CN112888975B - 具有可变的上极限波长和下极限波长的用于光的带通滤光器 - Google Patents

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Abstract

一种用于光(2)的带通滤光器(1)，其具有可变的下极限波长(24)，所述下极限波长由面式的长通滤光器(5)预给定，其中，所述长通滤光器(5)在不同的面区域中具有不同的下极限波长(24)，所述不同的面区域在第一方向(13)上彼此相继，所述带通滤光器具有可变的上极限波长(22)，所述上极限波长由面式的短通滤光器(6)预给定，其中，所述短通滤光器(6)在不同的面区域中具有不同的上极限波长(22)，所述不同的面区域在第二方向(14)上彼此相继，其中，所述长通滤光器(5)和所述短通滤光器(6)串联连接，所述长通滤光器(5)和所述短通滤光器(6)空间上彼此固定地布置并且所述第一方向(13)和所述第二方向(14)彼此横向定向。

Description

具有可变的上极限波长和下极限波长的用于光的带通滤光器
技术领域
本发明涉及一种设置用于光的带通滤光器，该带通滤光器具有可变的下极限波长，该下极限波长由面式的长通滤光器(Langpassfilter)预给定，其中，该长通滤光器在不同的面区域中具有不同的下极限波长，所述不同的面区域在第一方向上彼此相继，并且该带通滤光器具有可变的上极限波长，该上极限波长由面式的短通滤光器(Kurzpassfilter)预给定，其中，短通滤光器在不同的面区域中具有不同的上极限波长，所述不同的面区域在第二方向上彼此相继，其中，长通滤光器和短通滤光器串联连接(in Reihe geschaltet)。本发明还涉及用于借助这种带通滤光器从光束中选择波长范围的设备。
例如，从光束中选择波长范围可以用于，从关于所包含的波长具有更宽的带宽的光束中选择确定的波长范围，例如作为用于激光扫描显微镜中的染料的激发光。这种设备的另一应用是波长选择性地检测光束的光强度，例如仅检测所选择的波长范围内的光强度或在不同波长范围上的光强度分布。这也可以在激光扫描显微镜中进行，更准确地说，在用于由相应染料发射的荧光的探测射束路径中。
背景技术
由DE 10 2006 034 908 A1已知一种在激光扫描显微镜的探测射束路径中使用的分束器，所述分束器由在射束路径中可移动的渐变滤光器(Verlaufsfilter)组成，用以将探测光可调节地、波长相关地分为透射分量和反射分量。渐变滤光器在反射光的反射分量和透射分量之间的极限波长上具有连续的空间变化，并且可以实施为短通滤光器、长通滤光器或带通滤光器。光束的反射分量和透射分量由两个独立的探测器测量。
由DE 10 2009 012 874 A1描述一种具有探测射束路径的激光扫描显微镜，其具有多个探测通道并且用于探测样品中光辐射激发的光谱分量。光辐射到达可变的长通滤光器或短通滤光器。长通或短通滤光器是可变的棱边滤光器，其沿其纵向延展在透射波长分量和反射波长分量方面具有不同的划分。由长通或短通滤光器反射和/或透射的光辐射分量分别被反射器平行错位地反射回到长通或短通滤光器上，并在它们到达总共四个探测器中的一个探测器之前被所述长通或短通滤光器重新反射或透射。然后，四个探测器中的两个探测器测量由长通或短通滤光器反射一次并透射一次的光辐射分量，这些光辐射分量因此落在向上和向下限界的波长范围内。反之，另外两个探测器测量被透射两次或反射两次的光辐射分量，因此所述光辐射分量关于其波长仅单侧地受限制。
由DE 10 2010 060 747 B4描述一种具有至少两个探测单元的共聚焦激光扫描显微镜，其探测穿过探测光阑的探测光。在探测光阑和探测器单元之间的射束方向上布置有光学元件，该光学元件将探测光分离成至少两个射束聚束(Strahlbündel)并且在射束聚束内进行光谱分离。光学元件包括棱镜装置。在探测之前，借助光谱限界元件来限界射束聚束的波长范围，其中，为了改变探测波长，所述光谱限界元件可移动地布置和/或可旋转地布置。该光学元件还能够将探测光束(Detektionslichtbündel)分离成三个或多个射束聚束并在光束聚束内进行光谱分离。
例如，由DE 20 2016 008 334 U1已知，通过如下方式对光束进行光谱分割：将光束依次引导到在不同光学元件上构造的、在透射和反射之间具有不同极限波长的多个二向色的界面上。
由DE 100 38 049 A1已知一种用于在共焦扫描显微镜中选择和探测光束的光谱范围的光学装置。该光学装置具有用于光束的光谱分解的装置、用于选择预给定的光谱范围的装置并且具有探测设备。为了影响待探测的光谱范围，光谱分解的光束和探测设备可以相对彼此改变其位置。因此，探测设备仅包括一个探测器就足够。具体地，光谱分解的光束和探测设备之间的相对位置变化可以通过旋转和/或移动布置在用于光谱分解的装置前面的镜来实现。棱镜、反射光栅或透射光栅可以用作用于光谱分解的装置。
由US 4,225,233 A已知一种用于提供具有预给定的波长的输出光的光谱仪，其中借助扫描元件来预给定波长。扫描元件是光谱仪的反射光栅的图像中的小倾斜镜，该小倾斜镜的角度位置改变。由镜反射的光被引导穿过缝隙光阑(Schlitzblende)，以提供具有预给定的波长的输出光。通过借助检流计改变镜的角度位置可以扫描入射到光栅上的光束的光谱。
由Sutter仪器公司的《Lambda DG-4 and Lambda DG-5 Ultra-High-SpeedWavelength Switching Illumination System Operation Manual》，修订版3.05B，美国加利福尼亚州诺瓦托(09.10.2013)，URL：https://www.sutter.com/manuals/LBDG-4_5_OpMan.pdf已知一种设备，该设备具有检流计扫描镜的形式的两个单轴倾斜镜和用于波长选择的干涉滤光器。氙弧灯(Xenon-Bogenlampe)的光被聚焦在第一检流计扫描仪镜上，所述第一检流计扫描仪镜通过抛物面镜(Parabolspiegel)将光引导到干涉滤光器的多个滤光器通道之一上。在干涉滤光器的后面布置有第二抛物面镜，该第二抛物面镜独立于通过第一检流计扫描仪镜的偏转地将透射光聚焦到第二检流计扫描仪上的位置固定的焦点中。第二检流计扫描仪将具有通过干涉滤光器选择的波长的光引导到光导中。干涉滤光器具有不同的表面区域，在其中可以选择不同的波长，并且借助第一检流计扫描镜可以将光定向到该干涉滤光器上。
发明内容
本发明所基于的任务在于阐明一种用于光的带通滤光器，借助该带通滤光器可以根据待选择的波长范围的位置和带宽以简单的方式确定待选择的波长范围。
本发明的任务借助一种具有独立权利要求1特征的带通滤光器来解决。从属权利要求2至8涉及根据本发明的带通滤光器的优选实施方式。从属专利权利要求9至14针对的是用于借助根据本发明的带通滤光器从光束中选择波长范围的设备。权利要求15涉及一种具有至少一个这种设备的激光扫描显微镜。
根据本发明的设置用于光的带通滤光器具有可变的下极限波长，该下极限波长由面式的长通滤光器预给定，其中，该长通滤光器在不同的面区域中具有不同的下极限波长，所述不同的面区域在第一方向上彼此相继，所述带通滤光器还具有可变的上极限波长，该上极限波长由面式的短通滤光器预给定，其中，短通滤光器在不同的面区域中具有不同的上极限波长，所述不同的面区域在第二方向上彼此相继，其中，长通滤光器和短通滤光器串联连接，在所述带通滤光器中，长通滤光器和短通滤光器在空间上彼此固定地布置，并且第一方向和第二方向彼此横向地定向。
根据本发明的带通滤光器具有带有不同面区域的穿透面(
Figure BDA0003010943410000041
)，这些面区域在第一和第二方向上彼此并排地布置并且在带通滤光器的下极限波长和/或上极限波长的方面不同。越过不同的面区域，从此处照射的光束中选择的波长范围的位置以及带宽不同。具体地，在第一方向中的彼此相继的面区域之间仅由长通滤光器预给定的下极限波长发生变化，而在第二方向中的彼此相继的面区域之间仅由短通滤光器预给定的带通滤光器的上极限波长发生变化。在第一方向和第二方向之间的中间方向中的彼此相继的面区域中，下极限波长和上极限波长都发生变化，其中，所选择的波长区域的带宽可以保持不变。严格地说，在根据本发明的带通滤光器的面上的投影中的两个方向彼此正交时，或在沿长通滤光器和短通滤光器串联连接的射束路径中的两个方向彼此正交时，在第一方向上仅下极限波长发生变化并且在第二方向上仅上极限波长发生变化。然而，关于所选择的波长范围的位置和带宽的变化性(/>
Figure BDA0003010943410000042
)并不要求所述两个方向的这种正交的变化过程。为此，如果第一方向和第二方向的横向程度足以使它们在上述定义的投影中彼此线性不相关，就足够了。然而，实际上，优选在该投影中的两个方向之间的较小角度不小于30°，优选不小于45°，甚至更优选不小于60°。最优选地，该角度不小于75°且为90°。
两个方向尤其可以是两个彼此正交的线性方向。然而，两个方向中的一个方向可以涉及关于光学路径的光轴的径向方向，而另一方向涉及与之正交的周向方向。
在根据本发明的带通滤光器中，长通滤光器和短通滤光器尤其如此彼此固定地布置，使得照射在各个前置的长通滤光器或短通滤光器的确定的面区域上的光随后照射在各个后置的短通滤光器或长通滤光器的、唯一明确地分配给所述面区域的面区域上。换句话说，面式的长通滤光器和面式的短通滤光器通常以小间距固定地彼此并联(parallel)地布置。
具体地，长通滤光器和短通滤光器可以彼此粘合(verkitten)，例如也可以面式地借助透明的光学粘合剂(Kitt)进行。在另一具体的实施方式中，构造长通滤光器的第一薄层系统和构造短通滤光器的第二薄层系统布置在同一衬底上，例如布置在其正侧和背侧处。
长通滤光器的下极限波长可以在第一方向上单调地增加。相应地，短通滤光器的上极限波长可以在第二方向上单调地减小。这包括以下可能性：下极限波长和/或上极限波长阶梯状地增加，即以离散的步长增加。然后，在第一和第二方向彼此正交的情况下，得到根据本发明的带通滤光器的不同面区域的棋盘图案(Schachbrettmuster)，所述不同面区域的所选择的波长具有不同的位置和带宽。
长通滤光器的下极限波长也可以在第一方向上严格单调地甚至线性地增加。短通滤光器的上极限波长也可以在第二方向上严格单调地或线性地减小。于是，长通滤光器和短通滤光器分别涉及所谓的渐变滤光器或梯度滤光器。借助两个这种梯度滤光镜(一个作为长通滤光镜，而一个作为短通滤光镜，它们的梯度彼此横向延伸)，借助根据本发明的带通滤光器能够选择在位置和带宽方面不同的多个波长范围。尽管在根据本发明的带通滤光器的具有有限尺寸的任何面区域上，下极限波长和上极限波长都不是完全恒定的，但是在梯度滤光器的梯度不太大并且所考虑的面区域不太大的情况下，在此发生的变化仍然可以忽略不计。
当长通滤光器的下极限波长在第一方向上的第一斜率与短通滤光器的上极限波长在第二方向上的第二斜率具有相同的、恒定的量值时，可以得到关于根据本发明的带通滤光器的不同面区域到确定的下极限波长和上极限波长的分配的特别简单的关系。
可以理解，在根据本发明的带通滤光器中，至少长通滤光器的面区域中的几个面区域的下极限波长小于短通滤光器的面区域的几个面区域中的上极限波长。由于根据本发明的带通滤光器根本仅能够在长通滤光器和短通滤光器的面区域彼此组合的情况下使用(在这种情况下，下极限波长不大于上极限波长)，因此短通滤光器的最大上极限波长也不应小于长通滤光器的最小下极限波长。
相反，如果最大的下极限波长小于最小的上极限波长，则根据本发明的带通滤光器在长通滤光器和短通滤光器的整个覆盖范围上都是有效的，但仅存在较少具有小带宽的可选择的波长范围。因此证明有利的是，长通滤光器的下极限波长在第一方向上所跨越的第一波长范围和短通滤光器的上极限波长在第二方向上所跨越的第二波长范围彼此重叠至少25％，优选至少50％，通常更优选至少75％或甚至100％。重叠直接预给定能够以小带宽选择的波长范围。相反，随着重叠的增加，根据本发明的带通滤光器的非有效的面区域的面积最多可增加至50％(在假设对称的条件下为100％重叠)。
用于借助根据本发明的带通滤光器的从光束中选择波长范围的根据本发明的设备的特征在于射束移位装置(Strahlverlagerungseinrichtung)，该射束移位装置构造用于使光束横向于其传播方向相对于带通滤光器移位(verlagern)。射束移位装置可以使根据本发明的带通滤光器例如相对于位置固定的光束横向于其传播方向移动，使得光束照射到根据本发明的带通滤光器的穿透面的区域上，其中其长通滤光器具有所期望的下极限波长的面区域和其短通滤光器具有所期望的上极限波长的面区域以任意顺序彼此相继，以选择所期望的波长区域。
然而事实证明，在许多情况下，使带通滤光器(该带通滤光器通常在第一和第二方向上具有几厘米的尺寸)相对于位置固定的光束快速且精确地移位以便例如依次选择精确定义的波长范围是高开销的，其中，带通滤光器的质量惯性也是有分量的。因此优选的是，射束移位装置构造用于例如借助倾斜镜使光束相对于静止的带通滤光器移位。
在任何情况下，在根据本发明的设备中，可以在带通滤光器的后面连接有点状的或面式的光探测器。在此，为光束分配点状的光探测器，即布置在光束在带通滤光器后面的延伸上，使得只要光束由于所包含的波长穿过带通滤光器，该光束总是照射该光探测器。反之，可以将面式的光探测器分配给带通滤光器，使得光探测器的不同区域能够记录通过带通滤光器的穿透面的不同区域的光强。当借助射束移位装置将光束依次定向到根据本发明的带通滤光器的穿透表面的不同区域上并在此记录到达光探测器的光强度时，则可以分析光束的光谱成分。在此，可以首先测量较大带宽的相邻波长范围，并且仅将已经记录光强度的波长范围划分为较小的波长范围。
另外，分辨光束的光照射的位置的面式的光探测器还可以如此布置在射束在带通滤光器后面的延伸上，使得只要光束由于所包含的波长穿过带通滤光器，该光束总是照射该光探测器。例如，由Claus B.Müller和
Figure BDA0003010943410000071
Enderlein：《Image Scanning Microscopy》，物理修订版104，198101(2010)已知具有聚焦激发共焦探测的方法，其中，借助面式的光探测器记录并随后分析处理探测光的衍射图像。在这种方法中，如同在具有借助点状的光探测器进行的共焦探测的方法中，根据本发明的设备可以用于在不同的探测波长之间快速切换，从而实现具有不同探测波长的探测光的准同时探测。
在根据本发明的用于从光束中选择波长范围的设备中，同样根据本发明的另一带通滤光器可以布置在光束的由第一带通滤光器反射的以下分量的射束路径中，所述分量具有在由带通滤光器选择的波长范围之外的波长，然后借助所述另一带通滤光器能够从光束中选择另一波长范围。以类似的方式，又一个(noch ein weiterer)根据本发明的带通滤光器也可以布置在光束的由所述另一带通滤光器反射的以下分量的射束路径中，所述分量具有在由带通滤光器和另一带通滤光器选择的波长范围之外的波长，以便从光束中选择又一个波长范围。
为了充分利用二维延伸的带通滤光器，射束移位装置优选双轴地构造，使得借助射束移位装置能够使光束在横向于光束的传播方向的两个不同的方向、例如两个彼此正交的方向上相对于带通滤光器移位。
在一种具体的实施方式中，根据本发明的设备的射束移位装置具有：双轴的倾斜镜；将光束聚焦到倾斜镜上的光学器件；对由倾斜镜偏转的光束进行准直的离轴抛物面镜(Off-Axis-Parabolspiegel)；以及将经准直的光束聚焦到位置固定的焦点上的另一离轴抛物面镜，其中，根据本发明的带通滤光器布置在两个离轴抛物面镜之间。当双轴的倾斜镜绕其两个倾斜轴不同地倾斜时，经准直的光束到达并通过根据本发明的带通滤光器的不同面区域。
在另一具体的实施方式中，根据本发明的设备的射束移位装置具有：输送光束的光导；对从光导中出射的光束进行准直的光学器件；使经准直的光束彼此相继地在两个不同的方向上偏转的第一单轴倾斜镜和第二单轴倾斜镜；用于经偏转的光束的全镜；透镜组合，其使经偏转的光束垂直聚焦到全镜上并且包括相对于旋转轴旋转对称的透镜；将由全镜反射的光束与从光导出射并且借助透镜准直的光束分离的棱边镜，其中，带通滤光器布置在全镜的前面附近，并相对于全镜如此程度地倾斜，使得光束的由带通滤光器反射的以下分量被带通滤光器从其他射束路径反射出，所述分量具有在由带通滤光器选择的波长范围之外的波长，其中，由全镜反射的、具有所选择波长范围的光束在再次穿过透镜组合时在返回的(
Figure BDA0003010943410000081
)方向上再次被准直并且被倾斜镜去扫描(entscannen)，其中，旋转对称的透镜的旋转轴相对于倾斜镜零偏转时的射束轴如此平行错位地布置，使得由全镜反射的光束在穿过透镜组合后相对于入射光束如此程度地横向移动，使得借助棱边镜能够将由全镜反射的光束与从光导出射并且借助透镜准直的光束分离。在这种根据本发明的设备中，光束两次通过根据本发明的带通滤光器的相应的面区域，由此提高对所选波长范围的选择性。
优选地，根据本发明的设备的两个倾斜镜偏转所在的两个不同方向彼此正交，并且透镜组合还包括圆柱透镜，其圆柱轴平行于第二倾斜镜的倾斜轴延伸，并且该圆柱透镜如此靠近全镜地布置，使得圆柱透镜将第二倾斜镜的倾斜轴移动到旋转对称的透镜的输入侧的焦点上，第一倾斜镜的倾斜轴也穿过该焦点延伸。因此，借助圆柱透镜，即使没有倾斜镜的彼此成像，也能够在不同时改变射束位置的情况下实现射束在两个方向上的倾斜。在设备的该实施方式所包括组合可以看作是一项独立的发明，所述组合具有两个倾斜镜，所述倾斜镜使得经准直的光束在两个彼此正交的方向上偏转，所述组合还具有旋转对称透镜和圆柱透镜，所述圆柱透镜将第二光束的倾斜轴移动到旋转对称的透镜的输入侧的焦点上，第一倾斜镜的倾斜轴也延伸穿过该焦点，即使没有倾斜镜在旋转对称的透镜的焦平面中的彼此映射，也能够在没有同时的倾斜的情况下使射束在两个方向上移位。本发明在光学扫描仪中的应用使得允许通过使用附加的透镜来使光束倾斜，并且不会同时改变对象在瞳孔平面(Pupillenebene)内的射束位置。该独立的发明独立于在专利权利要求中限定的设备的其他组件。
在根据本发明的激光扫描显微镜中，在激发射束路径和/或探测射束路径中设置至少一个根据本发明的设备，用于例如从宽带光源的光束中选择窄带宽的波长范围作为激发光和/或用于从到达样品的光中选择确定的波长范围作为待记录的荧光。
因此，这里所说的光、尤其光束是指来自可见光范围和邻近的红外线范围和紫外线范围的光。相应地，波长以及进而下波长极限和上波长极限可以在几百纳米到几千纳米的范围内移动。特别优选地，波长位于在可见光范围内并且因此在350nm和750nm之间。
本发明的有利的扩展方案从专利权利要求，说明书和附图中得出。在说明书中提及的特征的优点和多个特征的组合仅仅是示例性的，并且可以替代地或累加地生效，而不一定必须要通过根据本发明的实施方式来实现这些优点。在不改变所附权利要求的主题的情况下，以下适用于原始申请文件和专利的公开内容：在附图中可以找到其他特征，尤其是所示出的几何形状以及多个部件彼此之间的相对尺寸以及它们的相对布置和有效连接。本发明的不同的实施方式的特征或不同的专利权利要求的特征的组合同样能够不同于专利权利要求的所选择的引用关系并且在此建议。这也适用于在单独的附图中示出或在其描述中提及的这种特征。这些特征也能够与不同专利权利要求的特征组合。对于本发明的其他实施方式，也可以省略在专利权利要求中列出的特征。
专利权利要求和说明书中提及的特征的数量应如此理解，即准确地存在该数量或比所提及的数量更多的数量，而无需明确地使用副词“至少”。因此，例如如果提及另一带通滤光器，则应以这样的方式理解，即存在恰好一个另外的带通滤光器、两个另外的带通滤光器或更多另外的带通滤光器。专利权利要求中列出的特征可以通过其他特征补充，或者也可以是相应的产品所具有的唯一特征。
在专利权利要求中包含的附图标记并不构成对专利权利要求所保护对象范围的限制。它们仅用于使专利权利要求更容易理解。
附图说明
以下基于附图中示出的优选实施方式进一步阐述和描述本发明。
图1以示意性立体视图示出根据本发明的带通滤光器的第一实施方式的长通滤光器以及与之串联连接的短通滤光器；
图2以示意性立体视图示出根据本发明的带通滤光器的第二实施方式的长通滤光器以及与之串联连接的短通滤光器；
图3在类似于图1的实施方式中阐述根据本发明的带通滤光器的功能；
图4示出例如在激光扫描显微镜的探测射束路径中的根据本发明的用于选择波长范围的设备；
图5示出根据本发明的用于选择波长范围的设备的另一实施方式。
具体实施方式
在图1中示出的用于光2的带通滤光器1具有长通滤光器5和与之串联连接的短通滤光器6，该光以光束3的形式在传播方向4上传播。在此，长通滤光器5和短通滤光器6在传播方向4上的顺序不重要相关。即使长通滤光器5和短通滤光器6在这里示出为单独的部件，它们在带通滤光器1中在空间上彼此固定地布置，并且它们在传播方向4中优选直接相继。为此，薄层系统7和8构造长通滤光器5或短通滤光器6并且根据图1分别布置在自己的衬底9和10上，薄层系统7和8可以布置在唯一的衬底上，例如布置在它的前侧和后侧上，但也可以替代地布置在衬底的同一侧上。在此，长通滤光器5定义带通滤光器1的下极限波长，而短通滤光器6定义带通滤光器1的上极限波长。在此，长通滤光器5和短通滤光器6分别构造成梯度滤光器11或12，它们在其主延伸平面的不同面区域中预给定不同的下极限波长或上极限波长。在此，由长通滤光器5预给定的下极限波长在第一方向13上增加，而由短通滤光器6预给定的上极限波长在第二方向14上增加。在此，第一方向13和第二方向14是线性方向15和16，它们在沿传播方向4的投影中彼此正交地延伸。以这种方式，在带通滤光器1的主延伸平面上得到其穿透面的分散的(verteilt)区域，其具有下极限波长和上极限波长的不同组合。通过将光束3定向到这些区域之一，从光束3中选择如下的波长范围：通过属于该面区域的下极限波长和上极限波长来限界该波长范围。通过选择带通滤光器1的穿透面的光束3引导所定向到的区域，既可以选择与下极限波长和上极限波长的平均值可以等同的位置，也可以选择带宽，即下极限波长和上极限波长之差。就此而言，在带通滤光器1中选择的波长范围的位置和带宽是可变的并且可以在该变化性内可选择。
根据图2的带通滤光器1的实施方式与根据图1的实施方式相比的区别在于，第一方向13(长通滤光器5的下极限波长在该方向中增加)是围绕光轴18的旋转方向17，该光轴平行于光束3的传播方向4延伸，而第二方向14(短通滤光器6的上极限波长在该方向中增加)是与第一方向正交且关于光轴18径向的方向19。相应地，带通滤光器的穿透面的区域布置在围绕光轴18的、不同直径的圆形路径上，所述区域定义不同波长范围，借助带通滤光器从光束3中选择所述波长范围。
图3阐述一种实施方式中的带通滤光器1的工作模式，所述带通滤光器与根据图1的带通滤光器的区别在于，短通滤光器6和长通滤光器5在传播方向4上的顺序相反。在此，对于构造为梯度滤光器12的短通滤光器6示出透射光谱20和20'，所述透射光谱分别针对光束3或3'在带通滤光器1上的不同照射位置21或21'产生。两个透射光谱20和20'的区别分别在于不同的上极限波长22或22'。此外，图3呈现同样构造成梯度滤光器11的长通滤光器5的透射光谱23和23'，所述透射光谱针对光束3、3'在带通滤光器1上的照射位置21或21'得到。该透射光谱23和23'具有不同的下极限波长24和24'。一方面由透射光谱20和23的叠加以及另一方面由20'和23'的叠加得到总透射光谱25和25'，在总透射光谱中通过下极限波长24和上极限波长22或下极限波长24'和上极限波长22'分别限界通带26或26'。通带26或26'说明由带通滤光器1从入射光束3、3'中选择的波长范围，其方式是，所述入射光束作为唯一的光束穿过带通滤光器1。图3还示出带通滤光器1的截止区域(Sperrbereich)27，在该截止区域中带通滤光器1不透明，因为在此下极限波长24大于上极限波长22。在此，截止区域27构成带通滤光器1的有效区域(即潜在的穿透面)的一半，因为由上极限波长22和22'以及下极限波长24、24'所覆盖的波长范围完全重叠，此外，上极限波长22、22'以及下极限波长24、24'在线性的第二方向14、16和线性的第一方向13、15上线性增加。带通滤光器1的以下区域处于截止区域27的边界28处：该区域中通带26、26'具有其最小带宽。所述带宽随着离边界28的间距增加而增加。如果将长通滤光器5的下极限波长24、24'的波长范围向更小的波长移动，或将短通滤光器6的上极限波长22、22'的波长范围向更大的波长移动，则可以如此平行地移动边界28，使得截止区域27变小。然而，由此将限制以下波长范围：越过该波长范围能够使用具有小带宽的通带26、26'。
图4示出用于从沿光轴18入射的光束3中选择波长范围的设备29。由聚焦光学器件30将入射光束3聚焦到双轴的倾斜镜31上，使得光束3的焦点32与倾斜点33、即倾斜镜31的两个倾斜轴的交点重合。倾斜镜31将光束3转向到以离轴抛物面镜34形式的准直光学器件上。由准直光学器件准直的光束3照射在带通滤光器1的面区域上，借助倾斜镜31能够选择该面区域，更准确地说，该面区域既在图4的绘图平面内，又与之垂直。在带通滤光器1之后，具有由带通滤光器1选择的波长范围的经准直的光束照射到另一离轴抛物面镜35上，该离轴抛物面镜这次用作将光束3聚焦到位置固定的焦点36中的聚焦光学器件。焦点36是位置固定的，因为当倾斜镜31倾斜时它不会改变。仅光束3到达焦点36所呈的角度发生变化。该差异的角度可以借助第二双轴的倾斜镜来补偿。在此，如果两个离轴抛物面镜34和35彼此对称地布置和构造，那么该第二双轴的倾斜镜能够以与倾斜镜31相同的方式来操控。但原则上，两个离轴抛物面镜34和35也可以具有不同的焦距。然后，两个双轴的倾斜镜相应地仍然是同步的，但不会操控相同的角度变化。根据图4，替代另一双轴的倾斜镜，在位置固定的焦点36处布置有探测器37，该探测器测量在借助带通滤光器1选择的波长范围内的光束3的光2的强度。如下的点探测器作为探测器37就足够：该点探测器尤其可以包括雪崩光电二极管或光电倍增器。也可以使用面探测器代替点探测器，尤其是CCD摄像机或CMOS摄像机或探测器阵列。于是，能够将所述探测器直接布置在带通滤光器1的后面，而不是布置在离轴抛物面镜35的后面，使得为带通滤光器1的穿透面的每个区域分配进行空间分辨的面探测器的一个区域或探测器阵列的一个区域。根据图4的设备29例如可以在激光扫描显微镜的用于波长选择地探测荧光的探测射束路径中使用。
在图5中示出的用于从光束3中选择波长范围的设备29包括用于输送光束3的光导38。光束3的从光导38中出射的光2由准直光学器件39准直。经准直的光束3依次照射在第一单轴倾斜镜40和第二单轴倾斜镜41上，其倾斜轴42和43在沿光束3的投影中互相正交地延伸。倾斜镜40和41可以借助振镜电机(Galvomotor)44或45分别围绕其倾斜轴42和43倾斜。这种倾斜镜40和41也称为旋转镜。在第二旋转镜41之后，光束3被旋转对称的透镜46聚焦到全镜47的镜面上。带通滤光器1紧邻地布置在全镜47的镜面前面。借助倾斜镜40和41确定带通滤光器1的穿透面的区域，光束3在到达全镜47的镜面和从镜面的返回路径中都要穿过该穿透面。光束3两次穿过穿透面的该区域导致，与仅一次性穿过时相比，光束3的光2的位于所选择的波长范围之外的波长更强烈地被抑制。带通滤光器1相对于全镜47的镜面略微倾斜，使得光束3中的未由带通滤光器1透射的、而是反射的分量被反射出去，即与返回的光束分离。从全镜47的镜面返回的光束3在重新穿过旋转对称的透镜46后具有相对于入射光束3的平行错位，因为旋转轴48(透镜46关于该旋转轴旋转对称地构造)在旋转镜40和41的零位(Nullstellung)上与入射光束3平行错位。由于入射光束3和回射光束3之间的所得的平行错位，借助准直光学器件39前面的棱边镜49可以使返回的光束3在被倾斜镜40和41去扫描之后与入射光束3分离。具有与第二倾斜镜41的倾斜轴43平行的圆柱轴的圆柱透镜50布置在透镜46的输出侧的焦点附近，该圆柱透镜选择性地将第二倾斜镜41的倾斜轴43移动至透镜46的输入侧的焦点，第一倾斜镜40的倾斜轴42布置在该透镜上。以这种方式，即使没有倾斜镜40和41的彼此映射，也能够在不同时改变射束位置的情况下实现光束3在两个彼此正交的方向上的倾斜。
附图标记列表
1 带通滤光器
2 光
3 光束
3' 光束
4 传播方向
5 长通滤光器
6 短通滤光器
7 薄层系统
8 涂覆系统
9 衬底
10 衬底
11 梯度滤光器
12 梯度滤光器
13 第一方向
14 第二方向
15 线性方向
16 线性方向
17 旋转方向
18 光轴
19 径向方向
20 透射光谱
20' 透射光谱
21 照射位置
21' 照射位置
22 上极限波长
22' 上极限波长
23 透射光谱
23' 透射光谱
24 下极限波长
24' 下极限波长
25 总透射光谱
25' 总透射光谱
26 通带
26' 通带
27 截止区域
28 边界
29 设备
30 聚焦光学器件
31 双轴的倾斜镜
32 焦点
33 倾斜点
34 离轴抛物面镜
35 离轴抛物面镜
36 位置固定的焦点
37 探测器
38 光导
39 准直光学器件
40 第一倾斜镜
41 第二倾斜镜
42 第一倾斜镜的倾斜轴
43 第二倾斜镜的倾斜轴
44 振镜电机
45 振镜电机
46 旋转对称的透镜
47 全镜
48 旋转轴
49 棱边镜
50 圆柱透镜

Claims (27)

1.一种用于光(2)的带通滤光器(1)，所述带通滤光器
具有可变的下极限波长(24)，所述下极限波长由面式的长通滤光器(5)预给定，其中，所述长通滤光器(5)在不同的面区域中具有不同的下极限波长(24，24')，所述不同的面区域在第一方向(13)上彼此相继；
具有可变的上极限波长(22)，所述上极限波长由面式的短通滤光器(6)预给定，其中，所述短通滤光器(6)在不同的面区域中具有不同的上极限波长(22，22')，所述不同的面区域在第二方向(14)上彼此相继；
其中，所述长通滤光器(5)和所述短通滤光器(6)串联连接；
其特征在于，
所述长通滤光器(5)和所述短通滤光器(6)在空间上彼此固定地布置，
并且所述第一方向(13)和所述第二方向(14)彼此横向地定向。
2.根据权利要求1所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述长通滤光器(5)和所述短通滤光器(6)在所述光(2)的射束路径中串联连接，其中，所述第一方向(13)和所述第二方向(14)在沿着所述射束路径的投影中彼此横向地定向。
3.根据权利要求2所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述第一方向(13)和所述第二方向(14)在沿着所述射束路径的投影中
是彼此正交的线性方向(15，16)或
关于所述射束路径的光轴(18)是径向方向(19)和周向方向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带通滤光器(1)，其特征在于，
所述长通滤光器(5)和所述短通滤光器(6)彼此并联地布置并且彼此固定地连接。
5.根据权利要求4所述的带通滤光器(1)，其特征在于，
所述长通滤光器(5)和所述短通滤光器(6)彼此粘合，或
构造所述长通滤光器(5)的第一薄层系统(7)和构造所述短通滤光器(6)的第二薄层系统(8)布置在同一衬底(9，10)上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的带通滤光器(1)，其特征在于，
所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上单调地增加，和/或
所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上单调地减小。
7.根据权利要求4所述的带通滤光器(1)，其特征在于，
所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上单调地增加，和/或
所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上单调地减小。
8.根据权利要求5所述的带通滤光器(1)，其特征在于，
所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上单调地增加，和/或
所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上单调地减小。
9.根据权利要求6所述的带通滤光器(1)，其特征在于，
所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上严格单调地或线性地增加，和/或
所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上严格单调地或线性地减小。
10.根据权利要求7或8所述的带通滤光器(1)，其特征在于，
所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上严格单调地或线性地增加，和/或
所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上严格单调地或线性地减小。
11.根据权利要求9所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上的第一斜率与所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上的第二斜率具有相同的、恒定的量值。
12.根据权利要求10所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上的第一斜率与所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上的第二斜率具有相同的、恒定的量值。
13.根据权利要求4所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上所跨越的第一波长范围与所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上所跨越的第二波长范围彼此重叠至少25％、50％或75％。
14.根据权利要求1至3、5、7、8、9、11和12中任一项所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述长通滤光器(5)的下极限波长(22，22')在所述第一方向(13)上所跨越的第一波长范围与所述短通滤光器(6)的上极限波长(24，24')在所述第二方向(14)上所跨越的第二波长范围彼此重叠至少25％、50％或75％。
15.一种用于从光束(3)中选择波长范围的设备(29)，所述设备具有根据权利要求4所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述设备(29)具有射束移位装置，所述射束移位装置构造用于使所述光束(3)横向于所述光束的传播方向(4)相对于所述带通滤光器(1)移位。
16.一种用于从光束(3)中选择波长范围的设备(29)，所述设备具有根据权利要求1至3、5、7、8、9、11、12、13中任一项所述的带通滤光器(1)，其特征在于，所述设备(29)具有射束移位装置，所述射束移位装置构造用于使所述光束(3)横向于所述光束的传播方向(4)相对于所述带通滤光器(1)移位。
17.根据权利要求15所述的设备(29)，其特征在于，所述设备(29)具有连接在所述带通滤光器(1)后面的点状的或面式的光探测器。
18.根据权利要求16所述的设备(29)，其特征在于，所述设备(29)具有连接在所述带通滤光器(1)后面的点状的或面式的光探测器。
19.根据权利要求15或17或18所述的设备(29)，其特征在于，所述设备(29)具有另一根据权利要求1至8中任一项所述的带通滤光器(1)，其布置在所述光束(3)的由所述带通滤光器(1)反射的以下分量的射束路径中：所述分量具有在由所述带通滤光器(1)选择的波长范围之外的波长。
20.根据权利要求16所述的设备(29)，其特征在于，所述设备(29)具有另一根据权利要求1至8中任一项所述的带通滤光器(1)，其布置在所述光束(3)的由所述带通滤光器(1)反射的以下分量的射束路径中：所述分量具有在由所述带通滤光器(1)选择的波长范围之外的波长。
21.根据权利要求15或17或20所述的设备(29)，其特征在于，所述射束移位装置构造用于，使所述光束(3)在横向于所述光束的传播方向(4)的两个不同的方向上相对于所述带通滤光器(1)移位。
22.根据权利要求16所述的设备(29)，其特征在于，所述射束移位装置构造用于，使所述光束(3)在横向于所述光束的传播方向(4)的两个不同的方向上相对于所述带通滤光器(1)移位。
23.根据权利要求21或22所述的设备(29)，其特征在于，
所述射束移位装置具有
双轴的倾斜镜(31)；
光学器件(30)，所述光学器件将所述光束(3)聚焦到所述倾斜镜(31)上；
离轴抛物面镜(34)，所述离轴抛物面镜对由所述倾斜镜(31)偏转的光束(3)进行准直；
另一离轴抛物面镜(35)，所述另一离轴抛物面镜将经准直的光束(3)聚焦到位置固定的焦点上；
其中，所述带通滤光器(1)布置在两个离轴抛物面镜(34，35)之间。
24.根据权利要求21或22所述的设备(29)，其特征在于，
所述射束移位装置具有
光导(38)，所述光导输送所述光束(3)；
准直光学器件(39)，所述光学器件对从所述光导(38)出射的光束进行准直；
第一单轴倾斜镜(40)和第二单轴倾斜镜(41)，所述第一单轴倾斜镜和第二单轴倾斜镜使经准直的光束(3)彼此相继地在两个不同的方向(13，14)上偏转；
全镜(47)，所述全镜用于经偏转的光束(3)；
透镜组合，所述透镜组合使所述经偏转的光束(3)垂直聚焦到所述全镜(47)上并且包括相对于旋转轴(48)旋转对称的透镜(46)；
棱边镜(49)，所述棱边镜将由所述全镜(47)反射的光束(3)与从所述光导(38)出射并且借助所述准直光学器件(39)准直的光束(3)分离；
其中，所述带通滤光器(1)布置在所述全镜(47)的前面附近，并相对于所述全镜(47)如此程度地倾斜，使得所述光束(3)的由所述带通滤光器(1)反射的以下分量被所述带通滤光器(1)从其他射束路径反射出：所述分量具有在由所述带通滤光器(1)所选择的波长范围之外的波长；
其中，由所述全镜(47)反射的、具有所选择的波长范围的光束(3)在再次穿过所述透镜组合时在返回的方向上被再次准直并且被所述第一单轴倾斜镜(40)和所述第二单轴倾斜镜(41)去扫描；
其中，所述旋转对称的透镜(46)的旋转轴(48)相对于在所述第一单轴倾斜镜(40)和所述第二单轴倾斜镜(41)零偏转的情况下的射束轴如此平行错位地布置，使得由所述全镜(47)反射的光束(3)在穿过所述透镜组合后相对于入射光束(3)如此程度地横向移动，使得借助所述棱边镜(49)能够将由所述全镜反射的光束与从所述光导(38)出射并且借助所述准直光学器件(39)准直的光束(3)分离。
25.根据权利要求24所述的设备(29)，其特征在于，所述第一单轴倾斜镜(40)和所述第二单轴倾斜镜(41)偏转所在的两个不同方向(13，14)彼此正交，并且所述透镜组合还包括圆柱透镜(50)，所述圆柱透镜的圆柱轴平行于所述第二单轴倾斜镜(41)的倾斜轴(43)延伸，并且所述圆柱透镜如此靠近所述全镜(47)地布置，使得所述圆柱透镜(50)将所述第二单轴倾斜镜(41)的倾斜轴(43)移动到所述旋转对称的透镜(46)的输入侧的焦点中，所述第一单轴倾斜镜(40)的倾斜轴(42)也延伸穿过所述焦点。
26.一种激光扫描显微镜，所述激光扫描显微镜在激发射束路径和/或探测射束路径中具有至少一个根据权利要求15、17、18、19、21和25中任一项所述的设备(29)。
27.一种激光扫描显微镜，所述激光扫描显微镜在激发射束路径和/或探测射束路径中具有至少一个根据权利要求16所述的设备(29)。
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