具有简化的光学器件、尤其是具有可变的光瞳位置的光扫描显微镜制造技术

光扫描显微镜通常包括用于产生与显微镜物镜的光瞳平面共轭的光瞳平面(PE‘)的扫描光学器件(35)和共轭的光瞳平面中的能够可变调节的光束偏转单元(30)，其中，在显微镜物镜与扫描光学器件之间具有中间图像(Zb1)并且光束在共轭的光瞳平面中准直。这些扫描光学器件是耗费且并不光学高效的，因为它们必须补偿不同的成像误差，如场曲和横向色差。此外，由于共轭的光瞳平面与扫描光学器件的距离较小，可供偏转单元使用的结构空间较小。本发明专利技术应能够使用更简单的扫描光学器件并且提供更大的结构空间。这通过以下方式实现，即扫描光学器件通过光束偏转单元将第二中间图像(Zb2)成像到第一中间图像中，其中，第二中间图像在空间上是弯曲的。偏转单元不再布置在光路的准直区段中，而是布置在光路的会聚区段中。扫描光学器件的光学性能和质量只需要与作为传统扫描物镜的目镜一致。非线性显微镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种具有光学系统的光扫描显微镜，所述光学系统定义照明光路并且包括以下构件：提供空间受限的光分布的光源，具有(光源侧的)光瞳平面和(对象侧的)焦点的显微镜物镜，用于产生与显微镜物镜的光瞳平面共轭的光瞳平面的扫描光学器件(英语“scanlens”或者“scanoptics”)和能够(在偏转方向方面)可变调节的光束偏转单元(用于横向于显微镜物镜的光轴移动焦点)，其中，照明光路依次地成像光分布的至少一个点和焦点的至少一个点，其中，光束偏转单元(在光学上在光分布与扫描光学器件之间地)布置在共轭的光瞳平面中并且在显微镜物镜与扫描光学器件之间光学地具有中间图像。本专利技术还涉及一种具有光学系统的光扫描显微镜，所述光学系统定义探测光路并且包括以下构件：具有(出射)光瞳平面和(对象侧的)焦点的显微镜物镜，用于产生与显微镜物镜的光瞳平面共轭的光瞳平面的扫描光学器件，能够(在偏转方向方面)可变调节的光束偏转单元，光电的转换器，其中，探测光路依次地成像焦点的至少一个点和转换器的至少一个相应点，其中，光束偏转单元(的反射表面)(在光学上在扫描光学器件与转换器之间地)布置在共轭的光瞳平面中并且在显微镜物镜与扫描光学器件之间光学地具有中间图像。本专利技术还涉及同类的光扫描显微镜，其中扫描光学器件以传统方式将来自第一中间图像的光束准直。按照本专利技术，光是任何能够通过光学器件操作改变的电磁辐射，尤其包括红外和紫外的辐射。光源为了提供光分布尤其可以包括光波导体和/或光束形成器。它们也可以包括强度调制器。光电转换器尤其可以包括与显微镜物镜的焦点共焦的光阑。偏转单元也称为扫描器。在现有技术中，这种光扫描显微镜例如由T.R.Corle和G.S.Kino的，，ConfocalScanningOpticalMicroscopyandRelatedImagingSystems\(AcademicPress,1996,2.2.7段,附图2.2)已知。在此，扫描光学器件称为“扫描物镜”。它在偏转单元的位置提供了准直的共轭的光瞳平面。扫描光学器件和管状透镜的组合称为转换光学器件。此外在WO90/00755A1中，能够可变调节的第二光束偏转单元布置在另一光瞳平面中，所述光瞳平面借助由凹面镜构成的传输光学器件产生。例如由US2013/107338A1已知偏转单元的具有微机电驱动器的相应布置。偏转单元在(相应的)共轭物镜光瞳中的布置有利地实现了在其它共轭光瞳中提供静止的光束横截面。由此，如在US2003/230710A1或者WO2008/037346A1中能够以较高的精度处理波前。此外，以此方式使由于光学器件上的晕映导致的边缘光束减弱最小化。然而，所述的光扫描显微镜的缺点是，由于产生共轭的光瞳平面的扫描光学器件较耗费并且没有光效率，因为其必须补偿不同的成像误差，如场曲和横向色差，以实现较高的成像质量。此外，由于共轭的光瞳平面与扫描光学器件的距离较小，可供偏转单元使用的结构空间较小。本专利技术所要解决的技术问题在于，改善本文开头所述类型的显微镜，从而使扫描光学器件能够更简单地设计并且为偏转单元提供更大的结构空间。该技术问题按本专利技术通过具有权利要求1所述特征的光扫描显微镜解决。本专利技术的有利设计方案在从属权利要求中给出。按照本专利技术规定，扫描光学器件通过光束偏转单元(的反射表面)将第二中间图像成像到第一中间图像中或者扫描光学器件通过光束偏转单元(的反射表面)将第一中间图像成像到第二中间图像中，其中，在两种情况下第二中间图像在空间上是弯曲的。因此，与现有技术不同，偏转单元(的反射表面)不再布置在探测光路的准直的区段中，而是布置在探测光路的会聚区段中。在光束偏转单元之后，由于偏转单元的反射表面上的反射存在虚拟的对象。中间图像的空间曲率允许借助相对于传统的准直扫描物镜明显简化的扫描光学器件提供共轭的光瞳平面，尤其是不对场曲进行校准，而整个光学系统具有相同的成像质量。在此，尤其可以取消迄今为了平整所普遍使用的具有负焦距/折射能力的(近场)透镜(W.J.Smith:，，ModernLensdesign\,McGraw-Hill,1992,第22章,第411页)。这种扫描光学器件的光学特性和质量只需要与作为传统扫描物镜的目镜一致。第二中间图像的曲率半径优选相当于偏转单元与第一中间图像的焦点位置之间的距离。附加地，也可以将横向色差校正按照补偿系统的意义分配给扫描光学器件和管状透镜，这意味着进一步简化扫描光学器件。显微镜可以相宜地设计为，使得扫描光学器件和管状透镜在横向色差方面相互补偿。这种布置在激励射线与样本的非线性交互作用时特别有利。在此，样本中的光辐射与在多个光束偏转单元在相应光瞳的传统布置中的强度的二次方的(在双光子激励情况下)或者三次方的(在第三谐波激励或者三光子激励情况下)关联性使得偏转单元不是依次地被成像，导致像场照明中的问题。偏转单元在扫描物镜之前的物理距离以随着横向放大率二次方增加的轴向放大率成像在物镜光瞳中。这导致产生不静止的光瞳，其导致与场相关的激励强度。非线性光学器件(NLO)中的问题可以通过将光束偏转单元布置在非准直光瞳中得以避免，因为由此实现了偏转单元依次地在光有效的装置中的良好成像。在此，荧光探测通常不通过光束偏转单元进行，而是已经在之前在所谓的“非退扫描”光路区段中进行。因为所述装置正好沿与探测方向相同的激励方向作用，所以在这种情况下也能够实现干净的光瞳成像。第二中间图像优选球形地弯曲或者至少基本上球形地弯曲，尤其具有处于扫描光学器件的一倍焦距与两倍焦距之间的曲率半径。优选地，中间图像的曲率半径与偏转单元(的反射表面中心)与第二中间图像之间的距离相同。有利地，第二中间图像的曲率中心可以处于光束偏转单元中，尤其是相关的光束偏转单元的反射表面上。光扫描显微镜可以相宜地包括用于将光分布成像到中间图像、尤其是第二中间图像或者第三中间图像或者其它中间图像中的照明光学器件，和/或用于将中间图像、尤其是第二中间图像或者第三中间图像或者其它中间图像成像在转换器上的探测光学器件。光学系统尤其可以包括分光器，所述分光器这样布置在照明光路和探测光路中，使得来自焦点的光线朝向光电的转换器从照明光路出射。相宜地，所述光学系统(在照明光路或探测光路中)在光束偏转单元的背离扫描光学器件的一侧包括准直光学器件。以此方式能够以较少的耗费处理光束并且进行最终的探测。优选地，光学地在光束偏转单元与光源或者转换器之间尤其作为准直光学器件地布置有(恰好)一个凹面镜，所述凹面镜的曲率中心处于共轭的光瞳平面中。凹面镜消色差地作用。以此方式能够以较少的光学耗费、尤其以较少数量的分界面提供另一共轭的光瞳平面。通过将凹面镜布置为与第一共轭的光瞳距离凹面镜的曲率半径，能够在相同的距离中与场角无关地(通过弯曲的第二中间图像)提供高精确度的成像。有利地，凹面镜的曲率半径RH可以是第二中间图像的曲率半径RZB的两倍，因此在凹面镜之后(在转换器侧)存在平面波前。以此方式，第二共轭的光瞳处于准直的光路区段中并且两个共轭的光瞳中的光束直径是相同的。相宜地，凹面镜布置为，使得来自显微镜物镜的焦点(通过第二中间图像的)光束在凹面镜之后彼此平行地、优选也平行于能够使入射到第一偏转单元的光线偏转的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光扫描显微镜(10)，其具有光学系统，该光学系统定义照明光路并且包括以下构件：‑提供空间受限的光分布的光源(22、23、24、25、26)，‑具有光瞳平面(PE)和焦点的显微镜物镜(21)，‑用于产生与显微镜物镜(21)的光瞳平面(PE)共轭的光瞳平面(PE‘)的扫描光学器件(35)和‑能够可变调节的光束偏转单元(30、30A)，其中，照明光路依次地成像光分布的至少一个点和焦点的至少一个相应点，其中，光束偏转单元(30、30A)布置在共轭的光瞳平面(PE‘)中并且在显微镜物镜(21)与扫描光学器件(35)之间光学地具有中间图像(Zb1)，其特征在于，所述扫描光学器件(35)通过光束偏转单元(30、30A)将第二中间图像(Zb2)成像到第一中间图像(Zb1)中，其中，第二中间图像(Zb2)在空间上是弯曲的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 DE 102014005880.81.一种光扫描显微镜(10)，其具有光学系统，该光学系统定义照明光路并且包括以下构件：-提供空间受限的光分布的光源(22、23、24、25、26)，-具有光瞳平面(PE)和焦点的显微镜物镜(21)，-用于产生与显微镜物镜(21)的光瞳平面(PE)共轭的光瞳平面(PE‘)的扫描光学器件(35)和-能够可变调节的光束偏转单元(30、30A)，其中，照明光路依次地成像光分布的至少一个点和焦点的至少一个相应点，其中，光束偏转单元(30、30A)布置在共轭的光瞳平面(PE‘)中并且在显微镜物镜(21)与扫描光学器件(35)之间光学地具有中间图像(Zb1)，其特征在于，所述扫描光学器件(35)通过光束偏转单元(30、30A)将第二中间图像(Zb2)成像到第一中间图像(Zb1)中，其中，第二中间图像(Zb2)在空间上是弯曲的。2.按权利要求1所述的光扫描显微镜(10)，其特征在于，其中，第二中间图像(Zb2)的曲率中心处于光束偏转单元(30、30A、30B)中，尤其处于相关的光束偏转单元的反射表面上。3.按权利要求1或2所述的光扫描显微镜(10)，包括用于将光分布成像到中间图像、尤其是第二中间图像(Zb2)或第三中间图像或其它中间图像中的照明光学器件(20、36)。4.一种光扫描显微镜(10)，其具有光学系统，该光学系统定义探测光路并且包括以下构件：-具有光瞳平面(PE)和焦点的显微镜物镜(21)，-用于产生与显微镜物镜(21)的光瞳平面(PE)共轭的光瞳平面(PE‘)的扫描光学器件(35)，-能够可变调节的光束偏转单元(30、30A)，-光电的转换器(31、32)，其中，探测光路依次地成像焦点的至少一个点和转换器(31、32)的至少一个相应点，其中，光束偏转单元(30、30A)布置在共轭的光瞳平面(PE‘)中并且在显微镜物镜(21)与扫描光学器件(35)之间光学地具有中间图像(Zb1)，其特征在于，所述扫描光学器件(35)通过光束偏转单元(30、30A)将第一中间图像(Zb1)成像到第二中间图像(Zb2)中，其中，第二中间图像(Zb2)在空间上是弯曲的。5.按权利要求4所述的光扫描显微镜(10)，其中，第二中间图像(Zb2)的曲率中心处于光束偏转单元(30、30A、30B)中，尤其处于相关的光束偏转单元的反射表面上。6.按权利要求4或5所述的光扫描显微镜(10)，包括用于将中间图像、尤其是第二中间图像(Zb2)或第三中间图像或其它中间图像成像到转换器上的探测光学器件(36、38)。7.按权利要求1至3和4至6所述的光扫描显微镜(10)，其中，所述光学系统包括分光器(33)，所述分光器这样布置在照明光路和探测光路中，使得来自焦点的光线朝向光电的转换器(31、32)从照明光路出射。8.按前述权利要求之一所述的光扫描显微镜(10)，其中，第二中间图像球形地弯曲或者至少基本上球形地弯曲，尤其具有处于扫描光学器件的一倍焦距与两倍焦距之间的曲率半径。9.按前述权利要求之一所述的光扫描显微镜(10)，其中，所述光学系统[在照明光路/探测光路中]在光束偏转单元(30、30A)的背离扫描光学器件(35)的一侧包括准直光学器件(36)，所述准直光学器件提供平行的光路区段。10.按前述权利要求之一所述的光扫描显微镜(10)，其中，光学地在光束偏转单元(30、30A)与光源(23)或者转换器(32)之间尤其作为准直光学器件(36)地布置有凹面镜，所述凹面镜的曲率中心处于共轭的光瞳平面(PE‘)中。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：M瓦尔德，B贝姆，D施韦特，T安哈特，
申请(专利权)人：卡尔蔡司股份公司，卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE