扫描头以及带有扫描头的装置制造方法及图纸

一种用于高分辨率扫描荧光显微检查的扫描头，包括：第一连接器，其将扫描头连接至光显微镜；第二连接器，其将扫描头连接至光源和荧光检测器；光束整形器，其将来自光源的光的第一部分整形为光显微镜的聚焦下的第一光强分布以及将所述光的第二部分整形为光显微镜的聚焦下的第二光强分布，所述第一光强分布具有由强度最大值包围的强度最小值，所述第二光强分布在第一光强分布的强度最小值的方位处具有最大强度；四个倾斜镜，其配置成利用光束对样本扫描；以及偏转器，其将荧光偏转至第二光学波导端口。

【技术实现步骤摘要】
扫描头以及带有扫描头的装置相关申请的交叉引用该申请要求于2015年10月14日提交的共同未决的欧洲专利申请No.EP15189728.7的优先权。
本专利技术涉及一种用于高分辨率扫描荧光显微检查的扫描头。此外，本专利技术涉及一种装置，其用于将光显微镜升级至包括这种扫描头的高分辨率扫描荧光显微镜。在下文中，高分辨率扫描荧光显微检查被理解为扫描荧光显微检查、特别是激光扫描显微检查，在所述扫描荧光显微检查中，样本不仅利用聚焦的光束扫描以激发所述样本以发出荧光，所述荧光然后被对准并分配至聚焦光束在样本中的相应位置，而且在所述扫描荧光显微检查中，聚焦光束的一部分用于使产生针对聚焦光束在样本中的相应位置所对准的荧光的空间区域变窄低于激发波长下衍射极限。为了这样做，所述光束除激发光外还可包括荧光抑制光，在激发光的最大强度位置处，所述荧光抑制光具有被强度最大值所包围的强度最小值并且所述荧光抑制光对其强度最小值周围小区域以外任何处的荧光发射进行抑制。例如，荧光抑制光可为STED光，其借助通过受激发射的激发荧光团而阻碍荧光的发射。荧光抑制光还可为转换光，其将可转换的荧光团转换成不能被激发以通过激发光发射荧光的暗态。
技术介绍
然而，并不适合于高分辨率扫描荧光显微检查的扫描头由专利公开文献WO90/00754A1已知。已知的扫描头包括镜头，所述镜头将从光纤波导件发出的激发光整形为平行光束。该光束被两个可通过驱动器倾斜的镜反射并且经由光显微镜的目镜安装部通过该光显微镜的物镜地被引导到样本上。为了利用由物镜聚焦的光束对样本进行扫描，将所述镜倾斜。从目镜沿相反方向发出的荧光被所述镜向回引导到镜头上，并且所述镜头将光射入到光纤波导件中。光纤波导件一方面沿着提供激发光的光源的方向分叉并且另一方面朝向为了对准荧光的检测器。光源和检测器因此并不是扫描头的一部分而是通过光纤波导件连接至扫描头。针对所述镜的驱动器的控制也在扫描头以外提供。激光扫描显微镜由专利公开文献DE19702753A1(对应于US6,167,173A和US6,486,458B1)已知，所述激光扫描显微镜包括如下结构，其用于将激光辐射射入到带有至少沿两个方向偏转的扫描器的扫描头中。所述辐射通过光显微镜被聚焦到样本中。所述辐射的射入通过至少一个光纤波导件实现，而用于将发散发出的辐射校准的校准光学件设置在扫描头处光纤端的下游。从样本的方向看去，在扫描头中扫描器的下游设置用于检测来自所扫描物体辐射的检测器。高分辨率扫描荧光显微镜以及用于高分辨率扫描荧光显微镜的模块由专利公开文献DE10105391A1(对应于US6,958,470B2)已知。所述高分辨率扫描荧光显微镜包括光源，其用于发射适于激发样本能量状态的激发光束；检测器，其用于检测发射光以及来自于光源的刺激光束以在由激发光束激发的样本中引起受激发射。激发光束和刺激光束以如下方式设置，以使得它们的强度分布在焦点区域中部分地重叠。将刺激光束整形的光学元件结合到可在扫描荧光显微镜的光路中定位的至少一个模块中。在实践中，所述模块可具有卡口式安装部，利用该卡口式安装部所述模块可连接至扫描荧光显微镜的对应安装部。通过用于高分辨率扫描荧光显微镜的已知模块，现有的扫描荧光显微镜旨在升级至STED显微镜。然而，将对刺激光束整形的光学元件相对于扫描荧光显微镜调节至达到作为STED显微镜的扫描荧光显微镜的全部功能被证实是困难的。如果刺激光束相对于扫描荧光显微镜的物镜的光瞳准确地对齐并且如果在利用扫描荧光显微镜的扫描器扫描样本时刺激光束保持该对齐，那么刺激光束仅在焦点区域中具有其想要的强度分布。在“easySTED”的标题下，已知高分辨率扫描荧光显微镜，其中激发光和荧光抑制光一起穿过光束整形光学件，然而所述光束整形光学件对激发光和荧光抑制光具有不同效果。特别地，荧光抑制光以如下方式整形，以使得其在衍射限制点中聚焦的激发光的最大强度处具有由强度最大值包围的强度最小值。用于来自于“easySTED”标题下的光束整形光学件的示例在专利公开文献DE102007025688A1(对应于US8,755,116B2)、WO2010/133678A1以及DE102014113716A1中描述。由专利公开文献EP2359178A1(对应于US8,520,280B2)已知如下装置，所述装置用于使光束相对于对光束进行聚焦并包括光瞳的光学件动态移位。完成所述动态移位以便利用聚焦光束对二维扫描区域中的物体进行扫描。所述装置具有光束偏转器，其将光束在两个不同方向上相对于光学件的光学轴线偏转过动态可调节的偏转角度。对于每个方向而言，至少两个光束偏转器串联并且可彼此独立地受控，以使得聚焦光学件的光瞳内相应方向上光束的光束位置还有光束相对于聚焦光学件的光学轴线的角度以及因此所聚焦光束在样本区域中的位置可被设定。以该方式可以对二维扫描区域进行扫描而不改变扫描区域上方的光学状况。以该方式例如防止在STED显微检查期间刺激光束的空间相位结构在光瞳内移位。这种移位导致了所聚焦的刺激光束的期望光强度分布在激发光束的最大强度方位处并不具有由高强度最大值包围的低强度最小值。此外，利用已知的装置，偏转器至聚焦光学件的光瞳或光瞳影像的距离还有聚焦物体的透镜像差以及光束偏转器的像差可被补偿。所偏转的光束的枢转点可沿轴向方向设定以便例如提供不同物镜的不同轴向位置。科技公开文献“StimulatedEmissionDepletionmicroscopytostudyamyloidfibrilformation”(P.Mahouetal.,SingleMoleculeSpectroscopyandSuperresolutionImagingVIII,J.Enderleinetal.(ed.),Proc.ofSPIEVol.9331,2015)公开了一种“自制”STED显微镜，其使用光显微镜以及在该光显微镜外部的光学设定件。所述光学设定件包括发射光束的激光源。所述光束被分成激发束和损耗束。激发束被供送穿过包括30m(98ft)光纤的光路。损耗束被供送穿过包括100m(328ft)光纤的分开的光路，在该过程中损耗束被整形成“环圈”形状，以便提供受激的发射损耗以防止荧光发射。通过第一分色镜，两种光束都被采用以使用光显微镜的物镜以及包括四个倾斜镜的Quad扫描器对样本扫描。来自样本的荧光在通过第二分色镜偏转到检测器上之前被供送返回穿过光显微镜物镜、Quad扫描器以及第一分色镜。仍存在对如下扫描头的需求，借助所述扫描头，现有不同类型和不同制造商的光显微镜能够没有问题地升级至高分辨率扫描荧光显微镜。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于高分辨率扫描荧光显微检查的扫描头。扫描器包括：壳体；第一连接器，其设置在所述壳体上或所述壳体中并配置成将所述扫描头连接至光显微镜；以及第二连接器，其设置在所述壳体上或所述壳体中并配置成经由光纤波导件将所述扫描头连接至外部光源和外部荧光检测器。光束整形器被包封在所述壳体中并且设置于所述第二连接器与所述第一连接器之间，并且配置成将来自外部光源的光整形为光束。进一步地，倾斜镜被包封在所述壳体中并且设置于所述光束整形器与所述第一连接器之间，并且配置成将所述光束偏转不同的偏转角度，以使得所述光束被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高分辨率扫描荧光显微检查的扫描头，包括：壳体；第一连接器，其设置在所述壳体上或所述壳体中并配置成将所述扫描头连接至光显微镜；第二连接器，其设置在所述壳体上或所述壳体中并配置成经由光纤波导件将所述扫描头连接至外部光源和外部荧光检测器；光束整形器，其被包封在所述壳体中并且设置于所述第二连接器与所述第一连接器之间，并且配置成将来自外部光源的光整形为光束；以及倾斜镜，其被包封在所述壳体中并且设置于所述光束整形器与所述第一连接器之间，并且配置成将所述光束偏转不同的偏转角度，以使得所述光束被光显微镜所聚焦到其中的样本被所述光束沿两个不同的方向扫描，而来自所述样本的荧光被导向返回至所述第二连接器，其中所述第一连接器配置成将所述扫描头连接至所述光显微镜的安装部，所述安装部具有关于所述样本由所述光显微镜成像的中间影像的第一限定相对位置，从而所述中间影像具有关于所述倾斜镜的第二限定相对位置，其中所述第二连接器包括第一光学波导端口以及分开的第二光学波导端口，所述第一光学波导端口配置成接收来自光源的光，所述第二光学波导端口配置成将所述荧光输出至所述检测器，其中偏转器设置于所述倾斜镜与所述第一光学波导端口之间，并且配置成将所述荧光偏转至所述第二光学波导端口，其中所述光束整形器配置成将来自光源的所述光的第一部分整形为所述光显微镜的聚焦下的第一光强分布以及将来自光源的所述光的第二部分整形为所述光显微镜的聚焦下的第二光强分布，所述第一光强分布具有由强度最大值包围的强度最小值，所述第二光强分布在所述第一光强分布的强度最小值的方位处具有最大强度，并且其中所述倾斜镜包括四个倾斜镜，每个倾斜镜具有驱动器和倾斜轴线，其中四个驱动器配置成彼此独立地受控以便使所述四个倾斜镜绕着它们各自的倾斜轴线倾斜。...

【技术特征摘要】
2015.10.14 EP 15189728.71.一种用于高分辨率扫描荧光显微检查的扫描头，包括：壳体；第一连接器，其设置在所述壳体上或所述壳体中并配置成将所述扫描头连接至光显微镜；第二连接器，其设置在所述壳体上或所述壳体中并配置成经由光纤波导件将所述扫描头连接至外部光源和外部荧光检测器；光束整形器，其被包封在所述壳体中并且设置于所述第二连接器与所述第一连接器之间，并且配置成将来自外部光源的光整形为光束；以及倾斜镜，其被包封在所述壳体中并且设置于所述光束整形器与所述第一连接器之间，并且配置成将所述光束偏转不同的偏转角度，以使得所述光束被光显微镜所聚焦到其中的样本被所述光束沿两个不同的方向扫描，而来自所述样本的荧光被导向返回至所述第二连接器，其中所述第一连接器配置成将所述扫描头连接至所述光显微镜的安装部，所述安装部具有关于所述样本由所述光显微镜成像的中间影像的第一限定相对位置，从而所述中间影像具有关于所述倾斜镜的第二限定相对位置，其中所述第二连接器包括第一光学波导端口以及分开的第二光学波导端口，所述第一光学波导端口配置成接收来自光源的光，所述第二光学波导端口配置成将所述荧光输出至所述检测器，其中偏转器设置于所述倾斜镜与所述第一光学波导端口之间，并且配置成将所述荧光偏转至所述第二光学波导端口，其中所述光束整形器配置成将来自光源的所述光的第一部分整形为所述光显微镜的聚焦下的第一光强分布以及将来自光源的所述光的第二部分整形为所述光显微镜的聚焦下的第二光强分布，所述第一光强分布具有由强度最大值包围的强度最小值，所述第二光强分布在所述第一光强分布的强度最小值的方位处具有最大强度，并且其中所述倾斜镜包括四个倾斜镜，每个倾斜镜具有驱动器和倾斜轴线，其中四个驱动器配置成彼此独立地受控以便使所述四个倾斜镜绕着它们各自的倾斜轴线倾斜。2.根据权利要求1所述的扫描头，其中所述第一连接器配置成将所述扫描头连接至所述光显微镜的相机安装部或另一安装部，所述相机安装部或另一安装部为完全校正和标准化后的至少其中之一。3.根据权利要求1所述的扫描头，其中所述第一连接器配置成将所述扫描头支承在所述光显微镜的安装部处的固定位置。4.根据权利要求1所述的扫描头，其中所述倾斜镜绕着一平面设置，所述中间影像落在该平面上。5.根据权利要求1所述的扫描头，其中所述第一光学波导端口在所述扫描头的与所述第一连接器相反的一侧上定位，而所述第二光学波导端口在所述扫描头的与所述第一连接器相反的那侧上定位或是在所述扫描头的与所述第一连接器的相同一侧上定位。6.根据权利要求1所述的扫描头，其中所述光束整形器包括光束整形结构，所述光束整形结构带有用于来自光源的所述光的第一和第二部分的共用光路，所述光束整形结构将来自光源的所述光的第一部分整形为使得该部分光在所述光显微镜的聚焦下具有由强度最大值包围的强度最小值，并且所述光束整形结构将来自光源的所述光的第二部分整形为使得该部分光在所述光显微镜的聚焦下在所述光的第一部分的强度最小值的方位处具有最大强度。7.根据权利要求1所述的扫描头，其中双折射板放置于所述光束整形器与所述偏转器之间，其中所述双折射板在标准取向中以其快速轴线与所述光束平行地定向，并且所述双折射板配置成被倾斜。8.根据权利要求1所述的扫描头，其在所述安装部的光学轴线的方向以及与所述光学轴线垂直的方向上具有不超过25cm的最大尺寸，并且具有不超过1.5kg的质量。9.根据权利要求1所述的扫描头，其中用于控制线缆的控制线缆端口设置在所述壳体上或所述壳体中，所述控制线缆用于将所述倾斜镜的驱动器连接至外部控制器。10.一种用于将光显微镜升级至高分辨率扫描荧光显微镜的装置，所述装置包括：基部单元，其包括提供光的光源、配置成检测荧光的检测器、以及控制器；第一光学波导件，所述第一光学波导件的第一端部连接至所述光源；第二光学波导件，所述第二光学波导件的第一端部连接至所述检测器；控制线缆，所述控制线缆的第一端部连接至所述控制器；以及扫描头，其与所述基部单元分开并且包括：壳体；第一连接器，其设置在所述壳体上或所述壳体中并配置成将所述扫描头连接至光显微镜；第一光学波导端口，其设置在所述壳体上或所述壳体中，所述第一光学波导件的第二端部连接至所述第一光学波导端口；以及分开的第二光学波导端口，其设置在所述壳体上或所述壳体中，所述第二光学波导件的第二端部连接至所述第二光学波导端口；光束整形器，其被包封在所述壳体中并且设置于所述第一光学波导端口与所述第一连接器之间，并且配置成将由光源提供的光整形为光束；以及倾斜镜，其被包封...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·菲舍尔，M·亨里希，G·唐纳特，M·罗伊斯，
申请(专利权)人：阿贝里奥仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE