CN110632726A - 用于对相位掩膜进行校准的方法和显微镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对相位掩膜进行校准的方法和显微镜，特别是用于对尤其为显微镜的光学设备的光路内的相位掩膜、尤其是SLM进行校准的方法，包括以下方法步骤：相继地以灰度值的不同模式驱控相位掩膜，分段的第一子集的第一灰度值保持恒定，分段的第二子集的第二灰度值以从一个模式变到下一模式的方式变化，给相位掩膜加载以光学设备的光，针对不同的模式在相位掩膜射束下游测量光路内的光的总强度的至少一部分，获得测得的强度依赖于第二灰度值的特征变化曲线，从特征变化曲线获得第二灰度值与通过相位掩膜赋予的相移之间的关系，基于所获得的灰度值与相移之间的关系校准对相位掩膜的驱控。本发明还涉及一种适用于执行根据本发明的方法的显微镜。

Description

用于对相位掩膜进行校准的方法和显微镜
技术领域
本发明在第一观点中涉及用于对尤其是显微镜的光学设备的光路内的相位掩膜、尤其是SLM进行校准的方法。本发明在第二观点中涉及尤其适用于执行根据本发明的方法的显微镜。
背景技术
用于检查样本的按类属的显微镜具有如下部件：用于发出照明光的至少一个光源；用于将照明光引导到样本上的至少一个显微物镜；以及用于将探测光从样本引导到相机上的光学器件；布置在光路内的相位掩膜；用于测量探测光路内的光的相机；以及用于驱控相位掩膜和相机以及用于评估由相机测得的光的控制和评估单元。
在显微镜中，在不同的应用领域中需要结构化的照明。例如，对于光片层照显微镜需要近似薄片的照明。这意味着应产生所谓的光片，使得沿光的第一横向方向尽可能薄、沿光的第二横向方向宽并且沿光的传播方向尽可能长。为了实现此情况，可以例如将贝塞尔射束相干叠加。此外还公知的是，有针对性地利用各个贝塞尔射束之间的干涉效应，以便产生延展的并且此外经结构化的光片。
此外还公知有所谓的Sinc3射束，以其能在样本内实现只具有较低的副极值的方形的光片。
针对相位掩膜的(尤其是空间光调制器(Spatial Light Modulator SLM))的另外的使用领域是激光扫描显微镜，其中以照明焦点扫描三维体积。在荧光显微镜中，在特定的技术情况下，有针对性地将样本光学脱色。为此，也需要对用于脱色的光进行适当的空间结构化。结构化照明的突出的应用是所谓的超高分辨率显微镜(Superresolution-Microscopy)，其中，有针对性地成形点分布函数(Point-Spread-Function)。例如，用于照明的点分布函数在所谓的STED方法中具有面包圈的形状。
前述的针对结构化照明的示例都可以利用相位掩膜，例如空间光调制器(SLM)来付诸实施。基本上存在两种不同类型的SLM，其区别在于所使用的液晶。向列型SLM能够实现从0至6π的最大连续可调的相差，但是其相对缓慢。通常，它具有大约60Hz的图像刷新率。专门的向列型SLM可以达到直至500Hz的图像刷新率。利用向列型SLM可以达到超过90％的照明效率。
铁电性SLM只能够在具有相差0与相差π的状态之间往复切换。铁电性SLM在其高速度方面是有利的。可以达到直至4kHz的图像刷新率。然而，所具有大约10％的照明效率却是相对较低的。
这两种类型的SLM的共性在于所能实现的相差取决于入射激光的波长。
向列型SLM应如下这样地进行校准，即，使其具有0至2π的连续的相差。然而，此相差只能够针对设计波长进行调节。一旦SLM以其他波长被照射，则对该光进行赋予的相差就偏离2π。在波长较小时相差变更大，在波长较大时相差降低。
在铁电性SLM中具有类似的特性。在此，也只是针对设计波长实现为π的相差。在波长不同于设计波长时，则生成了不同于π的相差。
所提供的SLM的这些特征直接影响到以上给出的结构化照明的示例的产生。这些射束可能只有在如下情况中才例如最佳地产生，即，要么例如针对贝塞尔射束和马修射束能连续调节0至2π的相差，要么例如在相干叠加的贝塞尔射束或相干叠加的Sinc3射束的情况中使相差精确地为π。
对SLM的驱控通常经由控制和评估单元进行，典型地经由为SLM提供灰度级图像的PC进行。各个图像点的灰度级在SLM内部被转换为电压，并且因此相应于各个SLM像素的相差。例如，在比特深度为8比特时，图像中的灰度值0相应于相差0，而灰度值255相应于相差2π。如上所述，SLM只有当与波长有关的相差被相应地校准时方可被最佳地使用。这意味着，例如为SLM提供将灰度值与导致希望的相差的各电压相关联的表。
Holoeye公司已描述了用于校准SLM的测量结构，其中，将激光射束分裂为两个部分，并且将两个子射束分别偏转到待校准的SLM的子区域上。两个射束在相机上又叠加，并且拍摄所形成的条形的干涉图案。将不同的灰度值施加到SLM的两个子区域上，以改变两个射束的相对相位并且因此使干涉图案在相机上移动。干涉极值在相机上的移动直接与相对的相差成比例。在该校准方法中，针对所希望的波长来校准SLM，然后将SLM牢固地安置在例如是显微镜的光学设备内。如果不将SLM从各设备拆下，则就无法以该方法进行随后的校准。
发明内容
本发明的任务可以在于：说明一种用于在光学设备内对相位掩膜进行校准的方法，该方法的执行是不特别高花费的。此外，应提供一种显微镜，其中，不需要高花费地就可以校准存在于其内的相位掩膜。
此任务通过具有权利要求1的特征的方法并且通过具有权利要求16的特征的显微镜解决。
根据本发明的方法的有利的变型方案和根据本发明的显微镜的优选的设计方案在下文中尤其与从属权利要求和附图相结合地被描述。
在根据本发明的用于校准光学设备的光路内的相位掩膜的方法中执行如下步骤：相继地以灰度值的不同模式驱控相位掩膜，其中，分段的第一子集的第一灰度值保持恒定，并且其中，分段的第二子集的第二灰度值以从一个模式变到下一模式的方式变化，给相位掩膜加载以光学设备的光，针对不同的模式在相位掩膜射束下游
Figure BDA0002103032690000041
测量光路内的光的总强度的至少一部分，并且获得测得的强度依赖于第二灰度值的特征变化曲线，从该特征变化曲线获得灰度值与通过相位掩膜赋予的相移之间的关系，并且基于所获得的灰度值与相移之间的关系校准对相位掩膜的驱控。
上述类型的显微镜根据本发明通过如下方式被改进，即，使控制和评估单元被设立成用于，相继以灰度值的不同的模式驱控相位掩膜，其中，分段的第一子集的第一灰度值保持恒定，并且其中，分段的第二子集的第二灰度值以从一个模式变到下一模式的方式变化，驱控相机用以针对不同的模式在相位掩膜射束下游测量光路内的光的总强度的至少一部分，形成测得的强度依赖于第二灰度值的特征变化曲线，从该特征变化曲线获得第二灰度值与通过相位掩膜赋予的相移之间的关系，并且基于所获得的灰度值与相移之间的关系校准对相位掩膜的驱控。
在本说明书的范围内，相位掩膜被理解为具有多个可控分段的光学设备，这些可控的分段分别将透过或反射的光赋予限定的并且根据对各自的部分的驱控而可变的相移。原则上可以使用如下相位掩膜，在其中，分段仅沿一个空间方向分布。对于此情况，示例是具有条形分段的相位掩膜。
特别优选地，使用具有二维结构化的相位掩膜。这样的相位掩膜可以被称为2D相位掩膜，并且可以尤其具有带像素列和像素行的像素结构。相位掩膜的可单个调节的或可控的分段因此是单个的像素。射束操作的可能性在这样的二维相位掩膜中尤其是多样性的。
原则上可以使用铁电性SLM作为相位掩膜。通常，由于可变的可调节性，使得向列型空间光调制器(SLM)被用作相位掩膜。
如下过程被理解为对相位掩膜的校准，在其中，提供例如是数字式的驱控值的驱控与相位掩膜的分别被驱控的分段的希望的相差的限定的配属关系。
原则上考虑如下所有设备作为光学设备，在其中，相位掩膜被用于受调控的和限定地对光进行微观影响。根据本发明的方法的主要的应用领域是如下显微镜，其中，应以多样的方式将尤其是照明光和探测光进行结构化。
例如，光学设备可以是激光扫描显微镜(LSM)、宽场显微镜或光片层照显微镜。但是根据本发明的方法的有利的应用可能性也在于作为光学设备的用于对色素进行微观操作的光操作器。
术语“灰度值”在本说明书的范围内被称为驱控值，将其加载给相位掩膜的特定的分段。尤其地，其是例如具有8比特的比特宽度的数字式的驱控值。此值可以因此取0至255的值。驱控意味着将特定的驱控值施加到特定的分段上或特定的像素上。因此，使该像素因此被置于如下状态中，在其中，像素为透射过的或反射的光赋予特定的相差。针对特定的驱控值的此相差的大小首先是不清楚的。获知此相差是根据本发明的方法的目的。
将对用于所使用的相位掩膜的不同的分段、尤其是像素的驱控值的进行特定的组合被理解灰度值的模式。
将分段的特定的部分集称为分段的子集，这些子集可以任意地在相位掩膜上分布，并且尤其地不必相邻。
术语“光学设备的光”对于本发明的说明书来说意味着如下的光，其在光学设备的工作运行中应被相位掩膜操作。对此，例如对于显微镜的情况，意味着是加载给样本的照明光。
根据本发明，针对不同的模式在相位掩膜射束下游测量在光路中的光的总强度的至少一部分。这尤其地意味着，在强度方面评估光束横截面的其中一部分。尤其地，总光强度的部分可以是至少一个衍射级的、例如第零或第一衍射级的光。
术语“测得的强度依赖于第二灰度值的特征变化曲线”意味着值对(被调节的第二灰度值、针对此灰度值测得的强度)的全体。
对于校准重要的是，获知确定的调节的灰度值与通过此灰度值真实导致的相移之间的真实关系。对于此关系的认知最终能够实现基于灰度值与相移之间的此获得的关系来校准对相位掩膜的驱控。
本发明的重要的优点被认为是，原则上也可以在如下状态中校准相位掩膜，在其中，相位掩膜已被装入到各自的光学设备内，尤其是因此被装入到显微镜内。这样的事后校准例如当显微镜在不同的温度下运行时或者当SLM的驱控单元，例如FPGA(FieldProgrammable Gate Array现场可编程门阵列)由于故障而必须被更换时会是必需的。SLM的老化现象也会改变灰度值与相差之间的初始的关系，以此也可能需要进行新的校准。该事后的校准可以借助于根据本发明的方法执行，并且可以在根据本发明的显微镜中执行，而不必拆卸各自的相位掩膜。在这方面本发明的另外的有意义的优点是，也不需要在光学设备的光路内进行高花费的调校，这是因为待重新校准的相位掩膜不必被拆卸。
针对所使用给相位掩膜进行加载的模式，原则上具有较大的自由度。重要的是，针对分段的第一组或第一子集的驱控不改变，而针对分段的第二子集从一个模式改变到下一模式。
原则上，模式也可以是非周期性的。但是特别优选的是，模式在相位掩膜的平面内至少沿一个空间方向是呈周期性的。
例如，灰度值的被调节的模式是用于产生达曼光栅的模式。
在根据本发明的方法的特别优选的变型方案中，第二灰度值在相位掩膜的整个动态范围内变化。引出本发明的前期工作已表明，校准可以基于相对简单的数学关系来执行。
原则上，为校准的目的可以存在单独的射束偏转器件，通过其来将用于校准的测量中所使用的照明光引导到相机。
在替选的变型方案中，尤其在是激光扫描显微镜或在宽场显微镜的情况中，可以为用于校准的测量使用专门的发荧光的样本。
但是为了使根据本发明的方法付诸实施，当受到相位掩膜影响的光以任何方式到达相机或探测器上时原则上就足够了。在根据本发明的方法的特别优选的变型方案中，因此针对用于校准的测量使用到在载玻片上反射的光。于是能够少花费地想到为了执行校准测量所必需的措施。
适宜地，为了用于校准的测量而可能存在的用于阻挡探测光路内的激励光的滤光器被移除光路。本发明已认识到的是，在根据本发明的方法的如下的特别优选的变型方案中能够相对简单地获知灰度值与相移之间的关系，在其中，在相位掩膜射束下游利用空间滤光器阻挡了第零衍射级的光，并且然后在空间滤光器射束下游测量光路的积分强度。于是可以通过比对
Figure BDA0002103032690000071
来获得第二灰度值与相移之间的关系。
在根据本发明的显微镜的相应的变型方案中，在相位掩膜的光路射束下游存在光阑，以用于阻挡第零衍射级的光。
当为了校准仅测量第零衍射级的光时，则存在类似的简单的关系。于是可以通过比对
Figure BDA0002103032690000081
来获得第二灰度值与相移之间的关系。
根据本发明的显微镜的相应的实施例因此特征在于，存在光阑，以用于阻挡来自大于零的衍射级的光。
原则上可以存在单独的相机，其仅使用在用于相位掩膜的校准的测量中。
但是本发明的特别的优点是，为了测量强度也可以使用也用于原本的显微镜测量的那个相机。因此，能够想到的用于执行校准测量的设备上的花费是低的。
根据本发明的显微镜可以尤其被设立成用于执行根据本发明的方法。
当应利用相位掩膜提供例如形式为强度光栅的结构化的照明时，相位掩膜适宜地被布置在与样本平面光学共轭的平面内。这样的结构例如在宽场显微镜中被考虑使用。所获得的显微镜数据然后可以经受SIM或Apotom结算。在SLM上可以例如显示条形的相位模式，该条形的相位模式由交替地具有0和128的灰度值的线构成。在理想地被校准的SLM的情况中，这相应于0或π的相差。通过移除激光阻挡滤光器，可以测量反向反射。反向反射可以在此来自单独的反射镜，或也来自载玻片或盖玻片。替选地，也可使用发荧光的样本，例如薄的发荧光的层。
在其他应用中，相位掩膜被用于波长调制。例如，可以修正像差。为此目的，相位掩膜优选被布置在与后方的物镜光瞳共轭的平面内。
附图说明
本发明的另外的优点和特点在下文中参考附图解释。其中：
图1：示出根据本发明的显微镜的示意图；
图2：示出根据本发明的显微镜的射束成形模块中的光路的示例性的图示；
图3：示出用于解释根据本发明的方法的示例性的相位掩膜的第一示意图；
图4：示出用于解释根据本发明的方法的图3中的相位掩膜的第二示意图；
图5：示出用于解释根据本发明的方法的第一图表；以及
图6：示出用于解释根据本发明的方法的第二图表。
参考图1至图6描述了根据本发明的显微镜100的实施例和根据本发明的方法的变型方案。相同的和作用相同的部件在图中通常以相同的附图标记标注。
具体实施方式
图1示意性地示出了倒置的光片层照显微镜，作为主要元件地其首先具有例如是激光模块的用于发出照明光11的光源10、用于将照明光11引导到待检查的样本48上的显微物镜30、和用于将探测光54从样本48引导到相机62、66上的另外的光学器件40、50、64。为了生成适用于光片层照显微镜的照明光11的射束形状，存在有直接布置在光源10的光路射束下游的射束成形模块20。
激励光11经由扫描器12然后到达显微物镜30内，并且从该显微物镜经由弯月透镜40到达样本48上。在图1中所示的示例中，样本48处在碟形的载玻片44中，该载玻片对于激励光11来说并对于凭借利用激励光11的照射而由样本48发射的尤其是荧光的探测光54来说都透明的。样本48可以被水46包围。载玻片44被样本台42保持，样本台尤其以公知的方式可以沿所有三个空间方向x、y、z被定位。在所示的示例中，光片与载玻片44的法向方向成45度角度入射到该载玻片上。
为了使显微物镜30在沿其光轴的纵向方向上定位，存在有压电机构32。
探测光学器件包含弯月透镜40和探测物镜50作为主要部件。为了定位探测物镜50，又存在压电机构52。探测光54在通过探测物镜50之后汇聚到分光器64上，并且然后又到达第一相机62或第二相机66上。分光器64可以例如是颜色分光器，从而利用第一相机62和第二相机66分别可以观察不同的色素。
具有进一步的细节的光束成形单元20的结构在图2中示出。尤其是可以具有高斯形射束型廓的入射光21首先到达第一柱面透镜22上，该第一柱面透镜与第二柱面透镜23一起形成第一望远镜。在光路的被对准的部分内布置有相位掩膜80，尤其是向列型SLM。当在相位掩膜80上反射之后，光经由形成第二望远镜的第四透镜24和第五透镜26最终到达出口平面27上。在第三透镜24与第四透镜26之间存在光阑25。光阑25可以尤其是圆盘形的光阑，以该光阑仅遮挡射束型廓的中心区域内的第零衍射级。在替选的变型方案中，光阑是孔光阑，其恰恰仅使第零衍射级透射过。相位掩膜布置在与出口平面27光学共轭的平面内。对此，在图1中所示的实施例在此优选地是中间成像平面。这意味着平面27与显微物镜30的样本平面光学共轭。
原则上，显微镜内的射束成形模块20也可以被如下这样地定位，即，使得平面27并且因此还有其中布置有相位掩膜80的平面处于光瞳平面内，即处于与后方的物镜光瞳共轭的平面内。
为了驱控SLM 80，在显微镜100的情况下，存在典型地为PC的控制和评估单元70。借助于控制和评估单元70，可以以灰度值G的不同的模式(Gi(x,y)、Gj(x,y))来驱控相位掩膜80。
在根据本发明的用于校准相位掩膜80的方法中，现在执行如下步骤：在时间上相继地以灰度值G的不同模式Gi(x,y)驱控相位掩膜80。在此，分段的第一子集91的灰度值G1保持恒定，而分段的第二子集92的灰度值G2以从一个模式Gi(x,y)变到下一模式Gj(x,y)的方式变化。参考示意图3和4对此详细解释。图3和4分别示出了同一个相位掩膜80，但是该相位掩膜分别以灰度值的不同模式来被驱控。在图3中，相位掩膜80以模式Gi(x,y)被驱控，而在图4中则以模式Gj(x,y)被驱控。模式Gi(x,y)和Gj(x,y)分别具有规则的条形状，也就是说它们沿x方向是呈周期性的。原则上，这样的模式可以利用具有条形分段的相位掩膜付诸实施。但是通常使用具有成行和成列的像素的2D相位掩膜。例如，可买到具有直至1280×1024的分辨率的SLM。
模式Gi(x,y)和Gj(x,y)的特征在于，分段的第一子集91的灰度值不改变。这意味着，在图3和4中，区域91分别具有相同的灰度值G1。而对第二子集92的分段进行驱控的第二灰度值G2在图4中的模式Gj(x,y)的情况下则与在图3中的模式Gi(x,y)的情况下相比有所区别。这通过在图3和图4中的区域92的不同的阴影来示意性地指明。
但是不必强制地将周期性的模式施加到相位掩膜上。也可以使用任意的非周期的模式，这是因为在这些模式中也含有更高的空间频率，并且导致希望的衍射效果。
使用在图1中示意性地示出的结构来执行根据本发明的方法的可能性现在在于，利用布置在与样本48相同的位置上的偏转镜49将借助于相位掩膜80被调制的光束(在所述的示例中为光片)直接耦入到探测光路内，并且因此将光片直接成像到相机62、66中的一个上。
代替偏转镜49地也可以使用专门的发荧光的样本48。
但是，还有甚至完全没有显微镜内的附加的部件就能应付的更简单的可能性在于，利用载玻片44上的反射。由于上述几何关系，使得光片的光在载玻片44上直接反射到探测物镜50内。
原则上也可行的是，光在进入到样本48内之前或在汇聚到载玻片44上之前从光路耦出，并且使其偏转到单独的相机上。这样的单独的相机也可以持久地安置在显微镜内，其中，沿此单独的相机的方向耦出可以借助于分光器实现。
在如上所述将第零衍射级遮挡时，即在光阑55是圆盘形的光阑时，在相机62或66上只有更高的衍射级发生干涉，并且因此可见到周期性的强度光栅。但是相机上的此强度光栅本身则对原本的校准不起作用。关键的是，对全部落到相机上的光的强度I进行测量。该强度是光路的总强度减去被遮挡的第一衍射级的光。根据本发明，现在针对多个不同的模式Gi(x,y)测量这些强度，其中，如所述，分段的第一子集91的第一灰度值G1保持恒定，而分段的第二子集92的第二灰度值G2改变。
特别优选地，第二灰度值G2在相位掩膜80的整个动态范围上变化。
从测量数据获得测得的强度(I)依赖于第二灰度值(G2)的特征变化曲线I(G2)。图5示出了这种特征变化曲线的示例，其中，相对于灰度值G2绘出了归一化到最大值I最大的强度。
对于汇聚到相机62或66上的光的总强度适用的是：
Figure BDA0002103032690000131
其中，
Figure BDA0002103032690000132
是通过相位掩膜80真实赋予的相移。以此关系可以从依赖于灰度值G2地测得的强度获得与第二灰度值G2有关的相移
Figure BDA0002103032690000133
针对图5的测量数据，在图6的图表中示出了相移
Figure BDA0002103032690000134
与被调整的灰度值G2的相关性，其中，相对于灰度值G绘出了相移
Figure BDA0002103032690000135
图6可以被视作相位掩膜80的校准结果，并且原则上提供了必须如何驱控相位掩膜80以使得达到特定的希望的相移
Figure BDA0002103032690000136
的希望的信息。例如，图6的信息可以被记录在控制和评估单元70的表内。
为了付诸实施根据本发明的方法，不必遮挡第零衍射级。当测得包含第零衍射等级在内的射束的总强度时，则必须代替落到相机上的总强度地在相机图像中测量强度的调制深度，即最大和最小强度之间的差。
然后也可能的是，为了测量仅使用第零衍射级的光。被测得的强度I与相移
Figure BDA0002103032690000137
的关系如下：
Figure BDA0002103032690000138
最后，相位掩膜80不必处于中间图像平面中。原则上，相位掩膜80可以处在任意的平面内。当例如相位掩膜80被定位在光瞳平面内时，则在相机上可见到灰度值的模式的空间频率谱。在此情况中，强度测量例如精确地在相机的相应于第一衍射级的图像区域内或如上所述相应于第零衍射级的图像区域内进行。
原则上，来自图6的测量数据可以进一步被计算，例如计算为所谓的伽马值，并且直接被编程到SLM驱控部内。但是此进一步的步骤不再涉及原本的校准方法，而是涉及在专门的设备内的实施。
以与结合图1针对光片层照显微镜的图1所描述类似的方式，根据本发明的方法也可以应用于激光扫描显微镜中，其中，SLM被用于射束成形。在此，SLM也可以原则上被定位在中间图像平面内。但是通常在激光扫描显微镜的情况下，SLM被布置在光瞳平面内用于波前调制。当将在原本的测量运行中负责使没有激励辐射到达相机上的在探测光路内的滤波器移除时，则可以测量反向反射。反向反射在此可以来自于专门装入的反射镜，或如上针对光片层照显微镜所述地也来自于载玻片。替选地，在此也可以使用专门的发荧光的样本，例如薄的发荧光的层。
作为灰度值的模式，在激光扫描显微镜的情况下，尤其使用产生达曼光栅的模式。通过对灰度值的调制和依赖于灰度值地测量至少一个衍射级的强度，可以如上所述从如下关系中依赖于灰度值地确定相移：
Figure BDA0002103032690000141
相位掩膜，尤其是SLM也可以是照片操作器的部分，其用于有针对性地接通和关断例如细胞核内的色素。
为了修正像差，也可以将相位掩膜，尤其是将SLM，使用在探测光路中。例如，SLM可以被定位在被照明光路和探测光路共同使用的光瞳内。根据本发明的用于校准SLM的方法于是可以如结合图1所述地执行。在SLM处于仅被测量光路使用的光瞳内时，如在激光扫描显微镜的情况中，可以通过移除激光阻挡滤光器来测量例如来自载玻片的反向反射。在此，可以在照明侧和探测侧聚焦到载玻片上。在此情况中，应照亮光瞳内的SLM。当SLM以周期性的模式被驱控时，则在相机上又可见到此模式的空间频率谱。如上所述，于是可以测量第一衍射级的强度并且用于校准SLM。
以本发明提供了新颖的用于对尤其是显微镜内的相位掩膜进行校准的方法。此方法的重要优点是，其原则上也可以在可运行的设备上被执行而不必拆卸SLM，即可以在原地被执行。因此不再需要在光学器件上进行的高花费的调校工作。
附图标号列表
10 光源
11 照明光/激励光
12 扫描器
20 射束成形单元
21 入射的射束、尤其是高斯射束
22 第一透镜、例如柱面透镜
23 第二透镜、例如柱面透镜
24 第三透镜
25 孔光阑
26 第四透镜
27 与相位掩膜的平面光学共轭的平面
30 显微物镜
32 压电机构
40 弯月透镜
42 样本台
44 载玻片
46 水
48 样本、尤其是发荧光的样本
49 单独的射束偏转器件
50 探测物镜
52 压电机构
54 探测光
62 相机
64 分光器
66 相机
70 控制和评估单元
80 相位掩膜
91 分段的第一子集
92 分段的第二子集
100 显微镜
G 灰度值
G1 第一灰度值
G2 第二灰度值
Gi(x,y)、Gj(x,y) 灰度值G的不同的模式
I 测得的光路内的光的强度的部分
I(G2) 测量强度依赖于第二灰度值G2的特征变化曲线
LSM 激光扫描显微镜
SLM 空间光调制器
Figure BDA0002103032690000161
第二灰度值G2与通过相位掩膜80赋予的相移
Figure BDA0002103032690000162
之间的关系

Claims (20)

1.用于对尤其为显微镜(100)的光学设备的光路内的相位掩膜、尤其是SLM进行校准的方法，在所述方法中执行以下方法步骤：
相继地以灰度值(G)的不同模式(Gi(x,y))来驱控所述相位掩膜(80)，
其中，分段的第一子集(91)的第一灰度值(G1)保持恒定，并且其中，使分段的第二子集(92)的第二灰度值(G2)以从一个模式(Gi(x,y))变到下一模式(Gj(x,y))的方式变化，给所述相位掩膜(80)加载以所述光学设备(100)的光，
针对不同的模式(Gi(x,y))在所述相位掩膜(80)射束下游测量所述光路内的光的总强度的至少一部分(I)，并且获得测得的强度(I)依赖于所述第二灰度值(G2)的特征变化曲线(I(G2))，
从所述特征变化曲线(I(G2))获得所述第二灰度值(G2)和通过所述相位掩膜(80)赋予的相移
Figure FDA0002103032680000011
之间的关系
Figure FDA0002103032680000012
并且
基于所获得的灰度值(G2)与相移
Figure FDA0002103032680000013
之间的关系
Figure FDA0002103032680000014
来校准对所述相位掩膜(80)的驱控。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述相位掩膜(80)是具有像素列和像素行的2D相位掩膜。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述相位掩膜(80)是向列型空间光调制器(SLM)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述模式(Gi(x,y))至少沿一个空间方向(x、y)是呈周期性的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述模式(Gi(x,y))是用于产生达曼光栅的模式。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述第二灰度值(G2)在所述相位掩膜(80)的整个动态范围上变化。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，
其特征在于，
经由单独的射束偏转器件(49)将针对用于校准的测量所使用的照明光引导到相机(62、66)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其特征在于，
针对用于校准的测量使用专门的发荧光的样本(49)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，
其特征在于，
针对用于校准的测量使用在载玻片(44)上反射的光。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，
其特征在于，
针对用于校准的测量将用于阻挡探测光路内的激励光的滤光器移除。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述相位掩膜(80)射束下游利用空间滤光器阻挡第零衍射级的光，
在所述空间滤光器射束下游测量所述光路的积分强度(I)，
所述第二灰度值(G2)与所述相移
Figure FDA0002103032680000031
之间的关系通过比对
Figure FDA0002103032680000033
来获得。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，
其特征在于，
针对校准仅测量第零衍射级的光，并且
所述第二灰度值(G2)与所述相移
Figure FDA0002103032680000034
之间的关系
Figure FDA0002103032680000035
通过比对
Figure FDA0002103032680000036
来获得。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，
其特征在于，
存在单独的仅针对用于对所述相位掩膜(80)进行校准的测量所使用的相机。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，
其特征在于，
为了测量强度(I)，使用也用于原本的显微镜测量的那个相机(62、66)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述光学设备是激光扫描显微镜(LSM)、宽场显微镜、光片层照显微镜或用于对色素进行微操作的照片操作器。
16.用于检查样本的、尤其是用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法的显微镜，所述显微镜具有：
至少一个用于发出照明光(11)的光源(10)；
至少一个用于将所述照明光(11)引导到所述样本(48)上的显微物镜(30)；以及
用于将探测光(54)从所述样本(48)引导到相机(62、66)上的光学器件(40、50、64)；
布置在光路内的相位掩膜(80)；
用于测量探测光路内的光的相机(62、66)；以及
用于驱控所述相位掩膜(80)和所述相机(62、66)并且用于对由所述相机(62、66)测得的光进行评估的控制和评估单元(70)，
其特征在于，
所述控制和评估单元(70)被设立成用于，
相继地以灰度值(G)的不同模式(Gi(x,y))来驱控所述相位掩膜(80)，其中，分段的第一子集(91)的第一灰度值(G1)保持恒定，并且其中，使分段的第二子集(92)的第二灰度值(G2)以从一个模式(Gi(x,y))变到下一模式(Gj(x,y))的方式变化，
驱控所述相机(62、66)来针对不同的模式(Gi(x,y))在所述相位掩膜(80)射束下游测量所述光路内的光的总强度的至少一部分(I)，
形成测得的强度(I)依赖于所述第二灰度值(G2)的特征变化曲线(I(G2))，
从所述特征变化曲线(I(G2))获得所述第二灰度值(G2)与通过所述相位掩膜(80)赋予的相移之间的关系
Figure FDA0002103032680000042
并且
基于所获得的灰度值(G2)与相移
Figure FDA0002103032680000043
之间的关系
Figure FDA0002103032680000044
来校准对所述相位掩膜(80)的驱控。
17.根据权利要求16所述的显微镜，
其特征在于，
所述相位掩膜(80)布置在与样本平面光学共轭的平面内。
18.根据权利要求16所述的显微镜，
其特征在于，
所述相位掩膜(80)布置在与后方的物镜光瞳光学共轭的平面内，所述平面尤其被激励光路和所述探测光路共同利用。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的显微镜，
其特征在于，
在所述相位掩膜(80)射束下游存在用于阻挡第零衍射级的光的光阑。
20.根据权利要求16至18中任一项所述的显微镜，
其特征在于，
存在用于阻挡高于零的衍射级的光的光阑。
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