(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210553466.9 (22)申请日 2022.05.20 (66)本国优先权数据 202210527771.0 202 2.05.16 CN (71)申请人 中国科学院生物 物理研究所 地址 100101 北京市朝阳区大屯路15号 (72)发明人 李栋　董学　杨晓雨　 (74)专利代理 机构 北京永新同创知识产权代理 有限公司 1 1376 专利代理师 蔡胜利 (51)Int.Cl. G01N 21/64(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 超分辨单物镜光片显微成像光学系统及其 成像系统 (57)摘要 本申请公开了超分辨率单物镜光片显微成 像光学系统、 方法以及相关成像系统。 超分辨率 单物镜光片显微成像光学系统包括： 光源模块， 所述光源模块配置成输出单一或多个波长的激 光束； 光片产生与相位调节模块， 所述光片产生 与相位调节模块配置成接收所述单一或多个波 长的激光束并输出两路光片； 扫描模块； 位于所 述扫描模块下游的单物镜， 所述扫描模块配置成 将由所述光片产生与相位调节模块输出的两路 光片引至 所述单物镜， 所述单物镜配置成令所述 两路光片经其射出并相互干涉以产生结构光条 纹区域， 并且接收荧光信号； 荧光检测模块， 所述 荧光检测模块配置成记录由所述单物镜所接收 的荧光信号。 权利要求书3页 说明书9页 附图15页 CN 114965405 A 2022.08.30 CN 114965405 A 1.一种超分辨 率单物镜光片显微成像光学系统， 包括： 光源模块(100)， 所述光源模块(100)配置成输出 单一或多个波长的激光束； 光片产生与相位调 节模块(200)， 所述光片产生与相位调节模块(200)配置成接收所述 单一或多个波长的激光束并输出两路光片； 扫描模块(3 00)； 位于所述扫描模块(300)下游的单物镜(400)， 所述扫描模块(300)配置成将由所述光 片产生与相位调节模块(200)输出的两路光片引至所述单物镜(400)， 所述单物镜(400)配 置成令所述两路光片经其 射出并相互干涉以产生结构光条纹区域(T)， 并且接收荧 光信号； 荧光检测模块(500、 600)， 所述荧光检测模块(500)配置成记录由所述单物镜(400)所 接收的荧 光信号。 2.根据权利要求1所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述扫 描模块(300)配置成令所述结构光条 纹区域(T)沿着一方向(X或Y)扫描移动， 并且 所述荧光 检测模块(5 00、 600)配置在扫描时同步记录由所述单物镜(40 0)所接收的荧 光信号。 3.根据权利要求1或2所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所 述荧光信号是因所述结构光条纹区域(T)照射待测样品而产生的荧 光信号。 4.根据权利要求1或2所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所 述光片产生与相位调节模块(200)包括空间光调制器(SLM)、 半波片(HWP)、 偏振分束棱镜 (PBS)、 柱透 镜(CL3)和掩 模板(Mask)。 5.根据权利要求4所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述空 间光调制器(SLM)、 所述半波片(HWP)、 和所述偏振分束棱镜(PBS)以组成一相位光栅的方式 布置， 以使得所述单一或多个波长的激光束在经过该相位光栅后产生多级次的正负光分 量。 6.根据权利要求5所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述偏 振分束棱镜(PBS)配置成将所述单一 或多个波长的激光束朝向所述半波片(HWP)反射， 并且 透过所述半波片(HWP)后入射所述空间光调制器(SLM)， 所述空间光调制器(SLM)配置成能够在至少两个不同的状态之间切换， 在所述至少两 个不同的状态中， 所述空间光调制器(SLM)相应地限定有不同的图样， 用于产生多级次的正 负光分量。 7.根据权利要求6所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述掩 模板(Mask)配置成能够仅仅保留正负一级的光分量而 滤除其它级的光分量， 并且所述掩模 板(Mask)位于所述柱透镜(CL3)下游， 从而所述多级次的正负光分量经过所述柱透镜(CL3) 和所述掩 模板(Mask)后产生所述两路光片。 8.根据权利要求7所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述结 构光条纹区域(T)包括第一视角下的结构光条纹区域(T1000)和第二视角下的结构光条纹 区域(T20 00或T3000)； 所述空间光调制器(SLM)的状态包括 第一状态， 在所述第一状态中， 所述空间光调制器(SLM)限定有第一衍射图样， 以使得 用于形成所述第一视角下的结构光条纹区域(T1000)的两路光片从述光片产生与相位调节 模块(200)输出； 以及权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114965405 A 2第二状态， 在所述第二状态中， 所述空间光调制器(SLM)限定有与所述第一衍射图样不 同的第二衍射图样， 以使 得用于形成所述第二视角下的结构光条 纹区域(T2000或T3000)的 两路光片从述 光片产生与相位调节模块(20 0)输出。 9.根据权利要求8所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述扫 描模块(300)包括第一振镜(G1)以及第二振镜(G2)， 所述第一振镜(G1)布置成接收由所述 光片产生与相位调节模块(20 0)输出的两路光片并朝向所述第二振镜(G2)反射， 所述第二振镜(G2)布置成将所述两路光片朝向所述单物镜(40 0)反射。 10.根据权利要求9所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 还包 括在所述单物镜(400)与所述第二振镜(G2)之间的分光镜(DM4)， 所述分光镜(DM4)配置成 所述两路光片能够透过所述分光镜但所述荧光信号朝向所述荧光检测模块(500)反射， 所 述荧光检测 模块(500)包括相机(510)以记录所述荧光信号； 以及位于所述相机(510)上游 的锥透镜(520″)或微透镜阵列(520 ′)。 11.根据权利要求9所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 还包 括在所述单物镜(400)与所述第一振镜(G1)之间的分光镜(DM4)， 所述分光镜(DM4)配置成 所述两路光片能够透过所述分光镜但所述荧光信号朝向所述荧光检测模块(500)反射， 所 述荧光检测 模块(500)包括相机(510)以记录所述荧光信号、 在所述分光镜(DM4)与所述相 机(510)之间以组成一4F系统的方式布置的第八透镜(L14)和第三透镜(L13)； 所述第三透 镜(L13)更靠近所述分光镜(DM4)， 并且在所述第三透镜(L13)的焦面处设置一台阶板 (520)。 12.根据权利要求10所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 在所 述单物镜(400)与所述第二振镜(G2)之间以组成一4F系统的方式布置第一透镜(L12)和第 二透镜(L11)， 并且所述荧光检测 模块(500)还包括位于所述锥透镜(520)或所述微透镜阵 列上游的第三透镜(L13)， 所述第一透镜(L12)和所述第三透镜(L13)以组成一4F系统的方 式位于所述单物镜(400)与所述锥透镜(520)或所述微透镜阵列之间， 所述分光镜(DM4)位 于所述第一透 镜(L12)与所述第二透 镜(L11)之间。 13.根据权利要求9所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 还包 括在所述第二振镜(G2)与所述第一振镜(G1)之间以组成一4F系统的方式布置的第四透镜 (L10)和第五透镜(L9)， 并且所述第二振镜(G2)经由所述第四透镜(L0)和所述第五透镜 (L9)与所述第一振镜G1共轭， 在所述第五透镜(L9)与所述第一振镜(G1)之间布置一分光镜 (DM3)， 所述分光镜(D M3)配置成所述两 路光片能够透过所述分光镜但所述荧光信号朝向所 述荧光检测模块(6 00)反射。 14.根据权利要求13所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述 荧光检测模块(600)包括相机(610)以记录所述荧光信号、 位于所述相机(610)上游的彼此 光轴成一非零角度放置的第二物镜(OBJ2)和第三物镜(OB J3)、 在所述分光镜(DM3)与所述 第二物镜(OBJ2)之间以组成一4F系统的方式布置的第六透镜(L15)和第七透镜(L16)， 并且 在所述分光镜(DM3)与靠近所述第二物镜(OBJ2)的第七透镜(L16)之间布置有一振镜 ‑反射 镜系统， 使得在不同视角下的荧 光像的成像方向一 致。 15.根据权利要求14所述的超分辨率单物镜光片显微成像光学系统， 其特征在于， 所述 振镜‑反射镜系统包括在分光镜(DM3)与所述第六透镜(L15)之间布置的第三振镜(G3)和第权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114965405 A 3