用于光束扫描显微镜检查的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种光束扫描显微镜检查设备，包括适配于发射光束(2)的光源和适配于将所述光束(2)聚焦在物平面(11)中的显微镜物镜(1)。根据本发明专利技术，所述显微镜检查设备包括：串联设置在所述光源和所述显微镜物镜(1)之间的所述光束(2)的光路上的第一和第二反射光学装置(M‑X1，M‑X2)，适配于根据第一预定旋转角度(RX1)倾斜所述第一反射光学装置(M‑X1，M‑XY1)的第一角度倾斜装置(21，25)，以及适配于根据第二旋转角度(RX2)倾斜所述第二反射光学装置(M‑X2，M‑XY2)的第二角度倾斜装置(22，26)，以如此方式通过围绕所述显微镜物镜(1)的光瞳的中心(O)枢转而成角度地倾斜所述光束(2)的轴(12)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于光束扫描或光束角位移显微镜检查(microscopy)的设备和方法的领域。更具体地，它涉及一种用于扫描激光束拉曼显微光谱测量(micro-spectrometry)的设备和方法。本专利技术还适用于其他形式的光束扫描光学显微镜检查，例如光致发光、荧光或阴极发光显微镜检查。在这些用于扫描光学显微镜检查的设备中，光学扫描光束可以是激光束或由发光二极管(LED)发射的光束，例如在TCSPC(时间相关单光子计数)型的分光荧光计中。
技术介绍
尤其在专利文献EP1983332A中已知一种光谱成像的方法和样本表面扫描探测系统。文献EP1983332A描述了一种光谱成像设备，其包括扫描装置，也称为扫描仪，以经由根据正交方向的激发激光束的角位移探测固定样本的表面。更准确地说，文献EP1983332A描述了一种扫描装置，所述扫描装置以一种方式放置在共焦显微镜的管中以便被插入在显微镜物镜和拉曼光谱仪的注入拒波滤波器(injection-rejectionfilter)之间。扫描装置包括在激光束的光路上串联设置的两个振镜反射镜(galvanometricmirror)。该两个振镜反射镜具有相互垂直的旋转轴，以便在样本表面上根据正交方向成角度地移动激光束。具有两个反射镜的光学系统在一个方向上操作，以使激发激光束以将它定位在样本表面的不同点处的方式成角度地移动。通过光的反向返回，具有两个反射镜的该光学系统在相反方向上操作，以便收集拉曼后向散射光束并在检测系统例如拉曼光谱仪的方向上传输它。该系统的优点是激光源和检测系统保持固定。该设备使得可以以约十分钟内约50×50点的分辨率通过样品表面的一部分的拉曼光谱测定来获取图像。其他专利文献描述了用于束扫描显微镜检查的设备(参见例如WO2010/069987、US2005/128476或JP2001091848)。在样本上扫描区域的尺寸尤其取决于所使用的显微镜物镜的放大率。对于反射镜的相同旋转幅度，显微镜物镜的放大率的变化使得可以修改在样本上的扫描表面的范围。所使用的显微镜物镜可以是不同类型的：标准的、具有长工作距离(LongWorkingDistance或LWD)的、适用于可见光的和/或紫外光范围的。然而，不管显微镜物镜的放大率如何，在实践中观察到，可以通过激光束在样本表面上的角位移接近的表面的范围明显小于显微镜物镜的光场。在本文献中，物场指的是显微镜物镜的焦平面中的光场。因此，通过示例方式，使用了不同显微镜物镜，例如放大物镜100X、50X和10X。每个显微镜物镜由数值孔径(或NA)、焦距、场数(或FN)和直径限定。根据对应于在物镜的前面和样本之间的距离的前面距离来计算光场的最大宽度。在实践中，显微镜物镜的光场的最大宽度通过以下公式计算：场的宽度＝场数/放大率。下表分别表示MplanN100X、50X和10X型OLYMPUS品牌的不同物镜的参数的值：表1：不同显微镜物镜的光学特性在上表中指示的光场的最大宽度对应于用于通过显微镜物镜成像的光场的长度。然而，在实践中，通过这些显微镜物镜中的每一个扫描或成角度地位移激光束可接近的场宽实际上明显小于所考虑的物镜的场的最大宽度。因此，对于OlympusMPLANN50X物镜，实验测量出可有效接近的双轴激光扫描显微镜检查设备(也被称为DuoScan)的场的宽度为约±27微米，而该物镜的光场的最大宽度为440微米。同样，对于OlympusMPLANN10X物镜，Duoscan的激光扫描场为约200微米，而该物镜的光场的最大宽度为2200微米。在可以由激光扫描接近的场的宽度方面的这种限制是由于激光束在光学部件的孔径上的渐晕导致的。为了限制该效应，需要减少激光束的直径，这对于减少空间分辨率(lambda/NA)是有害的，因为显微镜物镜的有效数值孔径通过子覆盖(sub-cover)光瞳来减少。为了扩展在样本上的激光扫描光束的空间探测区，已经提出了各种解决方案。第一种解决方案在于改变显微镜物镜以便减少放大率。改变放大率的缺点是测量的空间分辨率与物镜的放大率成比例。另一种解决方案在于将通过激光束的轴的角度倾斜的扫描与样本相对于显微镜物镜的相对位移组合。然而，改变显微镜物镜或样本架的位移需要时间。此外，这些操作引起对由显微镜检查设备成像的场的不连续修改。通常获得一系列连续图像，其难以重组以便形成具有良好空间分辨率的在扩展区上的样本的完整图像。另一个限制是通过扫描获得的拉曼光谱测量的质量。实际上观察到，对于相同的测量采集参数，扫描拉曼显微光谱测量的测量质量小于没有扫描的测量的质量。此外，不可能在照相机的图像上直接观察扫描光束在样本上的位置。因此，难以控制激光束的位置，例如在用于测量生物芯片的应用中。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是增加可以由在扫描显微镜检查设备中的光束扫描接近的场宽，以便接近该显微镜检查设备的光场的最大宽度。本专利技术的目的之一是增加测量场的空间扩展，而不改变测量的空间分辨率或测量的质量。本专利技术的另一目的是改进扫描拉曼显微光谱测量的测量质量，同时仍然减少用于测量的采集时间。本专利技术的另一目的是限制在入射激光束和拉曼散射束上的强度损失。为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提出了一种用于光束扫描显微镜检查的设备，其包括适配于发射光束的至少一个光源；具有入射光瞳的显微镜物镜；以及用于根据在所述物平面中的至少一个空间方向(X，Y)将所述光束角位移的装置，所述显微镜物镜根据所述显微镜检查设备的纵向光轴来布置，所述光瞳具有在所述纵向光轴上的中心，并且所述显微镜物镜适配于将所述光束聚焦在横向于所述纵向光轴的物平面中。更具体地，根据本专利技术，提出了一种用于光束扫描显微镜检查的设备，其中，用于将所述光束角位移的所述装置包括：-第一反射光学装置和第二反射光学装置，其串联设置在所述激光源和所述显微镜物镜之间的所述激光束的光路上，-第一角度倾斜装置，其适配于根据第一预定旋转角度倾斜所述第一反射光学装置，以及-第二角度倾斜装置，其适配于根据基于所述第一旋转角度的第二预定旋转角度倾斜所述第二反射光学装置，以如此方式通过围绕所述显微镜物镜的所述光瞳的中心枢转来使所述光束的轴成角度地倾斜，所述光束在所述光束的轴相对于所述纵向光轴的倾斜角范围内保持居中在所述显微镜物镜的光瞳的中心上，以如此方式来根据所述物平面中的所述至少一个方向移动所述光束。本专利技术有利地使得可以在用于光束扫描显微镜检查的设备中增加光束在显微镜物镜的焦平面中的位移幅度。在特定实施例中，用于将所述光束角位移的所述装置进一步包括：-第三反射光学装置和第四反射光学装置，其串联设置在所述激光源和所述显微镜物镜之间的激光束的光路上，-第三角度倾斜装置，其适配于根据第三预定旋转角度倾斜所述第三反射光学装置，-第四角度倾斜装置，其适配于根据基于所述第三旋转角度的第四预定旋转角度倾斜所述第四反射光学装置，以如此方式通过围绕所述显微镜物镜的所述光瞳的中心枢转来使所述光束的轴成角度地倾斜，所述光束在所述光束的轴相对于所述纵向光轴的倾斜角范围内保持居中在所述显微镜物镜的光瞳的中心上，以如此方式来根据在所述物平面中的另一方向移动所述光束。根据本专利技术的用于光束扫描显微镜检查的设备的其它非限制性和有利特征如下：-所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光束扫描显微镜检查的设备，包括：‑适配于发射光束(2)的至少一个光源(20)；‑具有入射光瞳的显微镜物镜(1)，所述显微镜物镜(1)根据所述显微镜检查设备的纵向光轴(10)来布置，所述光瞳具有在所述纵向光轴(10)上的中心(O)，并且所述显微镜物镜(1)适配于将所述光束(2)聚焦在横向于所述纵向光轴(10)的物平面(11)中；‑用于根据在所述物平面(11)中的至少一个空间方向(X，Y)将所述光束(2)角位移的装置；其特征在于，用于将所述光束(2)角位移的所述装置包括：‑第一反射光学装置(M‑X1，M‑XY1)和第二反射光学装置(M‑X2，M‑XY2)，其串联设置在所述光源(20)和所述显微镜物镜(1)之间的所述光束(2)的光路上，‑第一角度倾斜装置(21，25)，其适配于根据第一预定旋转角度(RX1)倾斜所述第一反射光学装置(M‑X1，M‑XY1)，以及‑第二角度倾斜装置(22，26)，其适配于根据基于所述第一旋转角度(RX1)的第二预定旋转角度(RX2)倾斜所述第二反射光学装置(M‑X2，M‑XY2)，以如此方式通过围绕所述显微镜物镜(1)的所述光瞳的中心(O)枢转来使所述光束(2)的轴(12)成角度地倾斜，所述光束(2)在所述光束的轴(12)相对于所述纵向光轴(10)的倾斜角范围内保持居中在所述显微镜物镜(1)的光瞳的中心(O)上，以如此方式来根据在所述物平面(11)中的所述至少一个方向(X)移动所述光束。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 FR 14534791.一种用于光束扫描显微镜检查的设备，包括：-适配于发射光束(2)的至少一个光源(20)；-具有入射光瞳的显微镜物镜(1)，所述显微镜物镜(1)根据所述显微镜检查设备的纵向光轴(10)来布置，所述光瞳具有在所述纵向光轴(10)上的中心(O)，并且所述显微镜物镜(1)适配于将所述光束(2)聚焦在横向于所述纵向光轴(10)的物平面(11)中；-用于根据在所述物平面(11)中的至少一个空间方向(X，Y)将所述光束(2)角位移的装置；其特征在于，用于将所述光束(2)角位移的所述装置包括：-第一反射光学装置(M-X1，M-XY1)和第二反射光学装置(M-X2，M-XY2)，其串联设置在所述光源(20)和所述显微镜物镜(1)之间的所述光束(2)的光路上，-第一角度倾斜装置(21，25)，其适配于根据第一预定旋转角度(RX1)倾斜所述第一反射光学装置(M-X1，M-XY1)，以及-第二角度倾斜装置(22，26)，其适配于根据基于所述第一旋转角度(RX1)的第二预定旋转角度(RX2)倾斜所述第二反射光学装置(M-X2，M-XY2)，以如此方式通过围绕所述显微镜物镜(1)的所述光瞳的中心(O)枢转来使所述光束(2)的轴(12)成角度地倾斜，所述光束(2)在所述光束的轴(12)相对于所述纵向光轴(10)的倾斜角范围内保持居中在所述显微镜物镜(1)的光瞳的中心(O)上，以如此方式来根据在所述物平面(11)中的所述至少一个方向(X)移动所述光束。2.根据权利要求1所述的用于光束扫描显微镜检查的设备，其中，用于将所述光束(2)角位移的所述装置进一步包括：-第三反射光学装置(M-Y1，M-XY1)和第四反射光学装置(M-Y2，M-XY2)，其串联设置在所述光源和所述显微镜物镜(1)之间的所述光束(2)的光路上，-第三角度倾斜装置(23，25)，其适配于根据第三预定旋转角度(RY3)倾斜所述第三反射光学装置(M-Y1，M-XY1)，以及-第四角度倾斜装置(24，26)，其适配于根据基于所述第三旋转角度(RY3)的第四预定旋转角度(RY4)倾斜所述第四反射光学装置(M-Y2，M-XY2)，以如此方式通过围绕所述显微镜物镜(1)的所述光瞳的中心(O)枢转来使所述光束(2)的轴(12)成角度地倾斜，所述光束(2)在所述光束(2)的轴(12)相对于所述纵向光轴(10)的倾斜角范围内保持居中在所述显微镜物镜(1)的光瞳的中心(O)上，以如此方式来根据在所述物平面(11)中的另一方向(Y)移动所述光束。3.根据权利要求2所述的用于光束扫描显微镜检查的设备，其中，所述第一反射光学装置(M-XY1)和所述第三反射光学装置(M-XY1)由相同的第一反射镜(M-XY1)形成，和/或其中所述第二反射光学装置(M-XY2)和所述第四反射光学装置(M-XY2)由相同的第二反射镜(M-XY2)形成。4.根据权利要求3所述的用于光束扫描显微镜检查的设备，其中，所述第一反射镜(M-XY1)安装在具有两个旋转轴的致动器(25)上，例如压电型或音圈型的，和/或其中所述第二反射镜(M-XY2)安装在具有两个旋转轴的致动器(26)上，例如压电型或音圈型的。5.根据权利要求1或2所述的用于光束扫描显微镜检查的设备，其中，所述第一反射光学装置(M-X1，M-XY1)由第一反射镜形成(M-X1)，并且所述第二反射光学装置(M-X2，M-XY2)由第二反射镜形成(M-X2)，和/或其中，所述第三反射光学装置(M-Y1，M-XY1)由第三反射镜(M-Y1)形成，并且所述第四反射光学装置(M-Y2，M-XY2)由第四反射镜(M-Y2)形成。6.根据权利要求5所述的用于光束扫描显微镜检查的设备，其中，所述第一反射镜(M-X1)安装在具有一个旋转轴的致动器(21)上，例如振镜型的，所述第二反射镜(M-X2)安装在具有一个旋转轴的致动器(22)上，所述第三反射镜(M-Y1)安装在具有一个旋转轴的致动器(23)上，和/或所述第四反射镜(M-Y2)安装在具有一个旋转轴的致动器(24)上。7.根据权利要求4或6任一项所述的用于光束扫描显微镜检查的设备，其中，所述第一反射镜(M-XY1，M-X1)的致动器(21，25)包括提供位置信号的位置传感器，并且其中，所述第二反射镜(M-XY2，M-X2)的致动器(22，26)包括位置传感器，其中所述设备包括适配于基于所述第一反射镜(M-XY1)的致动器(21，25)的位置信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·弗勒泰尔，D·安德雷泽尤斯基，R·布瓦丹，P·德贝蒂尼，
申请(专利权)人：堀场乔宾伊冯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR