Abstract

Structured illumination microscopy (SIM) is a wide-field technique that rivals confocal microscopy in optical sectioning ability at a small fraction of the acquisition time. For standard detectors such as a CCD camera, SIM requires a minimum of three sequential frame captures, limiting its usefulness to static objects. By using a color grid and camera, we surpass this limit and achieve optical sectioning with just a single image acquisition. The extended method is now applicable to moving objects and improves the speed of three-dimensional imaging of static objects by at least a factor of three.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, Opt. Lett. 22, 1905 (1997).
    [CrossRef]
  2. J. Mitic, T. Anhut, M. Meier, M. Ducros, A. Serov, and T. Lasser, Opt. Lett. 28, 698 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. L. H. Schaefer, D. Schuster, and J. Schaffer, J. Microsc. (Oxford) 216, 165 (2004).
    [CrossRef]
  4. M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. J. Kvavle, C. Bell, J. Henrie, S. Schultz, and A. Hawkins, Opt. Express 12, 5789 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]

2004 (2)

L. H. Schaefer, D. Schuster, and J. Schaffer, J. Microsc. (Oxford) 216, 165 (2004).
[CrossRef]

J. Kvavle, C. Bell, J. Henrie, S. Schultz, and A. Hawkins, Opt. Express 12, 5789 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (1)

2001 (1)

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

1997 (1)

Anhut, T.

Bell, C.

Cole, M. J.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Dayel, Mj. J.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Dowling, K.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Ducros, M.

French, P. M. W.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Hawkins, A.

Henrie, J.

Jones, R.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Juskaitis, R.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, Opt. Lett. 22, 1905 (1997).
[CrossRef]

Kvavle, J.

Lasser, T.

Lever, M. J.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Meier, M.

Mitic, J.

Neil, M. A. A.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, Opt. Lett. 22, 1905 (1997).
[CrossRef]

Parsons-Karavassilis, D.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Schaefer, L. H.

L. H. Schaefer, D. Schuster, and J. Schaffer, J. Microsc. (Oxford) 216, 165 (2004).
[CrossRef]

Schaffer, J.

L. H. Schaefer, D. Schuster, and J. Schaffer, J. Microsc. (Oxford) 216, 165 (2004).
[CrossRef]

Schultz, S.

Schuster, D.

L. H. Schaefer, D. Schuster, and J. Schaffer, J. Microsc. (Oxford) 216, 165 (2004).
[CrossRef]

Serov, A.

Siegel, J.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Sucharov, L. O. D.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Web, S. E. D.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Wilson, T.

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, Opt. Lett. 22, 1905 (1997).
[CrossRef]

J. Microsc. (1)

M. J. Cole, J. Siegel, S. E. D. Web, R. Jones, K. Dowling, Mj. J. Dayel, D. Parsons-Karavassilis, P. M. W. French, M. J. Lever, L. O. D. Sucharov, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, and T. Wilson, J. Microsc. (Oxford) 203, 246 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Microsc. (Oxford) (1)

L. H. Schaefer, D. Schuster, and J. Schaffer, J. Microsc. (Oxford) 216, 165 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (2)

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental setup: L, collimating lens; GRID, slide of the color grid pattern; BS, beam splitter; MO, microscope objective ( 10 × 0.25 NA); S, sample.

Fig. 2
Fig. 2

CSIM normalized axial response with a plane mirror object (solid curve) and the theoretical response calculated from Eq. (10) of Ref. [1] (dashed curve).

Fig. 3
Fig. 3

Moth abdomen. (a) Single conventional image taken midway along z. (b) CSIM autofocus image composed from the brightest pixels in the ten sections. (c) Single CSIM section. (d) Height map in which gray levels correspond to each axial position.

Equations (9)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

S i ( x ) = 1 + m cos ( 2 π x T + ϕ i ) .
T = T 0 β ,
I sectioned = [ ( I 1 I 2 ) 2 + ( I 2 I 3 ) 2 + ( I 1 I 3 ) 2 ] 1 2 .
I R = + α R R I R 0 α R G I G 0 α R B I B 0 ,
I G = α G R I R 0 + α G G I G 0 α G B I B 0 ,
I B = α B R I R 0 α B G I G 0 + α B B I B 0 .
R = { 1 Δ ϕ 2 π = 1 v t T , v t < T 0 , v t T } .
v max , = T 0 2 β t .
Δ z = FWHM = v max , t .

Metrics