本发明专利技术涉及一种用于显微镜(1a)、尤其是光片显微镜或SPIM显微镜(1)或者倾斜平面显微镜、如OPM或SCAPE显微镜的照明装置(3)，其包括用于馈入照明光束(7)的照明输入端(13)和用于输出至少两个由照明光束(7)产生的子光束(17)的照明输出端(15)，以及本发明专利技术涉及一种包括这种照明装置(3)的显微镜(1a)和一种用于在显微镜(1a)中均匀照明试样(63)的方法。由现有技术已知的照明装置(3)和显微镜(1a)通常容易磨损并且在照明频率方面受到限制。为了消除这些缺点，所述照明装置(3)包括至少一个衍射光学构件(46)，用于将照明光束(7)分成沿着子光路(19)传播的所述至少两个子光束(17)并且用于相对改变所述至少两个子光束(17)相对彼此的传播方向(11)。
Illumination devices and methods and microscopes for illumination in microscopes
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】照明装置和用于在显微镜中照明的方法和显微镜
本专利技术涉及一种用于显微镜、尤其是光片显微镜或SPIM显微镜或者倾斜平面显微镜、如OPM或SCAPE显微镜的照明装置，该照明装置包括用于馈入照明光束的照明输入端和用于输出至少两个由照明光束产生的子光束的照明输出端。此外，本专利技术涉及一种显微镜、尤其是光片显微镜或SPIM显微镜或者倾斜平面显微镜、如OPM或SCAPE显微镜以及一种用于在这样的显微镜中均匀照明试样的方法。
技术介绍
光片可理解成被照明的基本上沿着两个彼此垂直定向的空间方向——长度方向和宽度方向延伸的区域，其中，被照明的区域沿着垂直于这两个空间方向定向的厚度方向的延伸尺寸优选小于沿着光片宽度方向或长度方向的延伸尺寸多个数量级。通常，这样的光片通过使准直的光线沿着光线的仅仅一个横向延伸聚焦而实现。为此，例如可以使用圆柱透镜、消色差的圆柱透镜或非球面的圆柱透镜，如所谓的鲍威尔透镜。在一个平面内照明试样的显微镜、例如光片显微镜或SPIM显微镜、倾斜平面显微镜(OPM)或SCAPE显微镜中，这样的光片用于照明试样中的照明平面，其中，避免了试样的隐去(光漂白)或损坏，因为在被照明的照明平面之外不将照射能量引入试样中。光束可看作是传播的光的模型设想，其中光束沿着传播方向传播并且具有垂直于传播方向的空间延伸。通常，光束、尤其是由光源发出的光束具有旋转对称的高斯形的横向光线分布轮廓。可能的其他光线分布轮廓例如是贝塞尔光线形的或者帽顶形的。在利用光片显微镜或SPIM显微镜检查异质试样时，照明光线的散射和干涉可极大恶化图像质量。在试样中激励荧光借助成形为光片的光实现。光片可理解成在垂直于光束传播方向定向的方向上聚焦的光束，该光束因此基本上仅构成在一个照明平面内并且照明该照明平面。照明平面优选位于借以探测散射光或荧光的探测物镜的焦点平面内。在利用光片照明时，在试样的强烈散射元件或吸收元件后面可能形成明显可见的条形阴影。在现有技术中通过如下方式抵抗这样的阴影形成，即，利用机械构件、例如可倾斜的镜子连续使光片倾斜。这些解决方案具有如下缺点，即，机械部件磨损，这强烈减小这种照明装置的使用寿命。可达到的最大曝光频率在按照现有技术从不同方向连续照明试样时受到限制。尤其是当使用所谓的虚拟光片照明试样时，亦即照明光线(例如高斯光线、贝塞尔光线、马蒂厄光线和艾瑞光线)聚焦在试样中并且在照相机的曝光时间期间扫描经过图像区时，这是重要的。在这里，同样如当以在机械构件频率范围内的图像拍摄速度或者以比机械构件频率快的图像拍摄速度使用快速探测器时，不再能实现从不同方向连续照明的区域的平均化(Mittelung)，由此减小阴影减少的效果。在典型地用于快速偏转的谐振倾斜镜子中，将光不均匀地从所有方向射入试样中，因为镜子具有与角度相关的速度，例如服从正弦函数，并且在换向点处制动并换向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，创造一种用于显微镜、尤其是光片显微镜或SPIM显微镜或者倾斜平面显微镜、如OPM或SCAPE显微镜的照明装置，该照明装置在使用寿命高的同时能实现高的曝光频率。开头所述类型的照明装置按照本专利技术通过如下方式实现所述目的，即，所述照明装置包括至少一个衍射光学构件，用于将照明光束分成沿着子光路传播的所述至少两个子光束并且用于相对改变所述至少两个子光束相对彼此的传播方向，使得由照明装置输出的所述至少两个子光束在输出端上非共线地相对彼此延伸。按照本专利技术的显微镜通过如下方式实现上述目的，即，在该显微镜中设有按照本专利技术的照明装置。开头所提到的方法按照本专利技术通过如下方式实现所述目的，即，该方法包括：产生照明光束，沿着照明光路传播照明光束，在衍射光学构件处使照明光束衍射和分成沿着子光路以不同的传播方向传播的至少两个子光束，减小所述至少两个子光束的光彼此间的相干性，并且将子光束从不同的方向射入一个共同的照明平面中。由于所述至少两个子光束的非共线传播，所述至少两个子光束在试样中的传播方向也不同。这具有如下优点，即，可以从不同方向照明试样的强吸收区域或者说散射区域，从而可以减少或者完全避免在试样的强吸收区域或强散射区域后面的阴影形成。此外，使用衍射光学构件是一种能简单实现的多方向照明试样的可能性，其中，可以完全放弃易受干扰的并且可能传递振动的机械运动的构件。放弃机械构件能在使用寿命长的情况下实现高的照明频率。按照本专利技术的照明装置、按照本专利技术的显微镜和按照本专利技术的方法可以通过下面的分别各自有利的并且可任意相互组合的特征来进一步改进。衍射光学构件尤其是可理解成一个单个的元件、亦即不是包括多个元件的组件。在衍射光学构件上出现光束的入射光的衍射，从而照明光束被分成至少两个子光束。衍射优选在具有基本上在空间上周期变化的光的衍射条件的光学元件上发生。在这里，所述至少两个子光束可以在其一部分特性方面是彼此相同的或者具有不同的参数。尤其是，所述至少两个子光束的强度可以单独调节。它们例如也可以是彼此相同或类似的。所述至少两个子光束可以在照明装置的输出端处彼此平行并且垂直于传播方向彼此错开地构成亦或彼此成角度地传播。由各子光束确定的平面或者说两个子光束所在的平面在此在展开的光路中基本上相当于照明平面。在照明装置下游可连接有光片发生器，使得离开照明输出端的子光束可馈入光片发生器中并且由该光片发生器变换成至少两个子光片。如上面描述的，子光片的变换优选借助适当的圆柱透镜实现。圆柱透镜可以已经位于照明装置上游，使得光片发生器将所述至少两个子光束的线形中间图像变换成相应的子光片。光片发生器也可以构造成用于产生之前描述的虚拟光片。该虚拟光片通过个别子光束借助至少一个扫描装置、例如扫描镜子的扫描运动产生。在按照本专利技术的方法中，从不同方向射入试样中的子光束可以例如是对称的高斯射线或其他射线。其可以馈入光片发生器中并产生子光片。子光片也可以构成为虚拟的子光片，其方式为扫描元件扫描子光束的传播方向并且例如使每个子光束的焦点经过和/或通过试样扫描或运动。因此，散射光或荧光可以借助垂直于照明平面定向的观测物镜捕获，在探测器上成像和优选提供给进一步的图像处理装置。按照本专利技术的照明装置可以借助适当的扫描镜子集成到显微镜中。这一方面能实现显微镜光路的紧凑构造并且能防止用于试样的检查区域受到试样照明的限制。另一方面，这样的扫描镜子能实现构建虚拟光片和/或扫描到试样中和/或通过试样的光片。照明装置可具有不同功能的光阑，例如场光阑或孔光阑，使得另外的参数、例如光片的厚度是可变的。这些光阑可以设置成分开的并且可变的构件或者通过照明装置的光学元件形成。此外，可以在包含照明装置的显微镜中设有扫描镜子，该扫描镜子使发射光路的所有光线在物镜的后面的、亦即与物镜或试样相对的焦点平面中共同倾斜相同的角度。在照明装置的一种进一步有利的实施方案中，所述衍射光学构件具有至少一个光栅。光栅能以不同的参数获得。可能的设计参数例如是不同照明装置彼此间的强度比例或角度。在按照本专利技术的照明装置的一种进一步有利的实施方案中，设有一个单个的脉冲式光源，在该脉冲式光源的输出端上输出脉冲式照明光束并且将该照明光束馈入照明输入端中。所述衍射光学构件由脉冲式照明光束产生至少两个同步脉冲式子光束。脉冲式光源具有如下优点：可以预防试样的隐退、尤其是由光源的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于显微镜(1a)、尤其是光片显微镜或SPIM显微镜(1)或者倾斜平面显微镜、如OPM或SCAPE显微镜的照明装置(3)，其包括用于馈入照明光束(7)的照明输入端(13)和用于输出至少两个由照明光束(7)产生的子光束(17)的照明输出端(15)，其特征在于，所述照明装置(3)包括至少一个衍射光学构件(46)，用于将照明光束(7)分成沿着子光路(19)传播的所述至少两个子光束(17)并且用于相对改变所述至少两个子光束(17)相对彼此的传播方向(11)，使得由照明装置(3)输出的所述至少两个子光束(17)在照明输出端(15)上非共线地相对彼此延伸。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.11 DE 102016121626.7;2016.12.02 LU 933321.用于显微镜(1a)、尤其是光片显微镜或SPIM显微镜(1)或者倾斜平面显微镜、如OPM或SCAPE显微镜的照明装置(3)，其包括用于馈入照明光束(7)的照明输入端(13)和用于输出至少两个由照明光束(7)产生的子光束(17)的照明输出端(15)，其特征在于，所述照明装置(3)包括至少一个衍射光学构件(46)，用于将照明光束(7)分成沿着子光路(19)传播的所述至少两个子光束(17)并且用于相对改变所述至少两个子光束(17)相对彼此的传播方向(11)，使得由照明装置(3)输出的所述至少两个子光束(17)在照明输出端(15)上非共线地相对彼此延伸。2.根据权利要求1所述的照明装置(3)，其特征在于，所述衍射光学构件(46)具有至少一个光栅(47)。3.根据权利要求1或2所述的照明装置(3)，其特征在于，设有一个单个的脉冲式光源(6)，在该脉冲式光源的输出端(25)上输出脉冲式照明光束(7)并且将该照明光束馈入照明输入端(13)中。4.根据权利要求1至3之一所述的照明装置(3)，其特征在于，所述至少两个子光束(17)之中的每个子光束(17)通过照明光束(7)的光的由衍射光学构件(46)产生的不同衍射阶(55)形成。5.根据权利要求1至4之一所述的照明装置(3)，其特征在于，设有用于减小子光束(17)的光彼此间的相干性的退相干装置(73)。6.根据权利要求5所述的照明装置(3)，其特征在于，所述退相干装置(73)构造成延迟机构(77)并且所述至少两个子光路(17)为了传播相应的子光束(17)而具有不同长度的光学行程长度(85)。7.根据权利要求6所述的照明装置(3)，其特征在于，所述延迟机构(77)包括至少一个光波导体(45)。8.根据权利要求6...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·法尔巴赫，
申请(专利权)人：徕卡显微系统复合显微镜有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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