JP3233907U

JP3233907U - 光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡

Info

Publication number: JP3233907U
Application number: JP2020600224U
Authority: JP
Inventors: 玉国唐; 運海張; 通達魏; 劍昌; 皓旻楊; 林季; 智慧郭; 慧琳鄭; 涛夏; 黎安
Original assignee: Suzhou Guoke Medical Technology Development Group Co Ltd; Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Guoke Medical Technology Development Group Co Ltd; Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2028-11-27
Also published as: CN109188668A; WO2020056917A1; US20210026122A1; US11366300B2; CN109188668B

Abstract

【課題】励起スポットと損失光スポットを素早く高精度で集束させ得る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡を提供する。【解決手段】光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡であって、ＳＴＥＤイメージングユニット１００と、集束テストユニット２００と、を備え、集束テストユニットにより励起光と損失光を精度よく集束させ、２種の光ビームがＳＴＥＤイメージングユニットを経て形成したイメージングスポットを精度よく重なり合せ、それにより、良好な超解像度イメージングの効果を奏する。【選択図】図１

Description

本考案は、顕微光学イメージングの技術分野に関し、特に、誘導放出抑制超解像度顕微鏡に関する。

超解像度光学顕微鏡法では、イメージングの解像度が光回折の限界を超え、そのイメージング解像度が従来の光学顕微鏡よりもはるかに高く、近年の研究の焦点となっており、さまざまなタイプのものがみられる。誘導放出抑制（ＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｅｐｌｅｔｉｏｎ、ＳＴＥＤ）顕微鏡法は、最初に提案された直接光回折の限界を克服する遠視野光学顕微鏡法であり、レーザー共焦点顕微イメージングに基づくものであり、他のタイプの超解像度顕微鏡法に比べて、イメージングの速度が高く、生細胞をイメージングすることができ、生物医学の研究においてより精細な構造を検出できる。

ＳＴＥＤイメージングでは、励起光と損失光を精度よく集束させ、２種の光ビームを対物レンズで集束させてなるスポットを精度よく重なり合わせる必要があり、周辺環境の振動、温度の変化や機械部品の応力放出などの要因のため、励起光と損失光とのスポットの位置がドリフトしやすく、２つのスポットが精度よく重ならなくなり、その結果、超解像度イメージングの効果が低下するか、又は完全に消える。

これを鑑み、従来技術に存在している欠陥に対して、励起スポットと損失光スポットを素早く高精度で集束させ得る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡を提供することが求められる。

上記の目的を達成させるために、本考案は下記の技術案を採用する。

光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡であって、ＳＴＥＤイメージングユニットと、集束テストユニットと、を備え、前記ＳＴＥＤイメージングユニットは、第１レーザー、第１反射鏡、第２レーザー、位相板、第１ダイクロイックミラー、λ／４スライド、第２反射鏡、ＸＹスキャンガルバノメータ、走査レンズ、チューブレンズ、第２ダイクロイックミラー、対物レンズ、サンプルを置くための３次元ナノ変位プラットフォーム、フィルタ、第１レンズ、ピンホール、及び点検出器を有し、前記第１レーザーから放射された光ビームは励起光となり、前記励起光は前記第１反射鏡によって反射されて前記第１ダイクロイックミラーに入り、前記第１ダイクロイックミラーを透過し、前記第２レーザーから放射された光ビームは損失光となり、前記損失光は前記位相板を透過して前記第１ダイクロイックミラーに射入し、前記第１ダイクロイックミラーによって反射され、前記第１ダイクロイックミラーを透過した励起光ビーム及び前記第１ダイクロイックミラーによって反射された損失光ビームは集束光ビームを形成し、前記集束テストユニットは、前記集束光ビームを受け取り、前記励起光ビームと損失光ビームを精度よく重なり合わせるように前記集束光ビームを調整するために使用され、精度よく重なり合った光ビームは、前記λ／４スライドに入り、前記λ／４スライドによって偏光調整され、前記第２反射鏡によって反射された後、前記ＸＹスキャンガルバノメータに入り、前記ＸＹスキャンガルバノメータから射出された光ビームは、順次前記走査レンズ及び前記チューブレンズに入り、前記チューブレンズから射出された光ビームは、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記対物レンズに入り、前記対物レンズによって前記サンプルに集束され、サンプルから放射された蛍光は前記対物レンズによって収集された後、前記対物レンズ外まで後方向に伝送され、さらに前記第２ダイクロイックミラーによって反射されて、前記フィルタに入り、前記フィルタは射入レーザー光を抑制し、蛍光を透過し、透過された蛍光は前記第１レンズに入り、前記第１レンズによって焦点位置に設けられた前記ピンホールに集束され、前記ピンホールから射出された光ビームは前記点検出器に入り、それによって、ＳＴＥＤイメージング蛍光信号の検出を実現する。

いくつかの好適な実施例では、前記第１反射鏡及び前記第１ダイクロイックミラーは両方ともに、角度をＸＹ軸の周りに調整可能であり、前記第２反射鏡は、所在する光路の外に移動可能である。

いくつかの好適な実施例では、前記集束テストユニットは、分光プリズム、第２レンズ、第１平面検出器及び第２平面検出器を備え、
前記集束テストユニットは、前記集束光ビームを調整する際に、前記第２反射鏡を所在する光路の外に移動し、前記集束光ビームは、前記λ／４スライドを通過して、前記分光プリズムに射入し、前記分光プリズムは、射入した集束光ビームを反射・透過し、射出した反射光は前記第１平面検出器に射入し、前記第１平面検出器に近点スポットを形成し、射出した透過光は前記第２レンズによって前記第２平面検出器に集束され、前記第２平面検出器に遠点スポットを形成し、前記第１ダイクロイックミラーの角度を一定に保ちながら、前記損失光が前記第１平面検出器に形成された近点スポットの中心位置Ｐｓ１をマークし、前記中心位置Ｐｓ１を基準位置として、ｘ軸又はｙ軸方向の周りに第１反射鏡の角度を調整することで、前記励起光が前記第１平面検出器に形成された近点スポットの位置Ｐｊ１を変えながら、Ｐｊ１がＰｓ１に徐々に移動していくようにし、前記第１反射鏡の角度を一定に保ちながら、前記励起光が前記第２平面検出器に形成された遠点スポットの中心位置Ｐｊ２をマークし、前記中心位置Ｐｊ２を基準位置として、ｘ軸又はｙ軸方向の周りに前記第１ダイクロイックミラーの角度を調整することで、前記損失光が前記第２平面検出器に形成された遠点スポットの位置Ｐｓ２を変えながら、Ｐｓ２がＰｊ２に徐々に移動していくようにし、前記第１反射鏡と前記第１ダイクロイックミラーとの角度を交互に調整し、前記第１平面検出器及び第２平面検出器での励起光のスポット位置Ｐｊ１、Ｐｊ２を対応する損失光のスポット位置Ｐｓ１、Ｐｓ２と重なり合せ、それにより、前記励起光ビームと損失光ビームとを精度よく重なり合せる。

いくつかの好適な実施例では、前記位相板上の位相分布は０〜２πのらせん分布である。

いくつかの好適な実施例では、前記点検出器はアバランシェダイオードである。

本考案では、上記技術案による利点は以下のとおりである。

本考案に係る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡は、ＳＴＥＤイメージングユニットと、集束テストユニットと、を備え、集束テストユニットにより励起光と損失光を精度よく集束させ、２種の光ビームがＳＴＥＤイメージングユニットを経て形成したイメージングスポットを精度よく重なり合せ、それにより、良好な超解像度イメージングの効果を奏する

本考案の実施例又は従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明するが、無論、以下の説明における図面は本考案の実施例の一部に過ぎず、当業者であれば、創造的な努力を必要とせずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることもできる。
本考案の実施例に係る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡の構造模式図である。本考案に係る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡の対物レンズの焦点での励起スポットの光強度分布である。本考案に係る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡の対物レンズの焦点での損失光スポットの光強度分布である。

以下、本考案の実施例の図面を参照しながら、本考案の実施例の技術案を明瞭かつ完全に説明するが、無論、説明する実施例は、本考案の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。本考案の実施例に基づいて、当業者が創造的な努力を必要とせず得たすべてのほかの実施例は、本考案の保護範囲に属する。

図１は、本考案の実施例に係る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡の構造模式図であり、ＳＴＥＤイメージングユニット１００と、集束テストユニット２００と、を備える。

前記ＳＴＥＤイメージングユニット１００は、第１レーザー１０、第１反射鏡１１、第２レーザー１２、位相板１３、第１ダイクロイックミラー１４、λ／４スライド１５、第２反射鏡１６、ＸＹスキャンガルバノメータ１７、走査レンズ１８、チューブレンズ１９、第２ダイクロイックミラー１１０、対物レンズ１２０、サンプルを置くための３次元ナノ変位プラットフォーム１３０、フィルタ１４０、第１レンズ１５０、ピンホール１６０、及び点検出器１７０を備える。

本考案の実施例に係る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡の作動方式は以下のとおりである。

前記第１レーザー１０から放射された光ビームは励起光となり、前記励起光は前記第１反射鏡１１によって反射されて前記第１ダイクロイックミラー１４に入り、前記第１ダイクロイックミラー１４を透過し、前記第２レーザー１２から放射された光ビームは損失光となり、前記損失光は前記位相板１３を透過して前記第１ダイクロイックミラー１４に射入し、前記第１ダイクロイックミラー１４によって反射され、前記第１ダイクロイックミラー１４を透過した励起光ビーム及び前記第１ダイクロイックミラー１４によって反射された損失光ビームは集束光ビームを形成し、前記集束テストユニット２００は、前記集束光ビームを受け取り、前記励起光ビームと損失光ビームを精度よく重なり合わせるように前記集束光ビームを調整するために使用される。

精度よく重なり合った光ビームは、前記λ／４スライド１５に入り、前記λ／４スライド１５によって偏光調整され、前記第２反射鏡１６によって反射された後、前記ＸＹスキャンガルバノメータ１７に入り、前記ＸＹスキャンガルバノメータ１７から射出された光ビームは、順次前記走査レンズ１８及び前記チューブレンズ１９に入り、前記チューブレンズ１９から射出された光ビームは、前記第２ダイクロイックミラー１１０を透過して前記対物レンズ１２０に入り、前記対物レンズ１２０によって前記サンプルに集束され、サンプルから放射された蛍光は前記対物レンズ１２０によって収集された後、前記対物レンズ１２０の外まで後方向に伝送され、さらに前記第２ダイクロイックミラー１１０によって反射されて、前記フィルタ１４０に入り、前記フィルタ１４０は射入レーザー光を抑制し、蛍光を透過し、透過された蛍光は前記第１レンズ１５０に入り、前記第１レンズ１５０によって焦点位置に設けられた前記ピンホール１６０に集束され、前記ピンホール１６０から射出された光ビームは前記点検出器１７０に入り、それによって、ＳＴＥＤイメージング蛍光信号の検出を実現する。

いくつかの好適な実施例では、前記位相板１３上の位相分布は０〜２πのらせん分布である。

いくつかの好適な実施例では、前記点検出器１７０はアバランシェダイオードである。

いくつかの好適な実施例では、前記第１反射鏡１１及び前記第１ダイクロイックミラー１４は両方ともに、角度をＸＹ軸方向の周りに調整可能であり、前記第２反射鏡１６は、所在する光路から取り外し可能である。

いくつかの好適な実施例では、前記集束テストユニット２００は、分光プリズム２０、第２レンズ２１、第１平面検出器２２、及び第２平面検出器２３を備える。

前記集束テストユニット２００は、前記集束光ビームを調整する際に、前記第２反射鏡１６を所在する光路の外に移動し、前記集束光ビームは、前記λ／４スライド１５を通過して、前記分光プリズム２０に射入し、前記分光プリズム２０は、射入した集束光ビームを反射・透過し、射出した反射光は前記第１平面検出器２２に射入し、前記第１平面検出器２２に近点スポットを形成し、射出した透過光は前記第２レンズ２１によって前記第２平面検出器２３に集束され、前記第２平面検出器２３に遠点スポットを形成し、前記第１ダイクロイックミラー１４の角度を一定に保ちながら、前記損失光が前記第１平面検出器２２に形成された近点スポットの中心位置Ｐｓ１をマークし、前記中心位置Ｐｓ１を基準位置として、ｘ軸又はｙ軸方向の周りに第１反射鏡１１の角度を調整することで、前記励起光が前記第１平面検出器２２に形成された近点スポットの位置Ｐｊ１を変えながら、Ｐｊ１がＰｓ１に徐々に移動するようにし、
前記第１反射鏡１１の角度を一定に保ちながら、前記励起光が前記第２平面検出器２３に形成された遠点スポットの中心位置Ｐｊ２をマークし、前記中心位置Ｐｊ２を基準位置として、ｘ軸又はｙ軸方向の周りに前記第１ダイクロイックミラー１４の角度を調整することで、前記損失光が前記第２平面検出器２３に形成された遠点スポットの位置Ｐｓ２を変えながら、Ｐｓ２がＰｊ２に徐々に移動していくようにし、前記第１反射鏡１１と前記第１ダイクロイックミラー１４との角度を交互に調整し、前記第１平面検出器２２及び第２平面検出器２３での励起光のスポット位置Ｐｊ１、Ｐｊ２を対応する損失光のスポット位置Ｐｓ１、Ｐｓ２と重なり合せ、それにより、前記励起光ビームと損失光ビームとを精度よく重なり合わせる。

なお、上記操作では、第１平面検出器２２での励起光のスポット位置Ｐｊ１と損失光のスポット位置Ｐｓ１とが分離する可能性があり、同様に、第２平面検出器２３での励起光のスポット位置Ｐｊ２と損失光のスポット位置Ｐｓ２とも分離する可能性があり、第１平面検出器２２及び第２平面検出器２３での励起光のスポット位置Ｐｊ１、Ｐｊ２と対応する損失光のスポット位置Ｐｓ１、Ｐｓ２とが完全に重なるまで、前記第１反射鏡１１と前記第１ダイクロイックミラー１４との角度を交互に調整する。

図２は、励起光と損失光が前記第１平面検出器２２に形成された近点スポットの位置を示し、図３は、励起光と損失光が前記第２平面検出器２３に形成された遠点スポットの位置を示す。

本考案に係る光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡は、集束テストユニット２００により励起光と損失光を精度よく集束させ、２種の光ビームが前記ＳＴＥＤイメージングユニット１００を経て形成したイメージングスポットを精度よく重ね合わせ、それにより、良好な超解像度イメージングの効果を奏する。

もちろん、本考案の光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡にはさまざまな置換や変形を加えることもでき、上記実施形態の特定の構造に制限されない。要するに、本考案の保護範囲は、当業者にとって明らかな置換、代替や変形を含むべきである。

Claims

光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡であって、
ＳＴＥＤイメージングユニットと、集束テストユニットと、を備え、
前記ＳＴＥＤイメージングユニットは、第１レーザー、第１反射鏡、第２レーザー、位相板、第１ダイクロイックミラー、λ／４スライド、第２反射鏡、ＸＹスキャンガルバノメータ、走査レンズ、チューブレンズ、第２ダイクロイックミラー、対物レンズ、サンプルを置くための３次元ナノ変位プラットフォーム、フィルタ、第１レンズ、ピンホール、及び点型検出器を有し、
前記第１レーザーから放射された光ビームは励起光となり、前記励起光は前記第１反射鏡によって反射されて前記第１ダイクロイックミラーに入り、前記第１ダイクロイックミラーを透過し、前記第２レーザーから放射された光ビームは損失光となり、前記損失光は前記位相板を透過して前記第１ダイクロイックミラーに射入し、前記第１ダイクロイックミラーによって反射され、前記第１ダイクロイックミラーを透過した励起光ビーム及び前記第１ダイクロイックミラーによって反射された損失光ビームは集束光ビームを形成し、
前記集束テストユニットは、前記集束光ビームを受け取り、前記励起光ビームと損失光ビームを精度よく重なり合わせるように前記集束光ビームを調整するために使用され、
精度よく重なり合った光ビームは、前記λ／４スライドに入り、前記λ／４スライドによって偏光調整され、前記第２反射鏡によって反射された後、前記ＸＹスキャンガルバノメータに入り、前記ＸＹスキャンガルバノメータから射出された光ビームは、順次前記走査レンズ及び前記チューブレンズに入り、前記チューブレンズから射出された光ビームは、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記対物レンズに入り、前記対物レンズによって前記サンプルに集束され、サンプルから放射された蛍光は前記対物レンズによって収集された後、前記対物レンズに後方向に伝送され、さらに前記第２ダイクロイックミラーによって反射されて、前記フィルタに入り、前記フィルタは射入レーザー光を抑制し、蛍光を透過し、透過された蛍光は前記第１レンズに入り、前記第１レンズによって焦点位置に設けられた前記ピンホールに集束され、前記ピンホールから射出された光ビームは前記点型検出器に入り、それによって、ＳＴＥＤイメージング蛍光信号の検出を実現する光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡。
前記第１反射鏡及び前記第１ダイクロイックミラーは両方ともに、角度をＸＹ軸の周りに調整可能であり、前記第２反射鏡は、所在する光路から取り外し可能である請求項１に記載の光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡。
前記集束テストユニットは、分光プリズム、第２レンズ、第１平面検出器及び第２平面検出器を備え、
前記集束テストユニットは、前記集束光ビームを調整する際に、前記第２反射鏡を所在する光路の外に移動し、前記集束光ビームは、前記λ／４スライドを経て、前記分光プリズムに射入し、前記分光プリズムは、射入した集束光ビームを反射・透過し、射出した反射光は前記第１平面検出器に射入し、前記第１平面検出器に近点スポットを形成し、射出した透過光は前記第２レンズによって前記第２平面検出器に集束され、前記第２平面検出器に遠点スポットを形成し、
前記第１ダイクロイックミラーの角度を一定に保ちながら、前記損失光が前記第１平面検出器上に形成された近点スポットの中心位置（Ｐｓ１）をマークし、前記中心位置（Ｐｓ１）を基準位置として、ｘ軸又はｙ軸方向の周りに第１反射鏡の角度を調整することで、前記励起光が前記第１平面検出器上に形成された近点スポットの位置（Ｐｊ１）を変えながら、（Ｐｊ１）が（Ｐｓ１）に徐々に移動していくようにし、
前記第１反射鏡の角度を一定に保ちながら、前記励起光が前記第２平面検出器上に形成された遠点スポットの中心位置（Ｐｊ２）をマークし、前記中心位置（Ｐｊ２）を基準位置として、ｘ軸又はｙ軸方向の周りに前記第１ダイクロイックミラーの角度を調整することで、前記損失光が前記第２平面検出器上に形成された遠点スポットの位置（Ｐｓ２）を変えながら、（Ｐｓ２）が（Ｐｊ２）に徐々に移動していくようにし、
前記第１反射鏡と前記第１ダイクロイックミラーとの角度を交互して調整し、前記第１平面検出器及び第２平面検出器での励起光のスポット位置（Ｐｊ１）、（Ｐｊ２）を対応する損失光のスポット位置（Ｐｓ１）、（Ｐｓ２）と重なり合せ、それにより、前記励起光ビームと損失光ビームとを精度よく重なり合せる、請求項２に記載の光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡。
前記位相板上の位相分布は０〜２πのらせん分布である、請求項１に記載の光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡。
前記点型検出器はアバランシェダイオードである請求項１に記載の光ビームの高速集束を可能にする誘導放出抑制超解像度顕微鏡。