[发明专利]结构化照明的相位掩模

说明书

描述相位掩模的实施例，所述相位掩模包括安置于衬底上的挡光层，其中所述挡光层具有多个光学透射区，每一光学透射区被配置为第一图案。所述第一图案包含具有彼此不同的相位配置的两个片段，并且所述挡光层包含所述第一图案的至少三个角定向。

相关申请的交叉参考

本申请要求2019年2月19日提交的美国专利申请序列号62/978，351的优先权权益，所述美国专利申请出于所有目的特此以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及一种相位掩模，所述相位掩模被配置成生成用于结构化照明显微镜的条纹图案。

背景技术

一般应理解，结构化照明显微镜(SIM)系统可在各种荧光显微镜上商用。然而，这些SIM系统通常使用“宽场”照明。如本文所使用，术语“宽场”照明通常是指通过在进入物镜元件之前通过聚焦透镜从源发送准直光来照明大样本区域。荧光成像的正常目的不是收集整个光谱，而是简单地过滤所关注波长的发射光，然后将其引导到相机中。通常，宽场显微镜适用于各种荧光成像应用，但也存在共焦显微镜优越的情况。共焦显微镜利用针孔(有时也称为光圈)来抑制失焦的光，从而极大地改善成像并且特别适用于通过厚样本的成像。由于共焦图像是逐像素构建的，而不是在大面积上(如在宽场成像中)构建的，因此共焦显微镜非常适用于光谱成像，因为可以发射光或散射光发送到针孔下游的光谱仪中。共焦显微镜的具体用途包含通过厚的非均匀样本进行荧光切片，以及高光谱成像，如在成像拉曼显微镜的情况下。

SIM在共焦显微镜中的应用的实例在2020年4月1日提交的标题为“使用结构化照明光谱学的增强样本成像(Enhanced Sample Imaging Using Structured IlluminationSpectroscopy)”的美国申请序列号16/837,512中描述，所述美国申请出于所有目的特此以引用方式全文并入本文中。例如，'512申请描述使用条纹图案多次逐点扫描样本，所述条纹图案利用以下事实：通常称为干涉条纹的条纹(例如，由于光处于异相，因此具有均匀间隔的交替亮带和暗带的图案)可以比聚焦光束具有更精细的周期性。'512申请描述使用所谓的空间光调制器(SLM)来生成条纹图案。

本领域普通技术人员理解，SLM的实施例是众所周知的并且能够在空间上调制照明光束的强度和相位两者，这对于组合的共焦结构化照明显微镜应用很重要。然而，虽然SLM是用于生成强度和相位的任何任意图案的出色装置，但它一般是用于商业化产品中的较差装置。例如，SLM的实施例通常非常昂贵，低效地利用光功率，并且需要各种复杂的光学和电子开销。

因此，需要一种能够在空间上调制照明光束的强度和相位并且不受SLM缺点影响的装置。

发明内容

本文中相对于说明性、非限制性、实施方案描述用以解决这些和其它需要的系统、方法和产品。各种替代方案、修改和等效物是可能的。

描述相位掩模的实施例，所述相位掩模包括安置于衬底上的挡光层，其中所述挡光层具有多个光学透射区，每一光学透射区被配置为第一图案。第一图案包含具有彼此不同的相位配置的两个片段，并且挡光层包含第一图案的至少三个角定向。

在一些实施方案中，衬底由光学透明玻璃构成，所述光学透明玻璃可以包含BK7玻璃。光学透明玻璃还可以包含抗反射涂层，并且挡光层可以包含安置于衬底上的铬层。此外，在一些情况下，光学透射开口可以径向地分布在衬底上，第一图案的六个实例分布在周围，第一图案在每个角定向上具有两个实例。

而且，两个片段可以被配置为圆形片段，在一些实施方案中，所述圆形片段可以具有弧形的第一侧以及大体上线性形状的第二侧。第一图案的三个角定向可以包含0、pi/3和2pi/3的角度。另外，第一片段的相位配置可以包括零相位延迟，并且第二片段的相位配置可以包括相位延迟pi，其中第二片段可以具有比第一片段更长的光程长度。在一些情况下，这通过在第二片段中具有材料涂层来实现。