在激光扫描显微镜中扫描激发辐射和/或操纵辐射的光学组件以及激光扫描显微镜制造技术

本发明专利技术涉及一种在激光扫描显微镜中扫描激发辐射和/或操纵辐射的光学组件，所述组件具有以下部件：光学扫描单元，作为第一聚焦装置以提供第一光瞳平面；第一光束偏转装置，该第一光束偏转装置由在第一光瞳平面中布置的第一扫描仪构成，用于在第一坐标方向上扫描激发辐射和/或操纵辐射；以及第二聚焦装置，该第二聚焦装置用于生成与第一光瞳平面光学共轭的第二光瞳平面；包括第二光束偏转装置，用于偏转激发辐射和/或操纵辐射，所述第二偏转装置布置在第二光瞳平面中。根据本发明专利技术的光学组件的特征在于，提供第三聚焦装置以便生成第三光瞳平面，该第三光瞳平面与第一光瞳平面光学共轭，在第三光瞳平面中布置第三光束偏转装置，以便使激发辐射和/或操纵辐射偏转，并且提供可变光束偏转构件以便在第一光束路径和第二光束路径之间切换光束路径。本发明专利技术的另一方面涉及激光扫描显微镜。

Scanning the optical components that excite and / or manipulate radiation and the laser scanning microscope in the laser scanning microscope

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在激光扫描显微镜中扫描激发辐射和/或操纵辐射的光学组件以及激光扫描显微镜在第一方面，本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的在激光扫描显微镜中扫描激发辐射和/或操纵辐射的光学布置。在其他方面，本专利技术涉及根据权利要求21的前序部分的激光扫描显微镜。例如在DE102014017001A1中描述了在激光扫描显微镜、特别是激光扫描荧光显微镜中扫描激发辐射和/或操纵辐射的通用的光学布置，并且该光学布置包括以下部件：扫描光学单元，作为第一聚焦装置以提供第一光瞳平面；第一束偏转装置，其由在第一光瞳平面中布置的第一扫描仪形成，用于在第一坐标方向上扫描激发辐射和/或操纵辐射；第二聚焦装置，用于生成与第一光瞳平面光学共轭的第二光瞳平面；以及第二束偏转装置，用于偏转激发辐射和/或操纵辐射，该第二束偏转装置布置在第二光瞳平面中。DE102014017001A1同样公开了通用的激光扫描显微镜，特别是共聚焦激光扫描荧光显微镜，并且该激光扫描显微镜包括以下部件：至少一个激光光源，用于发射激光辐射以激发和/或操纵样品；至少一个主分色器，用于将一方面激发辐射和/或操纵辐射与另一方面从样品发出的波长偏移的检测光分开；以及至少一个显微镜物镜，用于将激发辐射和/或操纵辐射引导和聚焦到样品上，且用于引导和准直从样品发出的检测光以返回到主分色器的方向上；以及检测模块，用于检测该检测光。激光扫描显微镜已成为生物医学研究中必不可少的工具。除了纯粹成像以外，样品的光学操纵也变得越来越重要。在此，通常的技术问题在于，在尽可能紧凑的结构空间中以尽可能低的花费且以尽可能低的透射损耗来生成各自相互成像的多个光学光瞳。在此可用光瞳的数目旨在大于或等于三个。目的是能够在可用光瞳中的至少两个之间进行切换。已知的解决方案首先基于支架上不同端口的使用。这是不利的，因为显微镜支架因此变得复杂且昂贵。此外，在某些情况下，则不可能在同一支架上实施其他方法，例如高分辨率显微术。此外，通常必须实行复杂的调整，以便使相应的像场彼此一致。通过仅一个扫描物镜进行操纵的已知解决方案通常是机械式，并且因此通常相对较慢。通常，相对较大的质量(例如由反射镜构成)几乎不可能比10ms更快地切换。通过振镜式扫描仪可以实现相对较短的切换时间。但是，在这种情况下，必须努力将质量惯性矩保持在较低水平。US-7,715,078公开了在多个扫描仪之间的切换。在此，除了实际扫描样品所需的扫描仪以外，还需要至少两个其他扫描仪，这些扫描仪用于切换光束路径。此外，在所述文档中解释的实施例还公开了表示为简单透镜的折射式光学单元。然而，在此不可能在第四光瞳中容纳z扫描的反射镜。然而，特别是对于三维光学操纵，需要所述反射镜。在此，光学元件的复杂程度在于，扫描物镜是复杂的且光效率不高。EP2042905B1公开了两个扫描仪对的组合。在此可以分别选择一个扫描仪对或另一个扫描仪对。然而，因为要移动的质量相对较大，因此无法非常快速地切换单独轴线。DE10050529B4公开了多个束偏转单元的组合，该多个束偏转单元各由两个束偏转模块构成。在示例性实施例中还描述了束偏转装置之间的成像光学单元。但是，不可以在不同的扫描模式之间进行切换。也没有描述用于影响波前的构件。可以认为，由本专利技术解决的一个问题在于创建提供其他光瞳平面的光学布置，其中旨在于仅占用很少的附加结构空间。此外，本专利技术的目的是能够尽可能快速地在光瞳平面之间来回切换。最后，目的是创建一种具有附加光瞳平面的激光扫描显微镜，其中可以尽可能快速地在不同光瞳平面之间来回切换。该问题通过具有权利要求1的特征的光学布置解决。关于显微镜，该问题通过具有权利要求21的特征的激光扫描显微镜解决。根据本专利技术，上述指定类型的光学布置是借助于以下事实而开发：存在第三聚焦装置，用于生成关于第一光瞳平面光学共轭的第三光瞳平面；在该第三光瞳平面中布置第三光束偏转装置，用于偏转激发辐射和/或操纵辐射；并且存在可变光束偏转构件，用于在第一光束路径和第二光束路径之间切换光束路线。特别优选地，第一光束路径可以至少从可变光束偏转构件、经由第三光束偏转装置、同时绕过第二光束偏转装置到第一扫描仪延伸。特别优选地，第二光束路径可以至少从可变光束偏转构件、同时绕过第三光束偏转装置、经由第二光束偏转装置到第一扫描仪延伸。借助于存在根据本专利技术的扫描激发辐射和/或操纵辐射的光学布置的事实，根据本专利技术开发了上述指定类型的激光扫描显微镜。从属权利要求涉及根据本专利技术的光学布置和根据本专利技术的激光扫描显微镜的有利变型，并且下面特别是结合附图附加地描述所述变型。在本说明书的上下文中的光学布置表示一布置，该布置特别是包括光束成形部件(例如透镜和凹面反射镜)和光束偏转部件(例如反射镜)，该光束偏转部件特别是可移动的。对于第二光束偏转装置和第三光束偏转装置，重要的是将辐射以限定的方式偏转。特别优选的变型的区别在于：在第二光瞳平面中的第二光束偏转装置是第二扫描仪，该第二扫描仪特别是在与第一坐标方向不同的第二坐标方向上扫描激发辐射和/或操纵辐射；和/或在第三光瞳平面中的第三光束偏转装置是第三扫描仪，该第三扫描仪特别是在与第一坐标方向不同的第二坐标方向上扫描激发辐射和/或操纵辐射。术语扫描被理解为是意味着将激发辐射或操纵辐射的光束在样品上受控制地引导。该扫描可以以有规律的模式进行，例如逐行地进行，但是特别地还沿着预先定义的轨迹进行。在本说明书的上下文中，术语扫描仪，例如第一扫描仪、第二扫描仪和第三扫描仪，表示可以至少在一个坐标方向上更改光束的方向的装置。可枢转的反射镜特别优选地用作扫描仪。就本说明而言，激发辐射被理解为意味着通常用于成像的电磁辐射(特别是可见光、以及红外和紫外辐射)。所述激发辐射更一般地由激光器提供。在这种情况下，可以使用各种对比方法。特别优选的是用于从染料激发荧光的辐射，用该染料制备待检查的样品。激光扫描荧光显微镜用于测量该荧光。然而，原理上还可以涉及用于光学显微镜的照明光。操纵辐射表示电磁辐射，特别是在可见光范围内，以及在红外和紫外线范围内，该电磁辐射可用于实现对待检查的样品有目标地更改，特别是在以有目标的方式选择的空间区域内或者以有目标的方式选择的和待预先定义的轨迹中。在本说明书中，同义使用以下术语：一方面是激发辐射和激发光，以及另一方面是操纵辐射和操纵光。术语检测光被理解为意味着这样的光：其由于激发而由样品发射，并且旨在于通过整个光学布置进行检测。特别地，检测光可以是荧光。就本说明而言，术语光瞳平面被理解为意味着一光学平面，该光学平面在激光扫描显微镜中的光学布置的操作状态下，关于在各个情况下使用的显微镜物镜的后物镜光瞳是光学共轭的。作为示例，在根据本专利技术的扫描的装置的操作状态下，第一光瞳平面、第二光瞳平面、第三光瞳平面和第四光瞳平面关于显微镜物镜的后光瞳是光学共轭的。因为后物镜光瞳的位置变化，因此通常仅对于一个物镜，光瞳平面关于后物镜光瞳恰好是光学共轭的。对于其他物镜，光瞳平面关于后物镜光瞳近似光学共轭。在本说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学布置，用于在激光扫描显微镜、特别是激光扫描荧光显微镜中扫描激发辐射和/或操纵辐射，所述光学布置/n包括扫描光学单元(SO)，作为第一聚焦装置以提供第一光瞳平面(P1)，/n包括第一光束偏转装置，所述第一光束偏转装置由在所述第一光瞳平面(P1)中布置的第一扫描仪(S1)形成，用于在第一坐标方向(y)上扫描所述激发辐射(16)和/或操纵辐射(10)，/n包括第二聚焦装置(H1)，用于生成关于所述第一光瞳平面(P1)光学共轭的第二光瞳平面(P2)，/n包括第二光束偏转装置(S2)，用于偏转所述激发辐射(16)和/或操纵辐射(10)，所述第二光束偏转装置布置在所述第二光瞳平面(P2)中，/n其特征在于，/n存在第三聚焦装置(H2)，用于生成相对于所述第一光瞳平面(P1)光学共轭的第三光瞳平面(P3)，/n在所述第三光瞳平面(P3)中布置第三光束偏转装置(S3)，用于偏转所述激发辐射(16)和/或操纵辐射(10)，并且/n存在可变光束偏转构件(20)，用于在第一光束路径和第二光束路径之间切换光束路线。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170825 DE 102017119480.01.一种光学布置，用于在激光扫描显微镜、特别是激光扫描荧光显微镜中扫描激发辐射和/或操纵辐射，所述光学布置
包括扫描光学单元(SO)，作为第一聚焦装置以提供第一光瞳平面(P1)，
包括第一光束偏转装置，所述第一光束偏转装置由在所述第一光瞳平面(P1)中布置的第一扫描仪(S1)形成，用于在第一坐标方向(y)上扫描所述激发辐射(16)和/或操纵辐射(10)，
包括第二聚焦装置(H1)，用于生成关于所述第一光瞳平面(P1)光学共轭的第二光瞳平面(P2)，
包括第二光束偏转装置(S2)，用于偏转所述激发辐射(16)和/或操纵辐射(10)，所述第二光束偏转装置布置在所述第二光瞳平面(P2)中，
其特征在于，
存在第三聚焦装置(H2)，用于生成相对于所述第一光瞳平面(P1)光学共轭的第三光瞳平面(P3)，
在所述第三光瞳平面(P3)中布置第三光束偏转装置(S3)，用于偏转所述激发辐射(16)和/或操纵辐射(10)，并且
存在可变光束偏转构件(20)，用于在第一光束路径和第二光束路径之间切换光束路线。


2.根据权利要求1所述的光学布置，
其特征在于，
所述第一光束路径至少从所述可变光束偏转构件(20)、经由所述第三光束偏转装置(S3)、同时绕过所述第二光束偏转装置(S2)行进到所述第一扫描仪(S1)，和/或
所述第二光束路径至少从所述可变光束偏转构件(20)、同时绕过所述第三光束偏转装置(S3)、经由所述第二光束偏转装置(S2)行进到所述第一扫描仪(S1)。


3.根据权利要求1或2所述的光学布置，
其特征在于，
所述第二聚焦装置(H1)和/或所述第三聚焦装置(H2)是凹面反射镜，特别是复曲面凹面反射镜、或球面凹面反射镜。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学布置，
其特征在于，
所述第一光束路径行进经由所述第三聚焦装置(H2)，和/或
所述第二光束路径行进经由所述第二聚焦装置(H1)。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学布置，
其特征在于，
对于所述激发辐射(16)和所述操纵辐射(10)，所述第二光瞳平面(P2)位于所述第一光瞳平面(P1)的光束上游，并且
所述第三光瞳平面(P3)位于所述第二光瞳平面(P2)的光束上游。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学布置，
其特征在于，
在所述第二光瞳平面(P2)中的所述第二光束偏转装置是第二扫描仪(S2)，所述第二扫描仪用于在第二坐标方向(x)上扫描所述激发辐射(16)和/或所述操纵辐射(10)，所述第二坐标方向(x)与所述第一坐标方向(y)不同，和/或
在所述第三光瞳平面(P3)中的所述第三光束偏转装置是第三扫描仪(S3)，所述第三扫描仪用于在第二坐标方向(x)上扫描所述激发辐射(16)和/或所述操纵辐射(10)，所述第二坐标方向(x)与所述第一坐标方向(y)不同。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学布置，
其特征在于，
所述第二光束偏转装置和/或所述第三光束偏转装置是固定的反射镜、其表面能够主动地弯曲的可调整反射镜、或者是一些其他更改波前的元件。


8.根据权利要求6或7所述的光学布置，
其特征在于，
所述第二扫描仪(S2)是共振扫描仪，且所述第三扫描仪(S3)是准静态扫描仪，或者
所述第三扫描仪(S3)是共振扫描仪，且所述第二扫描仪(S2)是准静态扫描仪。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学布置，
其特征在于，
所述第一扫描仪(S1)是准静态扫描仪。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学布置，
其特征在于，
所述可变光束偏转构件(20)包括至少一个定位可变的反射镜(22)。


11.根据权利要求10所述的光学布置，
其特征在于，
所述反射镜是旋转反射镜(22)，具有特别是振镜式旋转装置。


12.根据权利要求10或11所述的光学布置，
其特征在于，
存在用于将所述可...

【专利技术属性】
技术研发人员：T安胡特，M瓦尔德，D施韦特，B波姆，
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