显微镜制造技术

本发明专利技术提供一种显微镜，该显微镜能够在焦平面上按希望形状形成射束点。该显微镜设置有调制光学元件(38)和调节元件(37)，所述调制光学元件(38)具有用于对照明光进行特殊调制的多个区域，所述调节元件(37)用于调节由所述调制光学元件进行了调制的照明光的光学特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及显微镜。
技术介绍
光学显微镜领域早已建立并且目前已经开发出了多种类型的显微镜。另外，随着包括激光技术和电子成像技术的外围技术的发展，近年来已经开发出了更加高级的显微镜技术。在这样的背景下，人们提出了一种高功能性显微镜，其通过用多波长光来照明样本而诱发双谐振吸收过程，而使得不仅能够控制所获得图像的对比度，而且能够对它进行科学分析(例如，参见日本专利特开No. 8-184552)。这种显微镜能够通过选择具有双谐振吸收的特定分子来观察由特定光学跃迁造成的吸收和荧光性。下面将参照附图说明图19至图22对其原理进行描述。图19示出了组成样本的分子的价电子轨道的电子结构。首先，用波长为λ 1的光来激发图19所示基态(SO态: 稳定状态)下分子的价电子轨道上的电子，从而使其跃迁至第一激发态(Si态)。接下来， 按相似方式用波长为λ 2的光来激发该电子，以便使其跃迁至图21所示的第二激发态(S2 状态)。在这种激发态下，该分子发射荧光或磷光并且返回到图22所示的基态。采用双谐振吸收过程的显微术被用于利用图21的吸收过程和诸如荧光性或磷光现象的光发射来观察吸收图像和发射图像。根据这种显微术，首先，通过谐振波长为λ 1的激光等将组成该样本的分子激发至Sl态，如图20所示。这时，单位立方体积中Sl态的分子数与所发射光的强度成比例地增加。这里，通过将每分子吸收截面积乘以单位立方体积中的分子数来获得线性吸收系数。因此，在图21所示的激发过程中，随后照射的谐振波长为λ 2的光的线性吸收系数取决于最初照射的谐振波长为λ 1的光的强度。S卩，波长λ 2的线性吸收系数λ 2可以由谐振波长为λ 1的光的强度来控制。这表明，通过用波长为λ 1的光和波长为λ 2的光来照明样本并且用波长λ 2来拍摄透射图像，能够完全通过波长为λ 1的光来控制透射图像的对比度。另外，如果可以利用荧光性或磷光现象来执行从图21的激发态向图22的基态的去激发过程，则其发射强度与Sl态下的分子数成比例。因此，也可以利用显微镜作为荧光显微镜来控制图像的对比度。而且，采用双谐振吸收过程的显微术不仅可以如上所述来控制图像的对比度，而且可以进行化学分析。即，因为图19所示最外侧电子的轨道具有特定于每个分子的能级，所以波长λ 1在这些分子当中改变，同时，波长λ2也特定于这些分子。这里，即使用常规的单一波长的光来照射样本，也可以在一定程度上观察到特定分子的吸收图像或者荧光图像。然而，一般来说，因为某些分子的吸收频带的波长范围彼此交叠，所以当用单一波长的光来照射样本时，不能精确地识别出该样本的化学成分。与此相反，采用双谐振吸收过程的显微术利用两个波长λ 1和λ 2来限制分子吸收光或发射光，其使得能够比常规方法更精确地识别样本的化学成分。另外，在激发价电子方面，只有那些相对于分子轴具有特定电场矢量的光被强烈吸收，由此通过判定波长λ 1 的光和波长λ2的光的偏振方向来拍摄吸收图像或荧光图像实现了对相同分子的取向方向的识别。另外，近来提出了一种能够通过采用双谐振吸收过程来提供超出衍射极限的空间分辨率的荧光显微镜(例如，参见日本专利特开No. 2001-100102)。图23示出了分子的双谐振吸收过程的概念图，其中，处于基态SO的分子被波长为 λ 1的光激发至第一激发态并进一步被波长为λ 2的光激发至第二激发态S2。应注意到， 图23示出了来自处于S2状态的特定类型分子的荧光极其弱。具有如图23所示光学特性的分子呈现了非常有趣的现象。与图23 —样，图M也是双谐振吸收过程的概念图，其示出了表示空间距离的扩展的垂直轴X、被波长为λ 2的光照射的空间区域Al，以及没有被波长为λ 2的光照射的空间区域AO。在图M中，处于Sl态的多个分子是通过在空间区域AO中用波长为λ 1的光激发而生成的，这时，可以观察到来自空间区域AO的、由波长为λ3的光发射的荧光。然而，因为将波长为λ 2的光照射至空间区域Al，所以处于第一激发态Sl的大多数分子都立即被激发至更高状态-第二激发态S2，没有分子保留在第一激发态Sl。针对某些分子来识别这种现象。因为这种现象，自从开始起在空间区域Al中就完全消除了波长为λ 3的荧光并且没有来自第二激发态S2的荧光，荧光本身在空间区域Al中被完全抑制(荧光抑制效应)并且仅发射来自空间区域AO的荧光。另外，当波长为λ 2的光交叠了荧光发射频带时，分子因诱发发射过程而被迫从第一激发态Sl跃迁至基态SO的更高振动级。因而，更加增强了荧光抑制效应。换句话说， 随着波长为λ 2的光的发射，从第一激发态Sl发射的荧光量减小了。因此，如果分子被迫跃迁至量子能级(quantum level)，则呈现了荧光抑制效应。具有这种特性的材料是光致变色分子、包括稀土元素的荧光物质、量子点等。从显微镜的应用领域来看，这种现象具有非常重要的意义。即，常规扫描显微镜等利用会聚透镜将激光束会聚成微光束(microbeam)，以便在要观察的样本上进行扫描。这时，微光束的尺寸降至衍射极限，后者取决于会聚透镜的数值孔径(numerical aperture) 和波长。因此，原理上不能预计进一步的空间分辨率。然而，在图对所示的情况下，因为通过空间上部分交叠的波长为λ 1和波长为入2 的两个不同光来控制荧光区域，所以当注意力集中在波长为λ 1的光的发射区域上时，例如可以根据会聚透镜的数值孔径和波长使荧光区域比衍射极限窄，这导致空间分辨率的显著提高。因此，采用这种原理的优点，可以实现超过衍射限制分辨率的、采用双谐振吸收过程的超高分辨率显微镜，即，例如超高分辨率荧光显微镜。在利用若丹明(rhodamine)6G方面，例如，如果发射了波长为532nm的光(泵浦光；第一照明光)，则若丹明6G分子从基态SO被激发至第一激发态Si，并且发射了峰值在波长560nm的荧光。这时，如果照射了波长为599nm的光(消除光；第二照明光)，则造成双谐振吸收过程，致使若丹明6G分子跃迁至荧光发射非常困难的第二激发态。更具体地说， 向若丹明6G同时照射泵浦光和消除光抑制了荧光性。图25是常规提出的超高分辨率显微镜的主截面构造图。这种超高分辨率显微镜基于激光扫描型通用荧光显微镜并且包括三个独立单元，即，光源单元210、扫描单元230 以及显微镜单元250。光源单元210具有泵浦光源211和消除光源212。从泵浦光源211发射的泵浦光入射到二向色棱镜213并被其反射。从消除光源212发射的消除光在其相位经过调制光学部件215的空间调制之后入射至二向色棱镜213，透射过二向色棱镜213并接着按照与泵浦光同心组合的方式出射(exit)。这里，在观察利用若丹明6G染色的样本时，利用Nd:YAG激光器来设置泵浦光源 211，以发射波长为532nm的光，它是该激光器的二次谐波。另外，利用Nd: YAG激光器和拉曼移相器(Raman shifter)来设置消除光源212，以通过拉曼移相器来发射作为Nd: YAG激光器的、被调制成波长为599nm的光的二次谐波的光，作为消除光。例如，调制光学部件215调制消除光的相位并且具有被围绕光轴径向划分成8个区域的光瞳面，如图26所示。这些区域都是通过形成彼此相差消除光的波长的λ/8相位的光学多本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种显微镜，该显微镜包括：调制光学元件，该调制光学元件具有用于对照明光进行空间调制的多个区域；以及调节元件，该调节元件用于调节由所述调制光学元件进行了调制的照明光的光学特性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：池泷庆记，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：JP