具有用于改变照明光焦点的形状的元件的显微镜制造技术

本发明专利技术涉及一种包括透镜和光导纤维的显微镜，该透镜将照明光聚焦至照明光焦点，该光导纤维传输照明光并且光纤耦合器设置在该光导纤维的端部上，该光纤耦合器解耦来自光纤的照明光并且产生优选地准直的照明光束。在该光纤耦合器中或在该光纤耦合器上设置有用于改变照明光焦点的形状的元件，所述元件相对于待解耦的照明光束进行预对准。

【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物镜和光导纤维的显微镜，该物镜将照明光聚焦到照明光焦点，该光导纤维传输照明光并且光纤耦合器设置在该光导纤维的端部上，该光纤耦合器耦合从光导纤维离开的照明光并且生成优选地准直的照明光束。
技术介绍
在共焦扫描显微术中，例如，借助至少一个照明光束的焦点三维地对待检测的样本进行扫描，该照明光束通常借助光导纤维从光源传输至耦合进入显微镜光束路径的部位。共焦扫描显微镜通常包括光源、聚焦光学系统(光源的光通过聚焦光学系统聚焦在孔上，该孔被称为“激发针孔”)、分束器、用于光束控制的光束偏转装置、显微镜光学系统、探测针孔以及用于探测所探测的光或荧光的探测器。该照明光例如通过分束器耦合。这种照明光束的焦点可以借助可控制的光束偏转装置(一般通过倾斜两个反射镜)在样本平面中移动；偏转轴通常相互垂直，以使得一个反射镜在X方向上偏转，另一个反射镜在Y方向上偏转。反射镜的倾斜例如借助检流计定位元件来实现。源自样本的光的功率水平根据扫描光束的位置来测量。源自样本的荧光通过光束偏转装置返回至分束器，通过分束器，然后被聚焦到探测针孔上，探测器位于该探测针孔的后面。不直接源于焦点区域的探测光采取不同的光路并且不通过探测针孔，因此获得点信息项，从而通过在多个平面中的样本的顺序扫描得到三维图像。在显微镜中，尤其在扫描显微镜或者共焦扫描显微镜中，通常借助照明光束来照射样品，该照明光束是通过组合多个照明光束而产生的，以便观察从被照射的样品发出的反射光或荧光。为了组合具有不同波长的光束，在光学系统中通常使用二色性的分束器。DE19633185A1例如公开了一种用于激光扫描显微镜的点光源以及一种用于将具有不同波长的至少两个激光器的光耦合至激光扫描显微镜中的方法。该点光源模块化地构成并且包含二色性的合束器，合束器将至少两个激光光源的光组合起来并且将其耦合至通向显微镜的光导纤维中。共焦扫描显微镜的分辨能力还通过激励光束的焦点在样品中的强度分布和物理范围来确定。由于衍射限制，该分辨能力不能任意地通过更强的聚焦来提高。由激光发出的照明光束的焦点通常相对于光轴是旋转对称的并且具有高斯光束形状，其中光功率水平从光轴朝外减小。用于提高荧光应用的分辨能力的结构从WO95/21393A1得知。该文献公开了，激励光束的(如上所述的)焦点体积的侧边缘区域借助多个去激光束(其同样具有上述的形状)的焦点来照射，以便在此产生感应的发射，并且在该处以受激的方式将由激励光束激发的样品区域带回基态。之后，仅探测到来自未被去激光束照射的区域的自发发射的光，以使得实现分辨率的整体改善。针对该方法建立了术语“受激发射损耗”(STED)。STED技术在此期间已得到进一步发展。在大多数情况下，去激光被成形为内部中空的焦点，来代替具有多个去激光束(常规成形的)焦点的不均匀去激光照明。为此，用于改变去激光束的照明光焦点的形状的元件设置在去激光的光束路径中。该元件可以包括例如相位滤波器或渐进相位滤波器或分割相位滤波器或可转换的相位矩阵、尤其是LCD矩阵。特别地，可以规定，借助用于改变照明光焦点的形状的元件在样品中产生了环状焦点(被称为“面圈式焦点”)，其与激励光束的焦点在X-Y平面(即在垂直于光轴的平面)中重叠，以便在X-Y方向上提高分辨率。环状焦点可以例如借助所谓的涡旋相位滤波器实现。具有专用的相位滤滤器的STED显微镜例如从Klar等人的“BreakingAbbe'sdiffractionresolutionlimitinfluorescencemicroscopywithstimulatedemissiondepletionbeamsofvariousshapes,”PhysicalRev.E,StatisticalPhysics,Plasmas,FluidsandRelatedInterdisciplinaryTopics,AmericanInstituteofPhysics,NewYork,NY,Vol.64,No.6,11/26/2001,066613-1至066613-9已知。这些已知的显微镜的缺点是，它们必须在相位滤波器方面非常精确地对准，这非常麻烦。此外，这种显微镜对于通常固定在单独支架中的相位滤波器的未对准是非常敏感的，这会立即引起分辨能力的损失。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是描述一种避免了这些缺点的显微镜。该目标通过一种显微镜得以实现，其特征在于，在该光纤耦合器中或在该光纤耦合器上设置有用于改变照明光焦点的形状的元件，其相对于待解耦的照明光束进行对准。本专利技术的优点是，在显微镜投入使用时完全不必费力地对准用于改变照明光焦点的形状的元件。而是，由于所述预对准，只须将光纤耦合器定位和固定在其目标位置上。然而，该光纤耦合器的对准能够简单且快速地进行，因为能够容易地追踪解耦的照明光束的光束轮廓，并且在与目标轮廓偏离时能够简单地再次对准该光纤耦合器。明显更费力的是，相对于待解耦的照明光束，对用于改变照明光焦点的形状的元件进行对准，因为借助简单的措施、尤其仅通过光束轮廓的追踪，无法探测到未对准。然而，根据本专利技术，有利地避免了相对于待解耦的照明光束对用于改变照明光焦点的形状的元件进行的费力的对准。在特定实施例中，该用于改变照明光焦点的形状的元件设置和/或固定在光纤耦合器的壳体和/或光纤耦合器的前透镜上。可选地，还可以规定，该用于改变照明光焦点的形状的元件集成在光纤耦合器中和/或设置在光纤耦合器的壳体中。在特别有利的实施例中，存在着至少一个另外的光导纤维，它传输另外的照明光，该照明光通过物镜聚焦至另一照明光焦点，并且在它的端部上设置有另一光纤耦合器，它耦合来自另外的光导纤维的另外的照明光并且产生另一优选准直的照明光束。在此特别地可规定，在该另外的光纤耦合器上设置有用于改变该另外的照明光焦点的形状的另一元件。优选地，该光纤耦合器通过刺刀状的插拔连接器连接至光导纤维。还可规定，该另外的光纤耦合器通过刺刀状的插拔连接器连接至该另外的光导纤维。例如在维修时，这种实施例便于组件的更换。该用于改变照明光焦点的形状的元件可以包括例如相位滤波器或渐进相位滤波器或分割相位滤波器或可转换的相位矩阵、尤其是LCD矩阵。除了该照明光束以外，或者除了该至少一个另外的照明光束(其已通过另外的光导纤维传输)以外，有利地，还可以规定，额外的照明光束耦合到照明光光束路径中，以使得该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有物镜和光导纤维的显微镜，所述物镜将照明光聚焦至照明光焦点，所述光导纤维传输所述照明光并且光纤耦合器设置在所述光导纤维的端部上，所述光纤耦合器耦合从所述光导纤维中出来的照明光并且产生优选地准直的照明光束，其中，在所述光纤耦合器中或在所述光纤耦合器上设置有用于改变所述照明光焦点的形状的元件，其相对于待解耦的照明光束进行对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.03 DE 102013217498.5;2013.12.23 DE 10201321.一种具有物镜和光导纤维的显微镜，所述物镜将照明光聚焦至照明
光焦点，所述光导纤维传输所述照明光并且光纤耦合器设置在所述光导纤
维的端部上，所述光纤耦合器耦合从所述光导纤维中出来的照明光并且产
生优选地准直的照明光束，
其中，在所述光纤耦合器中或在所述光纤耦合器上设置有用于改变所
述照明光焦点的形状的元件，其相对于待解耦的照明光束进行对准。
2.根据权利要求1所述的显微镜，其中，所述用于改变照明光焦点的
形状的元件设置和/或固定在所述光纤耦合器的壳体和/或所述光纤耦合器
的前透镜上。
3.根据权利要求1所述的显微镜，其中，所述用于改变照明光焦点的
形状的元件集成至所述光纤耦合器中和/或设置在所述光纤耦合器的壳体
中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的显微镜，其中，存在着至少一
个另外的光导纤维，其传输另外的照明光，该另外的照明光由所述物镜聚
焦至另外的照明光焦点，并且在所述另外的光导纤维的端部上设置有另外
的光纤耦合器，其耦合从所述另外的光导纤维中出来的另外的照明光并且
产生另一优选地准直的照明光束。
5.根据权利要求4所述的显微镜，其中，在所述另外的光纤耦合器中
或在所述另外的光纤耦合器上设置有用于改变所述另外的照明光焦点的
形状的另一元件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的显微镜，其中，所述光纤耦合
器通过刺刀状的插拔连接器连接至所述光导纤维；和/或所述另外的光纤耦
合器通过刺刀状的插拔连接器连接至所述另外的光导纤维。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的显微镜，其中，所述用于改变
照明光焦点的形状的元件包括相位滤波器或渐进相位滤波器或分割相位
滤波器或可转换的相位矩阵、尤其是LCD矩阵。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的显微镜，其中，所述物镜聚焦
额外的照明光束，其没有穿过任何光导纤维和/或用于改变照明光焦点的形
状的元件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的显微镜，其中，所述照明光束
中的至少一个(照明光束和/或另外的照明光束和/或额外的照明光束)被
实现和设定为导致样品中的荧光激发，而所述照明光束中的至少另一个被
实现和设计为导致样品中的受激发射。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的显微镜，其中，
a.所述照明光束和所述另外的照明光束，或者，
b.所述照明光束和所述额外的照明光束，或者
c.所述另外的照明光束和所述额外的照明光束，或者
d.所述照明光束和所述另外的照明光束和所述额外的照明光束
耦合到合束器中，耦合的照明光束以共线组合的方式离开所述合束
器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的显微镜，其中，所述照明光
束中的至少第一和第二照明光束(照明光束和/或另外的照明光束和/或额
外的照明光束)具有相同的照明光波长，但具有不同的偏振、尤其是线偏
振。
12.根据权利要求11所述的显微镜，其中，所述合束器被实现为声光
合束器并且被构造和操作，以使得通过与至少一个机械波的相互作用，所
述第一照明光束和所述第二照明光束被衍射，并由此被引导到共同的光轴
上。
13.根据权利要求12所述的显微镜，其中，所述声光合束器包括晶体，
具有与所述第一和第二照明光束的波长相关联的声频的机械波通过所述
晶体传播，所述晶体和所述机械波的传播方向相对于彼此并且分别相对于
入射到所述晶体中的照明光束定向，以使得所述第一照明光束和所述第二
照明光束都在所述机械波处被衍射，并由此被引导到共同的光轴上。
14.根据权利要求13所述的显微镜，其中，
a.所述第一照明光束被线性地偏振并且具有线偏振方向，该线偏振方
向就所述晶体的双折射特性而言是寻常光的线偏振方向，和/或
b.所述第二照明光束被线性地偏振并且具有线偏振方向，该线偏振方
向就所述晶体的双折射特性而言是非寻常光的线偏振方向，和/或
c.所述第一照明光束的线偏振方向或所述第二照明光束的线偏振方
向设置在由所述机械波的传播方向和探测光束的传播方向跨越的平面中。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的显微镜，其中，所述声光

\t合束器包括晶体，具有不同声频的第一和第二机械波同时地通过所述晶体
传播，所述晶体和所述机械波的传播方向相对于彼此并且分别相...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·塞弗里德，V·V·里那玛查理，A·吉斯科，
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