用于提高激光扫描显微镜的分辨率的设备制造技术

本发明专利技术涉及用于激光扫描显微镜(LSM)的分辨率提高的设备。在LSM的情况下，通过具有简化的调节和更低的干扰敏感性的图像反转干涉法来实现分辨率提高的任务根据本发明专利技术通过如下方式解决：为使得在至少一个轴线上镜像的光瞳图像的波前和未改变的光瞳图像的波前干涉，将来自激光扫描显微镜的光瞳光束耦入缩短的共路干涉仪(2)，其中，来自光瞳光束的光瞳(1)的面积沿着横向于光轴(12)的轴线(11)分为两个互补的子区域P和Q，以产生两个子光束，两个子光束沿着共路干涉仪(2)作为两个沿着光轴(12)对置地定向的干涉仪分支镜像对称地分开地通过全反射供给到至少一个光束偏转装置，并且使得干涉仪分支的光，即来自一个干涉仪分支的透射光与来自另一干涉仪分部的反射光以及反过来，在部分可穿透的分束器层(34)上干涉，从而可以产生来自光瞳(1)的两个不同的子区域P和Q的波前的相长干涉(C)和相消干涉(D)。

Equipment for improving resolution of laser scanning microscope

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高激光扫描显微镜的分辨率的设备
本专利技术涉及用于提高激光扫描显微镜(LSM)、特别是经典的并且共聚焦的激光扫描显微镜(CLSM)的分辨率的设备。此外，在带有位置分辨的探测器的LSM中的使用，优选地在与艾里扫描系统(Airy-Scan-System)相结合的显微图像处理中的使用具有优选的意义。
技术介绍
在医学和生物学领域中，高分辨率激光扫描显微镜对于诊断、激光手术以及研究越来越重要，因为电子显微的处理和检查方法和大多数使用紫外辐射的处理和检查方法不适用于活细胞。图像反转干涉法(缩写为III-ImageInversionInterferometry)是用于提高CLSM中的分辨率和光效率的已知方法，如其针对荧光LSM例如在OpticsExpressvolume15，Nr19(2007)，12206至12216中所描述地那样。在这种情况下，为获得LSM的分辨率提高，将LSM的探测路径中的去扫描光在分束器处进行划分，波前在两个分开的干涉仪分支中相对彼此横向旋转，然后将所述波前以干涉方式在另一分束器上组合。两个干涉仪输出C(相长干涉)和D(相消干涉)可选地成像到针孔上，并且然后使用积分探测器记录。如果发射的荧光团位于图像反转轴上，则两个相对彼此旋转的波前由于对称原因相互相同，并且可以完美地相互干涉，即在C中存在完整信号并且在D中存在零信号。相反，如果荧光团远离反转轴，则相互反转的波前不再重叠，并且因此也不相互干涉。在C和D中分别出现50％的信号。由于对于并非来自反转轴(即，当前扫描位置)的光的干涉性抑制产生了有效的分辨率提高。在LSM中，此效果可以与点状照明和针孔组合以实现分辨率的进一步提高、更好的深度分辨率(改进的切片)和更好的信噪比(SNR)。作为波前反转的替代，也可以进行在横轴上的波前镜像。以此，分辨率提高被限制在一个(垂直于镜轴线的)方向上；然而所述方法也可用于线扫描系统。相对于两个相互垂直的轴进行镜像的原理的双重应用又实现了反转的点对称的分辨率提高。在此情况下，光学传递函数(OTF)具有矩形形式并且传输高的空间频率，因此明显优于通常受到限制的具有几乎三角形形式的宽场传递函数(参见OpticsExpressvolume15，Nr19(2007)，12209中的图2b)。在WO2008/093099A2中描述了一种用于在共聚焦的激光扫描显微镜(CLSM)的情况下提高图像分辨率的方法和设备，所述方法和设备在大约1个艾里(Airy)单位的针孔孔径的情况下仍实现了的横向分辨率的显著改进。在此类型的III中，通过镜像整个图像来实现图像反转。为了实现图像反转，必须将整个图像划分和引导到两个光路中，其中，在一个其中光路中进行反转，而在另一光路中图像保持不变。随后，使得光路再次汇聚在一起并且使得图像干涉。所有前述III方法特别地在调节方面都非常昂贵，并且对干扰效应敏感，这使得在显微镜中的使用非常困难。
技术实现思路
本专利技术的任务是找到一种借助图像反转干涉法(III)提高激光扫描显微镜(LSM)分辨率的新的可能性，所述可能性对于(直至40％的)III典型的分辨率提高来说允许简化的调节和更低的对于干扰效应的敏感性以及更低的制造成本。根据本专利技术，此任务通过借助图像反转干涉法改进激光扫描显微镜的分辨率或信噪比的方法来解决，其中，在一个干涉仪分支中进行光瞳光束的至少一次镜像，以便使在至少一个轴线上镜像的光瞳图像的波前和另一干涉仪分支的未改变的光瞳图像的波前干涉，所述方法包括如下步骤：-将来自激光扫描显微镜的光瞳光束耦入共路干涉仪(2)，-从光瞳光束中将光瞳(1)的面积沿着限定的横向于准直的光束的光轴(12)的轴线(11)拆分为光瞳(1)的两个互补的子区域P和Q，以产生两个子光束，将两个子光束沿着共路干涉仪(2)作为两个沿着光轴(12)对置地定向的干涉仪分支平行地引导，并且通过全反射分开地供给到至少一个光束偏转装置，和-在至少一次光束偏转之后使干涉仪分支的光在部分可穿透的分束器层(34)上干涉，其中，借助分束器层(34)，一个干涉仪分支的透射光与另一干涉仪分支的反射光以及一个干涉仪分支的反射光与另一干涉仪分支的透射光分别达成光瞳(1)的第一子区域P的波前与跟第一子区域P互补的第二子区域Q的波前的组合以及所述光瞳(1)的第二子区域Q的波前与跟所述第二子区域Q互补的第一子区域P的波前的组合，从而能产生源自光瞳(1)的两个不同的子区域P和Q的波前的相长干涉(C)和相消干涉(D)。有利地，借助双楔形棱镜实现将光瞳光束在共路干涉仪中拆分成光瞳的互补的子区域P和Q，从而分别使两个互补的子区域中的一个子区域P或Q在分开的楔形棱镜中作为具有至少一个内部反射的干涉仪分支来引导，并且该干涉仪分支的内部反射光的干涉在楔形棱镜的覆以部分可穿透的分束器层的接触面上进行，其中，在分束器层上，一个楔形棱镜的透射光与另一楔形棱镜的反射光以及一个楔形棱镜的反射光与另一楔形棱镜的透射光叠加，并且第一子区域P的波前与第二子区域Q的波前相长干涉和相消干涉，从而将光瞳的光束拆分用于源自子区域P和Q的相互镜像的波前的干涉。在此，优选地对从楔形棱镜中的至少一个楔形棱镜的斜边面离开的、作为在分光器层上一个干涉仪分支的反射光和另一干涉仪分支的透射光的干涉分量的光进行评估。在干涉的光从至少一个斜边面(c)离开之后，合适地借助探测器在共轭光瞳内探测强度。在另一变体中，在干涉的光从双楔形棱镜的楔形棱镜的斜边面的至少一个斜边面离开之后，可以借助至少一个另外的双楔形棱镜将来自共轭光瞳的第二子区域Q的干涉的光展开以与第一子区域P形成全图像，至少一个另外的双楔形棱镜与至少一个斜边面相反地并且以与至少一个斜边面平行定向的斜边面布置在至少一个斜边面之后。在另一变体中，在干涉的光从双楔形棱镜的楔形棱镜的斜边面离开之后，分别借助相对于楔形棱镜的各自的斜边面以平行的小直角面旋转90°的方式布置的另外的双楔形棱镜，将分别来自共轭光瞳的干涉的子区域(U+Tx+R+Sx)或(T-Ux+S-Rx)的干涉的光在双楔形棱镜后分别拆分为两个四分之一子区域(U+Tx+Ry+Sxy)和(R+Sx-Uy-Txy)或者(T-Ux+Sy-Rxy)和(S-Rx-Ty+Uxy)，在另外的双楔形棱镜中的一个另外的双楔形棱镜中在共路干涉仪的意义进行引导并且相长叠加和相消叠加，从而使另外的共轭光瞳的四个能组成为全光瞳图像的且不同地分别与所有四分之一子区域(R、S、T、U)干涉的四分之一在另外的双楔形棱镜的斜边面上离开。在根据本专利技术的方法的如下的有利的实施方式中，其中光瞳子区域不作为镜像图像叠加而是相对彼此旋转180°叠加，借助双楔形棱镜实现将光瞳光束在共路干涉仪内拆分为光瞳的互补的子区域P和Q，将光瞳的两个互补的子区域P和Q中的一个子区域作为干涉仪分支在分开的楔形棱镜中进行引导，其中，至少替代楔形棱镜中的一个楔形棱镜而使用阿米西(Amici)型屋脊棱镜，屋脊棱镜由互补棱镜补充为楔形棱镜但是通过气隙与互补棱镜分开，互补的子区域P和Q的反转作为在至少一个屋脊棱镜内的旋转借助子区域P和Q在一个屋脊棱镜的屋脊棱边上的两次内部反射来进行，并且干涉仪分支中的至少一个干涉仪分支的两次内部反射的光的干涉在楔形棱镜的覆以部分可穿透的分束器层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于借助图像反转干涉法来改进激光扫描显微镜的分辨率或信噪比的方法，其中，在一个干涉仪分支中进行光瞳光束的至少一次镜像，以便使在至少一个轴线上镜像的光瞳图像的波前和另一干涉仪分支的未改变的光瞳图像的波前干涉，所述方法包括以下步骤：‑将来自所述激光扫描显微镜的光瞳光束耦入共路干涉仪(2)中，‑从所述光瞳光束中将光瞳(1)的面积沿着限定的横向于准直的光束的光轴(12)的轴线(11)拆分为所述光瞳(1)的两个互补的子区域P和Q，以产生两个子光束，将所述两个子光束沿着所述共路干涉仪(2)作为两个沿着所述光轴(12)对置地定向的干涉仪分支镜像对称地引导，并且通过全反射分开地供给到至少一个光束偏转装置，‑在至少一次光束偏转之后使所述干涉仪分支的光在部分可穿透的分束器层(34)上干涉，其中，借助所述分束器层(34)，所述一个干涉仪分支的透射光与所述另一干涉仪分支的反射光以及所述一个干涉仪分支的反射光与所述另一干涉仪分支的透射光分别达成所述光瞳(1)的第一子区域P的波前与跟所述第一子区域P互补的第二子区域Q的波前的组合以及所述光瞳(1)的第二子区域Q的波前与跟所述第二子区域Q互补的第一子区域P的波前的组合，从而能产生源自所述光瞳(1)的两个不同的子区域P和Q的波前的相长干涉(C)和相消干涉(D)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.31 DE 102017101829.81.用于借助图像反转干涉法来改进激光扫描显微镜的分辨率或信噪比的方法，其中，在一个干涉仪分支中进行光瞳光束的至少一次镜像，以便使在至少一个轴线上镜像的光瞳图像的波前和另一干涉仪分支的未改变的光瞳图像的波前干涉，所述方法包括以下步骤：-将来自所述激光扫描显微镜的光瞳光束耦入共路干涉仪(2)中，-从所述光瞳光束中将光瞳(1)的面积沿着限定的横向于准直的光束的光轴(12)的轴线(11)拆分为所述光瞳(1)的两个互补的子区域P和Q，以产生两个子光束，将所述两个子光束沿着所述共路干涉仪(2)作为两个沿着所述光轴(12)对置地定向的干涉仪分支镜像对称地引导，并且通过全反射分开地供给到至少一个光束偏转装置，-在至少一次光束偏转之后使所述干涉仪分支的光在部分可穿透的分束器层(34)上干涉，其中，借助所述分束器层(34)，所述一个干涉仪分支的透射光与所述另一干涉仪分支的反射光以及所述一个干涉仪分支的反射光与所述另一干涉仪分支的透射光分别达成所述光瞳(1)的第一子区域P的波前与跟所述第一子区域P互补的第二子区域Q的波前的组合以及所述光瞳(1)的第二子区域Q的波前与跟所述第二子区域Q互补的第一子区域P的波前的组合，从而能产生源自所述光瞳(1)的两个不同的子区域P和Q的波前的相长干涉(C)和相消干涉(D)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助双楔形棱镜(3)实现将所述光瞳光束在所述共路干涉仪(2)中拆分成所述光瞳(1)的互补的子区域P和Q，从而分别使所述两个互补的子区域中的一个子区域P或Q在分开的楔形棱镜(31、32)中作为具有至少一个内部反射的干涉仪分支来引导，并且干涉仪分支的内部反射光的干涉在所述楔形棱镜(31、32)的覆以所述部分可穿透的分束器层(34)的接触面上进行，其中，在所述分束器层(34)上，一个楔形棱镜(31)的透射光与另一楔形棱镜(32)的反射光以及所述一个楔形棱镜(31)的反射光与所述另一楔形棱镜(32)的透射光叠加，并且所述第一子区域P的波前与所述第二子区域Q的波前相长干涉和相消干涉，从而将所述光瞳(1)的光束拆分用于源自所述子区域P和Q的相互镜像的波前的干涉。3.根据权利要求1所述的方法，其中，对从所述楔形棱镜(31；32)中的至少一个楔形棱镜的斜边面(c)离开的、作为在所述分光器层(34)上所述一个干涉仪分支的反射光和所述另一干涉仪分支的透射光的干涉分量的光进行评估。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在干涉的光从至少一个斜边面(c)离开之后，借助探测器(4、41、42)在共轭光瞳(1’)中探测强度。5.根据权利要求3所述的方法，其中，在干涉的光从所述双楔形棱镜(3)的楔形棱镜(31、32)的斜边面(c)中的至少一个斜边面离开之后，借助至少一个另外的双楔形棱镜(35；36)将来自共轭光瞳(1’)的第二子区域Q的干涉的光展开以与第一子区域P形成全图像，所述至少一个另外的双楔形棱镜与所述至少一个斜边面(c)相反地并且以与所述至少一个斜边面平行定向的斜边面(c)布置在所述至少一个斜边面之后。6.根据权利要求3所述的方法，其中，在干涉的光从所述双楔形棱镜(3)的楔形棱镜(31、32)的斜边面(c)离开之后，分别借助相对于所述楔形棱镜(31；32)的各自的斜边面(c)以平行的小直角面旋转90°的方式布置的另外的双楔形棱镜(35；36)，将分别来自共轭光瞳(1’)的干涉的子区域(U+Tx+R+Sx)或(T-Ux+S-Rx)的干涉的光分别拆分为两个四分之一子区域(U+Tx+Ry+Sxy)和(R+Sx-Uy-Txy)或者(T-Ux+Sy-Rxy)和(S-Rx-Ty+Uxy)、并在所述另外的双楔形棱镜(35、36)中的一个另外的双楔形棱镜中在共路干涉仪(2)的意义上进行引导并且相长叠加和相消叠加，从而使另外的共轭光瞳(1’)的四个能组成为全光瞳图像的且不同地分别与所有四分之一子区域(R、S、T、U)干涉的四分之一在所述另外的双楔形棱镜(35；36)的斜边面(c)上离开。7.根据权利要求1所述的方法，其中，-借助双楔形棱镜(3)实现将所述光瞳光束在所述共路干涉仪(2)中拆分成所述光瞳(1)的互补的子区域P和Q，-分别将所述两个互补的子区域中的一个子区域P或Q作为干涉仪分支在分开的楔形棱镜(31、32)中进行引导，其中，至少替代所述楔形棱镜中的一个楔形棱镜(31)而使用阿米西型的屋脊棱镜(37)，所述屋脊棱镜由互补棱镜(38)补充为楔形棱镜(31)，但通过气隙(39)与所述互补棱镜分开，并且-所述互补的子区域P和Q的反转作为在至少一个屋脊棱镜(37)内的旋转借助所述子区域P和Q在一个屋脊棱镜(37)的屋脊棱边上的两次内部反射来进行，并且-所述干涉仪分支中的至少一个干涉仪分支的两次内部反射的光的干...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯·维克特，拉尔夫·内茨，
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