[发明专利]一种多色双模式结构光照明显微成像系统及其成像方法

说明书

本发明公开了一种多色双模式结构光照明显微成像系统及其成像方法。本发明采用数字微镜阵列实现多色双模式结构光照明显微成像系统，配合以二向色镜和反射镜组合满足闪耀条件；相比于传统的光栅衍射，数字微镜阵列极大地加快了成像速度；本发明采用变换旋转架切换空间滤光器为二维结构光照明模式下的二维通光孔滤光器或者为空间滤光器为三维结构光照明模式下的三维通光孔滤光器，可实现快速二维和三维结构光照明显微成像模式的切换；针对数字微镜阵列闪耀光栅的特性，本发明提出了多角度照明的耦合方式，可实现多色成像。

技术领域

本发明涉及光学显微成像领域，具体涉及一种基于数字微镜阵列和激光干涉的多色双模式结构光照明显微成像系统及其成像方法。

背景技术

荧光显微成像可用于细胞和生物大分子结构与功能的研究，在生命科学研究等领域扮演着重要角色。然而，传统宽场荧光显微成像技术的分辨率受到衍射极限的限制，无法获取高分辨率的结构信息。此外，传统宽场荧光显微成像技术还具有失焦问题，从原理上无法获得完整的三维结构信息。结构光照明显微成像作为一种新兴的荧光显微成像技术，以分辨率高，成像速度快，光毒性小，无需特殊样本制作，具有多种成像模式等优势在荧光显微成像中脱颖而出。其中，通过双光束干涉技术实现的二维结构光照明显微成像能够获取二维平面内两倍于光学衍射极限的样本信息，成为生物学家进行生物学研究的有效工具。然而，二维结构光照明只能获得二维平面内的超分辨成像，无法获得三维空间的超分辨成像。

针对上述问题，其中一种解决方案是利用三光束干涉技术来形成三维的结构光照明，从而将三维空间的高频信息编码于采集图像的低频信息中，在采集多个方向多个相位的原始图像后，再通过图像的三维重建实现三维空间的超分辨成像。此前，三维结构光照明主要通过光栅或液晶空间光调制器衍射实现。传统三维结构光照明显微成像通过光栅衍射产生0级和±1级线偏振光在样本表面进行干涉，通过光栅的旋转和平移来实现不同方向不同角度的结构照明光，系统复杂且成像速度慢，很难进行活细胞实时动态成像。此外，通过液晶空间光调制器进行三维结构光照明显微成像时，由于液晶空间光调制器产生的相邻级次线偏振光具有相互垂直的偏振方向，直接使用0级和±1级线偏振光进行干涉无法形成高对比度的照明结构光，需要将衍射光进行复杂的偏振调节。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于数字微镜阵列和激光干涉的多色双模式结构光照明显微成像系统及其成像方法，包括双光束干涉实现多色二维结构光照明成像和三光束干涉形成多色三维结构光照明成像，且上述两种模式能够快速切换。

本发明的一个目的在于提出一种基于数字微镜阵列和激光干涉的多色双模式结构光照明显微成像系统。