显微术的布置和校正像差的布置制造技术

本发明专利技术涉及一种显微术的布置(1)，包括具有照明镜头(2)的照明光学单元以通过照明束路径在样品平面(4)的样品区域中照明位于样品保持件(7)上的样品(5)，其中照明镜头(2)的光轴(A1)位于与样品平面(4)的法线形成非零的照明角(α1)的平面中，将样品保持件(7)关于该样品平面(4)取向，并且在平面中实现照明。此外，在检测束路径中存在具有检测镜头(3)的检测光学单元，该检测镜头(3)的光轴(A2)与样品平面(4)的法线形成非零的检测角(α2)。照明镜头(2)和/或检测镜头(3)包括布置在束路径中的照明校正元件(2KE)和/或检测校正元件(3KE)。根据本发明专利技术，样品保持件(7)和镜头(2、3)具有在它俩之间的弯月形透镜(10)，该弯月形透镜布置在照明束路径中和检测束路径中并且配置为校正像差。照明校正元件(2KE)和/或检测校正元件(3KE)配置为校正剩余的像差。

Microscopic Arrangement and Aberration Correction Arrangement

The present invention relates to a microscopic arrangement (1), which includes an illumination optical unit with an illumination lens (2) to illuminate the sample (5) located on the sample holder (7) in the sample area of the sample plane (4) through the illumination beam path, in which the optical axis (A1) of the illumination lens (2) is located on the plane with a non-zero illumination angle (alpha 1) formed with the normal of the sample plane (4), and the sample holder (7) is about the sample. The plane (4) is oriented and illuminated in the plane. In addition, there is a detection optical unit with a detection lens (3) in the detection beam path. The optical axis (A2) of the detection lens (3) forms a non-zero detection angle (alpha 2) with the normal of the sample plane (4). The illumination lens (2) and/or detection lens (3) include illumination correction elements (2KE) and/or detection correction elements (3KE) arranged in the beam path. According to the invention, the sample holder (7) and the lens (2, 3) have a meniscus lens (10) between them. The meniscus lens is arranged in the illumination beam path and the detection beam path and is configured to correct aberrations. The illumination correction element (2KE) and/or the detection correction element (3KE) are configured to correct the remaining aberrations.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显微术的布置和校正像差的布置
本专利技术涉及一种根据独立权利要求1的前序部分的显微术的布置。
技术介绍
光片显微术的主要应用中的一个在于以几百μm上至若干毫米的尺寸来成像例如有机体的中型样品。通常，这些样品包埋在琼脂糖中并且布置在玻璃毛细管中。出于检查样品的目的，将玻璃毛细管引入到充满水的样品室。将具有样品的琼脂糖稍微地按压出毛细管并且由光片照明。通过检测物镜，将样品中激发的并且从样品发出的荧光成像到特别是照相机的检测器上，该检测物镜垂直于光片并且因此还垂直于光片光学单元(＝照明光学单元，照明物镜)。根据现有技术，光片显微术的显微镜0的布局(SPIM布局、单平面照明显微术)包括具有第一光轴A1的照明物镜2和具有第二光轴A2的检测物镜3(下面也称为SPIM物镜)，将照明物镜2和检测物镜3各自从上方相对于样品平面4以45°的角α1或α2且关于彼此成直角指引到样品平面4上(参见图1a)。布置在样品平面4中所提供的样品区域中的样品5位于例如实施为培养皿的样品保持件7的基底上，该样品平面4还用作参考平面。用例如水的介质8填充样品保持件7，并且在应用光片显微术期间将两个SPIM物镜2、3浸没在介质8中(未示出)。样品平面4延伸在由笛卡尔坐标系中的X轴X和Y轴Y所跨越的XY平面中。第一光轴A1和第二光轴A2延伸在由笛卡尔坐标系中的Y轴Y和Z轴Z所跨越的平面YZ中。图1b示意性示出了根据现有技术具有倒置布置的照明物镜2和检测物镜3的显微镜0，其中照明物镜2和检测物镜3布置在样品平面4的下方。再次，角度α1和α2各为45°。该方法提供了轴线方向上的高分辨的优点，因为薄光片6(同样参见图1a)可以通过照明物镜2来产生。由于更高的分辨率，可以检查更小的样品5。此外，显著地降低了麻烦的背景荧光并且由此改进了信噪比。为了在诸如多孔板的标准样品容器中促进更简易的样品准备，可以维持45°配置但是具有倒置布置中的两个SPIM物镜2、3，将两个SPIM物镜2、3从下方穿过样品保持件7的透明基底指向样品平面4(图1b)。在这个布置中，必须通过使用特别的光学元件来校正由样品保持件7引起的像差，该样品保持件7相对于光轴A1和A2倾斜并且以盖玻片的形式出现。穿过样品保持件7的基底照明布置在样品平面4中的样品5并且检测样品5的激发的荧光。可以使用诸如多孔板、培养皿和/或物体支撑件的样品保持件7，并且特别地在高通量筛选的情况下可以避免样品5的污染。如例如从US3305294A获悉，如果例如Alvarez操纵器12的Alvarez板(图1b，Alvarez板以简单的方式指示)布置在照明物镜2和/或检测物镜3的束路径中，则其他技术难题发生。Alvarez板以它们校正像差的方式来实施，该像差可能恰好发生在例如盖玻片的样品保持件7和相应的物镜2、3的光轴A1、A2之间设定的角的情况下。导致较差成像质量的不需要的像差已经发生在小角度偏离(例如＜0.1°)的情况下。因此，例如在实验开始之前必须将盖玻片对准使得角度偏离位于可容许的公差内。此外，如果除了角以外，在物镜2、3或者可能出现的附加的透镜以及盖玻片之间的距离也是可调整的，使得样品5或其将要成像的区域位于检测物镜3的像平面BE中，则是有帮助的。DE102013112600A1已经公开了一种虚拟中继器，其用作校正在穿过载物体的射线的倾斜通道的情况下发生的误差。因为虚拟中继器具有＞1.2的高数值孔径，由于光学系统内小的偏差可能发生显著的成像像差，该小偏差可能随实验不同而变化。这些偏差可能是基于尤其盖玻片厚度的变化、温度的变化、折射率差异、盖玻片的倾斜或盖玻片的楔形误差。存在校正这些像差的若干可选项。因此，DE102013112595A1和DE102014104977A1已经描述了检测物镜内Alvarez操纵器的布置。为此，使用自由形式的校正透镜，其或是布置在样品或检测物镜之间或者表示物镜的前透镜。存在显微镜物镜的描述，其校正了穿过盖玻片的照明和检测辐射的倾斜路径的像差。根据DE102013107297A1，可以在物镜中提供校正像差的滑动透镜。同样地在DE102013170297A1中所描述的其他可选项在于将自适应的反射镜或空间光调制器(SLM)布置在物镜的外部的频率空间中(例如光瞳中)。从由McGorty等人的出版物(2015：用于常规安装的样品的顶部开口的选择性平面照明显微镜(Open-topselectiveplaneilluminationmicroscopeforconventionallymountedspecimens)，光学快报23：16142-16153)获悉校正由盖玻片引起的显微镜的像差的其他可能性。倒置的SPIM显微镜具有以下效果的水棱镜：部分地补偿由于穿过盖玻片的检测光的倾斜通道发生的像差。
技术实现思路
本专利技术基于以下目的：提出用于校正特别是由于穿过光学折射层的照明辐射和检测辐射的倾斜通道而出现的像差的相对于现有技术改进的可选项。特别地，本专利技术提出改进的显微术的布置，并且继而特别地在该情况下提出光片显微术的布置。通过如权利要求1所主张的显微术的布置来实现该目的。有利的配置和发展是从属权利要求的主题。通过显微术的布置来实现该目的。布置包括具有照明物镜的照明光学单元，以经由照明束路径在样品区域中照明位于样品载体上的样品，其中照明物镜的光轴位于包含与参考平面的法线成不为零的角(照明角)的平面中，将样品载体关于该参考平面对准。通过照明物镜的照明在前述平面中实现。此外，在检测束路径中存在具有检测物镜的检测光学单元。检测物镜的光轴包含与参考平面的法线成不为零的角(检测角)。检测物镜包括布置在束路径中或可引入到束路径中的检测校正元件，并且/或者照明物镜包括布置在束路径中或可引入到束路径中的照明校正元件。根据本专利技术，弯月形透镜出现在样品载体和两个物镜之间，该弯月形透镜布置在照明束路径中和检测束路径中。弯月形透镜实施为校正由于穿过具有要检测的辐射(特别是光)和/或照明样品的辐射的不同折射率的介质的通道而出现的像差。(一个或多个)校正元件实施为校正剩余的像差。在还称为参考平面的样品平面中，样品布置在区域(因此提供或它可以布置在那里的样品区域)中。照明可以实现为点状、线状、环形形状或平面的方式或者在具有可自由选择的形式的照明区域之上。出于简化描述的目的，如果描述涉及照明校正元件和检测校正元件二者，则下面还可以参考(一个或多个)校正元件，或者两者都参考。剩余的像差可以是由于辐射的倾斜通道的像差的不完全校正导致的那些(残余)成像像差，无论这些辐射是照射辐射和/或检测辐射。此外，剩余的像差是例如由于盖玻片厚度的变化、温度变化、辐射通过的层的折射率差异，盖玻片的倾斜或盖玻片的楔形误差而发生的误差。校正或者至少降低这些剩余像差。作为示例，盖玻片应当等同于样品器皿的基底或者与玻璃不同的材料制成的载物体。布置可以包含具有至少一个层的分离层系统，该至少一个层由具有预先确定厚度的预先确定材料制成。例如盖玻片的至少一个层使样品位于其中的介质与照明物镜和检测物镜分离。分别出于照明和检测目的，至少在可达到照明物镜和检测物镜的区域中，通过平行于参考平面对准的基底，使分离层系统与介质和/或浸没介质接触。介质和浸没介质通过分离层系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显微术的布置，包括‑照明光学单元，所述照明光学单元具有经由照明束路径照明在样品平面(4)的样品区域中位于样品载体(7)上的样品(5)的照明物镜(2)，其中所述照明物镜(2)的光轴(A1)位于包含与所述样品平面(4)的法线成不为零的照明角(α1)的平面中，所述样品载体(7)关于所述样品平面(4)对准，并且所述照明实现在所述平面中，‑具有检测束路径中的检测物镜(3)的检测光学单元，所述检测物镜(3)的光轴(A2)包含与所述样品平面(4)的法线成不为零的检测角(α2)，‑所述照明物镜(2)包括布置在束路径或者可引入到束路径中的照明校正元件(2KE)，和/或‑所述检测物镜(3)包括布置在束路径或者可引入到束路径中的检测校正元件(3KE)，其特征在于‑弯月形透镜(10)出现在所述样品载体(7)和所述物镜(2、3)之间，所述弯月形透镜布置在照明束路径中和检测束路径中。‑所述弯月形透镜(10)实施为校正由于穿过具有要检测的辐射和/或照明所述样品的辐射的不同折射率的介质的通道而产生的像差，并且‑所述照明校正元件(2KE)和/或所述检测校正元件(3KE)实施为校正剩余的像差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.01 DE 102016212020.41.一种显微术的布置，包括-照明光学单元，所述照明光学单元具有经由照明束路径照明在样品平面(4)的样品区域中位于样品载体(7)上的样品(5)的照明物镜(2)，其中所述照明物镜(2)的光轴(A1)位于包含与所述样品平面(4)的法线成不为零的照明角(α1)的平面中，所述样品载体(7)关于所述样品平面(4)对准，并且所述照明实现在所述平面中，-具有检测束路径中的检测物镜(3)的检测光学单元，所述检测物镜(3)的光轴(A2)包含与所述样品平面(4)的法线成不为零的检测角(α2)，-所述照明物镜(2)包括布置在束路径或者可引入到束路径中的照明校正元件(2KE)，和/或-所述检测物镜(3)包括布置在束路径或者可引入到束路径中的检测校正元件(3KE)，其特征在于-弯月形透镜(10)出现在所述样品载体(7)和所述物镜(2、3)之间，所述弯月形透镜布置在照明束路径中和检测束路径中。-所述弯月形透镜(10)实施为校正由于穿过具有要检测的辐射和/或照明所述样品的辐射的不同折射率的介质的通道而产生的像差，并且-所述照明校正元件(2KE)和/或所述检测校正元件(3KE)实施为校正剩余的像差。2.根据权利要求1所述的布置(1)，其特征在于，所述照明校正元件(2KE)和/或所述检测校正元件(3KE)布置在所述照明物镜(2)和/或所述检测物镜(3)的光瞳中。3.根据权利要求1或2所述的布置(1)，其特征在于，出于照明目的采用的辐射成形为光片(6)并且被指引到所述样品区域中，并且所述照明物镜(2)的光轴(A1)和所述光片(6)位于包含与所述样品平面(4)的法线成不为零的照明角(α1)的平面中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的布置(1)，其特征在于，所述照明校正元...

【专利技术属性】
技术研发人员：J西本摩根，H利珀特，T卡尔克布伦纳，I克莱普，R沃莱辛斯基，A德根，M瓦尔德，LC威蒂格，M戈利斯，W辛格，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE