, and with the arrangement of a rotating light scattering body in precisely Fourier level effectively destroys the coherency of the structured pattern in another Fourier downstream layer, namely where a sample is located. The present disclosure sets the mathematical algorithm for incoherent image reconstruction according to M. G. L. Gustafsson et al. to reconstruct the SI-RLS images. The rotating light scattering body, which is arranged in the Fourier plane, averages the phase distribution and transforms the image reconstruction algorithm from the complex methods into the simple coherent methods. The appropriate application of a simulated 3D optical transfer function (OTF) of SI-RLSM microscopy further enhances the resolution in the present invention.
Die
Die
Die
Bei dem optischen Abbildungssystem
In der
Wenn das Lichtstreuelement an der in der
Wenn das Lichtstreuelement an der in der
Die
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein rotierendes holographisches Lichtstreuelement verwendet. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende Scheibe mit einer aufgerauten Oberfläche oder einer optischen Beschichtung auf der Oberfläche verwendet. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende Mattscheibe als Lichtstreuelement verwendet. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine schwingende Scheibe mit einer aufgerauten Oberfläche oder einer optischen Beschichtung auf der Oberfläche verwendet. Alle vorgenannten Lichtstreuelemente oder bearbeiteten Scheiben haben die gemeinsame Eigenschaft, dass diese für das einfallende Licht transparent sind und sich schnell um die Achse des optischen Strahlengangs drehen oder schwingen. Da das Lichtstreuelement dem einfallenden Licht eine zufällige Phasenänderung auferlegt, wird die Rotations- oder Schwingbewegung aufrechterhalten, vorzugsweise mit einer konstanten Rate bzw. Geschwindigkeit, um die Phasenverteilung in dem mathematische Ausdruck für die Bildgebung bzw. Abbildung herauszumitteln.In one embodiment of the present invention, a rotating holographic light scattering element is used. In another embodiment of the present invention, a rotating disk having a roughened surface or an optical coating on the surface is used. In another embodiment of the present invention, a rotating focusing screen is used as the light scattering element. In another embodiment of the present invention, a vibrating disc having a roughened surface or an optical coating on the surface is used. All the aforementioned light scattering elements or machined discs have the common feature that they are transparent to the incident light and rotate or oscillate rapidly around the axis of the optical path. Because the light scattering element imposes a random phase change on the incident light, the rotational or oscillatory motion is maintained, preferably at a constant rate, to average out the phase distribution in the mathematical expression for imaging.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Amplitude der gestreuten Signale auf der CCD-Ebene als
Diese Gleichung entspricht einem inkohärenten Bild, in Übereinstimmung mit der experimentellen Beobachtung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.This equation corresponds to an incoherent image in accordance with the experimental observation in the present embodiment.
Gemäß der
In ähnlicher Weise, wie in der
Die Perioden der Längen 7 und 5√2 bei räumlicher Lichtmodulation sind ausgelegt, um eine geringe Abweichung bzw. Differenz von etwa 1% aufzuweisen, so dass die entsprechenden Beleuchtungsmuster fast gleichwertig seitliche Perioden haben, was folglich eine nahezu gleiche Verbesserung der Auflösung in der seitlichen Richtung ergibt. Die Auslegung hinsichtlich der Perioden kann unterschiedlich sein, aber ein großer Unterschied würde in einer ungleichen Verbesserung der Auflösung in verschiedenen Orientierungen bzw. Richtungen resultieren. Weiterhin steuert die Anzahl von weißen und schwarzen Pixeln oder der Graustufen der Pixel die Intensitätsverhältnisse des Lichts der 0.-ten und 1.-ten Beugungsordnung. Ersetzt man in jedem SLM-Muster eine schwarze Säule durch eine weiße Säule und legt man in den weißen Pixeln die Phasenverzögerung auf 0,875 π fest, so erhält man das Licht der 0.-ten und 1.-ten Beugungsordnung, das in sämtlichen Orientierungen eine strukturierte Beleuchtung mit nahezu dem gleichen Kontrast erzeugt.The periods of spatial light modulation lengths 7 and 5√2 are designed to have a small difference of about 1%, so that the corresponding illumination patterns have nearly equal lateral periods, thus providing a nearly equal improvement in lateral resolution Direction results. The design in terms of periods may be different, but a large difference would result in uneven improvement in resolution in different orientations. Furthermore, the number of white and black pixels or the gray scale of the pixels controls the intensity ratios of the light of the 0th and 1st diffraction orders. If a black column is replaced by a white column in each SLM pattern and the phase delay in the white pixels is set at 0.875 π, the light of the 0th and 1st order of diffraction is obtained structured lighting produced with almost the same contrast.
Die optischen Linsen sind in dem optischen Strahlengang so angeordnet, um die seitliche Periodizität der strukturierten Beleuchtungsmuster einzustellen. Bevor das Lichtstreuelement an der Position S2 angeordnet ist, wird der Abstand zwischen der Mehrzahl von optischen Linsen in einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Kriterien bestimmt: 1) die Position des Eintritts des gebeugten Lichtstrahls der +1.-ten und –1.-ten Beugungsordnung muss sich nahe am Rand des Objektivs befinden, so dass sich die seitliche Periodizität des strukturierten Musters der Beugungsgrenze annähern kann; und 2) die drei gebeugten Strahlen sollten auf die hintere Brennebene des Objektivs konvergiert und fokussiert werden, sodass die strukturierten Muster, die auf der konjugierten Bildebene ausgebildet werden, in der Bildebene, in der sich die Probe befindet, beobachtet werden können.The optical lenses are arranged in the optical beam path so as to adjust the lateral periodicity of the patterned illumination patterns. Before the light scattering element is disposed at the position S2, the distance between the plurality of optical lenses in an embodiment according to the present invention is determined by the following criteria: 1) the position of the entry of the + 1-th and -1-diffracted light beam .th order of diffraction must be close to the edge of the lens, so that the lateral periodicity of the structured pattern of the diffraction limit can approach; and 2) the three diffracted beams should be converged and focused on the back focal plane of the objective so that the patterned patterns formed on the conjugate image plane can be observed in the image plane in which the sample is located.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein gebeugter Strahl 0.-ter Beugungsordnung auf die Probe beleuchtet bzw. abgebildet, die 100 nm Gold-Nanopartikel aufweist, die in Wasser auf einem Deckglas eingetaucht sind, um ein Weitfeld-Streulichtbild auszubilden. Die
Die
Die
Die
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Wenngleich die vorliegende Offenbarung und ihre Vorteile im Detail beschrieben wurden, versteht es sich, dass zahlreiche Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom allgemeinen Lösungsgedanken und vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen, wie durch die beigefügten Patentansprüche festgelegt. Zum Beispiel können viele der oben diskutierten verschiedenen Methoden realisiert und durch andere Verfahren oder eine Kombination davon ersetzt werden.While the present disclosure and its advantages have been described in detail, it should be understood that numerous changes, substitutions and alterations can be made without departing from the general spirit and scope of the disclosure as defined by the appended claims. For example, many of the various methods discussed above may be implemented and replaced by other methods or a combination thereof.
Darüber hinaus ist der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die speziellen Ausführungsformen des Verfahrens, der Vorrichtung, der Herstellung und Zusammensetzung, Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung beschrieben sind, beschränkt. Was ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet leicht an der Offenbarung der vorliegenden Erfindung, Verfahren, Vorrichtungen, Herstellung, Zusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die gegenwärtig existieren oder später entwickelt werden und im Wesentlichen die gleiche Funktion ausführen, schätzen wird, kann im Wesentlichen das gleiche Ergebnis wie nach den entsprechenden hierin beschriebenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Dementsprechend sollen die beigefügten Patentansprüche innerhalb ihres Schutzumfangs solche Prozesse, Vorrichtungen, Herstellungsverfahren, Zusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte mit umfassen.Moreover, the scope of the present application is not limited to the particular embodiments of the method, apparatus, manufacture, and composition, methods, and steps described in the specification. What one of ordinary skill in the art will readily appreciate from the disclosure of the present invention, methods, devices, methods, compositions, means, methods or steps that exist or will be developed later and perform substantially the same function, may be substantially the same result as according to the respective embodiments described herein according to the present invention are achieved. Accordingly, the appended claims are intended to include within their scope such processes, devices, methods of manufacture, compositions, means, methods, or steps.
Claims (27)
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