片照明显微镜的系统和方法技术方案

根据一个方面，本发明专利技术涉及一种用于通过对样品的片照明而进行的对设置于样品支撑上的厚样品的显微镜方法。具体而言，所述方法包括：发射至少一个照明束(1)；从照明束形成照明表面；为了形成位于基本上与显微镜透镜的光轴成直角的平面中的横向照明表面，借助于显微镜透镜(120)聚焦样品中的照明表面并且偏转源自显微镜透镜的照射表面。所述方法还包括：在检测设备(130)的检测表面(131)上借助于所述显微镜透镜(120)形成通过横向照明表面照明的样品的区域的图像；扫描照明束，从而允许横向照明表面沿显微镜透镜的光轴移动；并通过包括与用于显微镜透镜和样品的相对轴向移动的装置分开的装置的聚焦装置重叠物体成像表面与横向照明表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及片照明显微镜系统和方法。
技术介绍
光学显微镜使得能够在活细胞的天生环境中跟踪活细胞。例如，已知的技术包括荧光显微镜，其允许直接观察薄生物样品；或显微镜技术，使得能够产生较厚样品的图像，诸如激光扫描共焦显微镜或多光子显微镜(非线性)。近年来，已描述了用于厚样品的荧光显微镜装置，该荧光显微镜设备基于样品的片照明，并且被称为基于光片(lightsheet)照明的显微镜或SPIM(“单平面照明显微镜”)。SPIM显微镜在于选择性照射与显微镜透镜轴正交的样品平面，使得能够由此产生用于深度成像的样品的光学断面。例如，在采用Bessel束照明的美国专利申请2011/0304723中、在R.Jorand等的将SPIM技术与检测路径上的自适应光学回路组合以增强图像质量的文章(“DeepandClearOpticalImagingofThickInhomogeneousSamples”PlosOneVolume7Issue4(2012))中、在F.Zanacchi等的将SPIM技术应用于超分辨率显微镜的文章(“Live-cell3Dsuperresolutionimaginginthickbiologicalsamples”NatureMethods/Vol.8No.12(2011))中、以及在Gebhart等的提出具有平行轴的两个显微镜透镜和偏转镜的设置的文章(“Single-moleculeimagingoftranscriptionfactorbindingtoDNAinlivemammaliancells”NatureMethodsDOI:10.1038/NMETH2411(2013))中，描述了这种设备。但是，迄今为止，SPIM技术总是需要使用以接近样品的距离放置的两个显微镜透镜。除了检测路径上的通常的显微镜透镜(其使得能够确保被光片照射的样品的边缘与检测面之间的光学共轭)以外，在样品照明路径上需要第二显微镜透镜，以确保样品中的光片的聚焦，由此分别形成两个独立的照明和检测路径。但是，该约束显著增加了实现的机械复杂性，不允许使用标准显微镜并且对使用的透镜的数值孔径施加限制。本专利技术提出片照明显微镜系统和方法，其尤其包括光片聚焦的原始控制，从而允许使用共用于照明和检测路径的单个显微镜透镜。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术涉及通过对样品进行片照明而用于厚样品的显微镜系统，该显微镜系统包括样品保持器、检测路径和样品照明路径。检测路径包括：给定光轴的显微镜透镜；检测设备，其包括与显微镜透镜的物体空间中的物体成像表面光学共轭的检测表面；和用于显微镜透镜和样品保持器的相对轴向位移的装置。样品照明路径包括：照明束的至少一个发光源；用于从照明束形成照明表面的装置；所述显微镜透镜；偏转装置，使得能够偏转显微镜透镜的输出处的物体空间中的照明表面，以形成横向照明表面，其位于基本上与显微镜透镜的光轴成直角的平面中；和照明束扫描装置，其允许横向照明表面沿显微镜透镜的光轴位移。根据第一方面的显微镜系统还包括聚焦装置，其使得能够将物体成像表面与横向照明表面重叠，该聚焦装置包括与显微镜透镜和样品保持器的相对位移装置分开的装置。如将在下文详细描述的那样，物体成像“表面”和横向照明“表面”不是文字上严格的几何意义上的表面，而是一般用于呈现尽可能薄的厚度(沿显微镜透镜的光轴的尺寸)的目的的平行六面体体积。因此，“物体成像表面”与“横向照明表面”的“重叠”在于使两个平行六面体体积的中面进入同一面中并且侧向地使它们相对彼此居中。由此制成的显微镜系统的结构使得能够在具有单个显微镜透镜的SPIM类型的系统中，控制横向照明表面或在显微镜透镜的物体空间中的“光片”的位置，使得它保持重叠于透镜的物体成像表面上，而不管沿显微镜透镜的光轴在显微镜透镜与样品保持器之间的相对位置如何。根据变化例，聚焦装置包括位于检测路径中的波前空间调制设备。根据变化例，波前空间调制设备可进一步允许校正样品与检测表面之间的光学缺陷的至少一部分。聚焦装置还可以包括用于改变照明束的聚焦的装置，从而使得能够将横向照明表面侧向地在物体成像表面上居中。在寻求样品中的光片的明显位移的情况下，这种装置是特别有利的。例如，用于改变照明束的聚焦的装置可以包括具有固定焦度的光学系统，该光学系统与具有可变焦距的光学系统耦合的。根据一个例子，偏转装置可以被固定于样品保持器上。当显微镜透镜与样品保持器的相对轴向位移装置包括用于样品保持器的轴向位移装置时，这是特别有利的。因此，样品保持器的位移导致偏转装置的位移。根据第二方面，本专利技术涉及适于显微镜的片照明设备，该显微镜包括具有物体成像表面的显微镜透镜、用于样品保持器与显微镜透镜的相对轴向位移的装置和具有与物体成像表面光学共轭的检测表面的检测器。根据第二方面的照明设备包括照明束的至少一个发光源和用于从照明束形成照明表面的装置。它还包括样品保持器和固定于样品保持器上的偏转装置，该偏转装置旨在偏转显微镜透镜的输出处的照明表面，以形成横向照明表面，其位于基本上与显微镜透镜的光轴成直角的平面中。根据第二方面的照明设备还包括照明束扫描装置，其允许横向照明表面沿显微镜透镜的光轴位移；和用于改变照明束的聚焦的装置，从而使得能够将横向照明表面(124)侧向地在物体成像表面上居中。这种设备使得能够很容易地将常规的宽场荧光显微镜转换成片照明显微镜系统。具有偏转装置的样品保持器可以是可在使用之后被处置的部分，该部分替代通常的显微镜样品保持器。有利地，可以通过分束器或二向色滤波器完成在显微镜中并入片照明设备，所述分束器或二向色滤波器可已形成显微镜的一部分或者与照明设备一起供给。根据第三方面，本专利技术涉及使用片照明、用于设置在样品保持器上的厚样品的显微镜方法，该显微镜方法包括：－发射至少一个照明束；－从照明束形成照明表面；－通过给定光轴的显微镜透镜聚焦样品中的照明表面，并且偏转源自显微镜透镜的照射表面，从而允许形成位于基本上与显微镜透镜的光轴成直角的平面中的横向照明表面；－在检测设备的检测表面上，通过所述显微镜透镜，形成通过横向照明表面照明的样品的区域的图像；－扫描照明束，从而允许横向照明表面沿显微镜透镜的光轴位移；－通过包括与显微镜透镜和样品的相对轴向位移装置分开的装置的聚焦装置，将物体成像表面与横向照明表面重叠，所述物体成像表面在显微镜透镜的物体空间中与检测表面共轭。根据变化例，将物体成像表面与横向照明表面重叠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过对样品进行片照明的、用于厚样品(12)的显微镜系统(100)，包括：－样品保持器；－检测路径，所述检测路径包括：－给定光轴(Δ)的显微镜透镜(120)；－检测设备(130)，所述检测设备(130)包括与所述显微镜透镜的物体空间中的物体成像表面光学共轭的检测表面(131)；－用于所述显微镜透镜和所述样品保持器的相对轴向位移的装置；－样品照明路径，所述样品照明路径包括：－照明束(1)的至少一个发光源(101)；－用于从所述照明束形成照明表面的装置；－所述显微镜透镜(120)；－偏转装置(125)，使得能够偏转显微镜透镜的输出处的物体空间中的所述照明表面，以形成横向照明表面(124)，所述横向照明表面(124)位于基本上与所述显微镜透镜的光轴成直角的平面中；－允许所述横向照明表面(124)沿所述显微镜透镜的所述光轴位移的照明束扫描装置(111)；所述显微镜系统还包括使得能够重叠所述物体成像表面与所述横向照明表面的聚焦装置，所述聚焦装置包括与所述显微镜透镜和所述样品保持器的相对轴向位移装置分开的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.28 FR 13582261.一种通过对样品进行片照明的、用于厚样品(12)的显微镜系统(100)，包括：
－样品保持器；
－检测路径，所述检测路径包括：
－给定光轴(Δ)的显微镜透镜(120)；
－检测设备(130)，所述检测设备(130)包括与所述显微镜透镜的物体空间中的物体成
像表面光学共轭的检测表面(131)；
－用于所述显微镜透镜和所述样品保持器的相对轴向位移的装置；
－样品照明路径，所述样品照明路径包括：
－照明束(1)的至少一个发光源(101)；
－用于从所述照明束形成照明表面的装置；
－所述显微镜透镜(120)；
－偏转装置(125)，使得能够偏转显微镜透镜的输出处的物体空间中的所述照明表面，
以形成横向照明表面(124)，所述横向照明表面(124)位于基本上与所述显微镜透镜的光轴
成直角的平面中；
－允许所述横向照明表面(124)沿所述显微镜透镜的所述光轴位移的照明束扫描装置
(111)；
所述显微镜系统还包括使得能够重叠所述物体成像表面与所述横向照明表面的聚焦
装置，所述聚焦装置包括与所述显微镜透镜和所述样品保持器的相对轴向位移装置分开的
装置。
2.根据权利要求1所述的显微镜系统，其中，所述聚焦装置包括用于改变所述照明束的
聚焦的装置(105)，从而使得能够将所述横向照明表面(124)侧向地在所述物体成像表面上
居中。
3.根据权利要求2所述的显微镜系统，其中，所述用于改变所述照明束的聚焦的装置
(105)包括与具有可变焦距的光学系统耦合的具有固定焦度的光学系统。
4.根据前面的权利要求中的任一项所述的显微镜系统，其中，所述聚焦装置包括位于
所述检测路径中的波前空间调制设备。
5.根据权利要求4所述的显微镜系统，其中，所述波前空间调制设备进一步允许校正所
述样品与所述检测表面之间的光学缺陷的至少一部分。
6.根据前面的权利要求中的任一项所述的显微镜系统，其中，所述偏转装置被固定于
所述样品保持器上。
7.根据前面的权利要求中的任一项所述的显微镜系统，其中，所述用于形成照明表面
的装置包括用于产生光笔的装置和用于扫描所述光笔的装置。
8.根据权利要求1～6中的任一项所述的显微镜系统，其中，所述用于形成照明表面的
装置包括圆柱透镜。
9.一种适用于显...

【专利技术属性】
技术研发人员：格扎维埃·勒韦克，维尔日勒·维亚诺夫，让巴普蒂斯特·西巴里塔，文森特·斯蒂德，雷米·加朗，
申请(专利权)人：想象光学公司，国家科学研究中心，波尔多大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR