CN115542528A - 用于扫描显微镜的射束操纵的设备和显微镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于扫描显微镜的射束操纵的设备和显微镜，该设备具有用于将激发光耦入到照明光路中并用于使激发光与探测光路的探测光分开的主分色器。该设备的特征在于，存在有附加的光学路段，其具有影响光路的光学元件，通过影响光路的光学元件在附加的光学路段中形成至少一个光瞳平面和/或至少一个中间图像平面，存在有能调节的选出装置，用于激活照明和/或探测光路的第一射束区段或者用于激活附加的光学路段，其中，照明和/或探测光路的第一射束区段不包含照明和/或探测光路的光瞳平面。

Description

用于扫描显微镜的射束操纵的设备和显微镜
本申请是申请日为2017年10月16日，申请号为201780064240.X(PCT申请号为PCT/ EP2017/076337)，发明名称为“用于扫描显微镜的射束操纵的设备和显微镜”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明在第一观点中涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于扫描显微镜的射束操纵的设备。在第二方面中，本发明涉及一种显微镜。
背景技术
按类属的设备在DE 10 2014 017 003 A1中描述，并且具有下列部件：用于将激发光耦入到照明光路中的并用于将激发光与探测光路的探测光分开的主分色器和尤其被定位在光瞳平面中的用于激发光采样的扫描仪。
在激光扫描显微镜中存在息止的射束中操纵光瞳的需求。因此可以实现三维的扫描路径，可以矫正样品的依赖于方位的误差，并且对照明光和探测光的进一步操纵既可以共同地也可以分开地实行。尤其地，在此在射束整形的方面也是非常重要。因此，将高斯激光射束例如变形为线或多个点可以是有利的。此外，射束影响是重要的，它有针对性地改变了点扩散函数(Point-Spread-Function，PSF)。在此，例如以所谓的“圆环式点扩散函数(doughnut-PSF)”、贝塞尔点扩散函数(Bessel-PSF)或例如螺旋式点扩散函数(helikalePSF)的变形是可行的。
DE 10 2014 017 003 A1描述了在需要时利用自适应的反射镜操纵单独光学路径中的光瞳的可能性。然而，可接通的光学器件在那里需要可自由接近的光瞳平面，其必须永久存在。
DE 10 2006 045 839 A1同样描述了用于在光瞳平面中操纵的可能性。然而，在那里，所需的光学器件不能接通或不能切断。其在光路中始终是需要的。
发明内容
本发明的任务可以在于：提供一种光高效且紧凑的用于射束操纵的设备，其可以特别多样使用。
该任务通过具有权利要求1的特征的设备来解决。上述类型的设备根据本发明通过如下方式改进，即，存在有附加的光学路段，其具有影响光路的光学元件，通过影响光路的光学元件在附加的光学路段中形成至少一个光瞳平面和/或至少一个中间图像平面，存在有能调节的选出装置，其用于要么激活照明和/或探测光路的第一射束区段，要么激活附加的光学路段，其中，照明和/或探测光路的第一射束区段不包含照明和/或探测光路的光瞳平面。
根据本发明的设备尤其适用于共聚焦扫描显微镜和/或激光扫描显微镜。
此外还要求保护的是具有根据本发明的用于射束操纵的设备的显微镜，该显微镜还至少具有以下部件：至少一个显微镜物镜、和用于探测由样品射出的探测光的探测装置，其中，附加的光学路段的光瞳平面处于与显微镜物镜的光瞳平面光学共轭的平面中。
作为本发明的中心思想可以是，如下这样地设计附加的光学路段，即，使其原则上可以被接入在显微镜的照明光路或探测光路中的任意的方位处。
本发明的涉及选出装置的定位的主要思路还可以通过如下方式来描述，即，选出装置定位在息止或解扫(descannt)的照明光路或探测光路的光瞳平面之外。通过选出装置要么激活附加的光学路段要么激活照明和/或探测光路的第一射束区段。激活是指在激活状态下照明光和/或探测光穿流过光路的各个部分，而在未被激活的状态下相应地不被照明光和/或探测光穿流。
通过可变地提供至少一个另外的光瞳平面或至少一个另外的中间图像平面可以很容易地、根据应用情况而定地使用用于操纵光的波前的元件，例如自适应元件和尤其是反射用的自适应元件。
具体而言，当附加的光学路段被激活时，照明和/或探测光路恰好延伸经过该附加的光学路段和一个附加的光瞳或多个附加的光瞳或中间图像平面。于是，没有照明光和/或探测光流经第一射束区段。在另一种情况下，当第一射束区段被激活时，照明光和/或探测光穿过或流经第一射束区段，并且于是没有光到达经过附加的光学路段。对于本发明重要的是，在附加的光学路段被激活时通过该附加的光学路段所代替的光学路段，即照明和/或探测光路的第一射束区段，不具有光瞳。
与DE 10 2014 017 003 A1相比较，根据本发明的解决方案因此不管在各自的显微镜光路中是否存在可自由访问的光瞳平面都能够独立地被使用。根据本发明的设备因此是特别多样的，尤其是即使在已经存在的显微镜中也能使用，而不需存在可自由访问的光瞳平面。
本发明的另外的优点是光学器件花费，特别是在探测光路中，可以保持得相对较低。这尤其是对荧光显微镜是特别重要，这是因为在那里必须尽可能高效地探测可用的光子。因此，在光路中总是仅存在有对于当前使用的功能性来说是必需的那么多的光学元件。这就是本发明所做的。
因此，本发明提供了一种相对简单的光学器件，利用该光学器件可以接通显微镜的、尤其是激光扫描显微镜的息止的射束中的光瞳进入和/或中间图像进入。在此，当光瞳进入和/或中间图像进入切断时，在光路中没保留不必要的光学元件。此外，在根据本发明的设备中原则上可行的是，有选择地仅影响激发光或探测光。
根据本发明的设备可以是尤其是共焦的激光扫描显微镜的一部分，其中，其可以布置在一方面是扫描装置与另一方面是主分色器、激光源和必要时的针孔之间。
在本说明书的范围内，如下平面被称为光瞳平面，该平面在根据本发明的设备的运行状态下相对于使用中的显微镜物镜的后部的焦平面光学共轭的平面。相应地，在本说明书的范围内，如下这样的平面被称为中间图像平面，该平面相对于在使用中的显微镜物镜的焦平面，通常也就是当对象物被定位在焦平面中时，相对于对象物平面光学共轭的平面。
选出装置也可以被称为能切换的元件。扫描装置可以具有能双轴枢转的反射镜。这些装置是公知的。代替唯一的扫描反射镜，也可以在共轭平面中存在有多个扫描反射镜，并且确定了之后利用透镜光学器件映射到光瞳平面中的定位。
附加的光学路段也被称为波前操纵路径，并且当使用用于影响波前的自适应元件时，也被称为自适应路径。
术语“光”，尤其是照明光或探测光，应被理解为典型地在显微镜中使用的或出现的电磁辐射。尤其是在红外的、可见的或紫外光谱范围内的照明光典型地由激光器提供。优选地，根据本发明的显微镜优选是激光扫描显微镜。术语“扫描”和“采样”在本说明书中同义使用。
被定位在中间图像平面和/或附加的光学路段的光瞳平面中的并被用于对光尤其是在其强度和/或相位的空间分布方面进行操纵的设备在本说明书的范围内也被称为操纵元件。
根据本发明的是代替激发光光路而对探测光路的耦出和偏转及其受到附加的光瞳平面中的至少一个自适应的光学元件的影响。
根据本发明的光路设备的优选的设计方案、根据本发明的方法的和根据本发明的显微镜的有利的变型方案下面将尤其参考从属权利要求和附图来描述。
出于结构条件的原因，在根据本发明的设备的第一优选的变型方案中，选出装置例如可以被定位在照明和/或探测光路的经准直的区域中。于是，第一射束区段是照明和/或探测光路的经准直的区域的区段。
根据本发明的设备的显着优点是，它可以非常灵活地定位。也就是说，在由于可用的结构空间而被特定布置的情况下，选出装置被定位在照明和/或探测光路的发散或会聚的区域中可以是优选的。于是，第一射束区段是照明和/或探测光路的发散或会聚的区域的区段。
尽管优选的是，照明和/或探测光路的影响在光瞳平面中或在中间图像平面中实行。然而，原则上，可以影响任意的光学平面，即也可以影响光瞳与图像或中间图像平面之间的平面。
在对选出元件的操作方面重要的是，光以期望的方式发生变向。因此，选出装置原则上可以是适用于转换光路的任何类型的射束转向用的装置。原则上，在此也可以使用电光元件。
特别优选地，存在有机械器件，其用于将选出装置摆动进入到照明和/或探测光路中并摆动出来和/或用于移动进入到其中或移动出来。
特别优选地，选出装置具有反射镜，尤其是双反射镜。反射镜或双反射镜尤其可以是能调节的，例如能够运动进入到光路中并且能从光路运动出来。该变型方案结构上是简单的且工作可靠。例如，反射镜可以是能枢转的和/或能移动的。
尤其地，激发光和探测光都可以行进经过附加的光学路段。这尤其是对于快速聚焦是有利的。当不需要附加的光学路段时，则相应地操作选出装置，例如将反射镜简单地摆动出来。
在本发明的另外的优选的变型方案中，选出装置具有至少一个分色器。由此能够实现的是，有选择地，全部或部分地仅影响激发光和/或全部或部分地影响探测光。
例如，选出装置可以具有至少一个二向色的分束器。
此外，充分利用光的偏振是有利的。因此，利用依赖于偏振的分束器可以将在特定的偏振中的光引导经过该结构，而正交偏振方向的光并不行进经过设备。在此特别有利地，通过对s和p分量的依赖于波长的分解可以使偏振用的层的特性有用。以这种方式，例如可以实现激发光依赖于其偏振地经过各一个路段，而具有更大波长的发射光针对两个偏振方向通过分配器被发送。
在该上下文中，如下的根据本发明的设备的变型方案是特别优选的，其中，在照明光路中，尤其是在主分色器之前存在有用于接通和切断照明光的切换装置，尤其是声光的或电光的开关，如泡克耳斯盒，并且在其中，能调节的选出装置形成为依赖于波长起作用的偏振过滤器。
此外，在本发明的另外的变型方案中实现了特别的优点，在其中，照明光路被分成多个子射束，在其中，在子射束的射束路径中存在有用于提供子射束的不同偏振的偏振旋转元件，并且在其中，存在有用于在一个或多个子射束之间进行转换的切换装置，尤其是多路AOTF。
因此，实现了如下多射束结构，在其中，射束以不同偏振存在，于是可以在它们之间非常快速地切换。这例如可以通过如下方式来实现，即，将照明光路中的激光射束分成多个子射束，并且然后将这些子射束传导经过多路AOTF，其中，例如，在这些子射束中的一个的射束路径中存在有偏振旋转的元件，如半波片(拉姆达半板)。借助AOTF于是可以非常容易且快速地在这些不同偏振的子射束之间进行切换，进而是在样品中的被操纵和未被操纵的光图案之间进行切换。
例如，子射束的一个分组可以是s偏振的，而另一个分组可以是p偏振的。例如可以用空间多通道的声光过滤器在这些分组之间进行切换。
根据本发明的设备的另外的有利的设计方案的特征在于，选出装置具有至少一个依赖于波长的二向色的偏振过滤器。
当选出装置，也就是能切换的元件，具有分色器或者就是分色器时，激发光例如可以引导经过波前操纵路径，以便例如实行特殊的射束整形，或者以便使激发光相对于探测光散焦。例如，可以实行在405nm的情况下的颜色纵向误差校正。在荧光中确实具有比激发光更长的波长的探测光经过分色器而不通过自适应的光学器件，并因此可以高效地进行探测。此外，当想在该位置处有选择地将射束分解成多个子射束，但不希望影响发射光时，这种结构是适宜的。在该情况下，例如可以在主分色器之后将微透镜阵列引入到射束中，该微透镜阵列将由多个焦点产生的发射光传导通过针孔和后置的探测器。
本发明的另外的有利的变型方案的特征在于，选出装置具有至少一个楔形的分色器，该楔形的分色器的前侧被构造成用于反射波长大于或小于第一截止波长的光，而楔形的分色器的后侧被构造成用于反射波长小于或大于第二截止波长的光。第一截止波长和第二截止波长在此优选是不同的。
当选出装置，即能切换的元件，实施为二向色的楔形件，并且在前侧和后侧上施布有不同的分离器层时，可以针对不同波长照亮操纵元件上的不同方位。无论操纵元件是否处于光瞳平面上还是处于中间图像平面中，这都是可行的。当操纵元件处于中间图像平面中时，则也称其为，该场受到影响或操纵。
波长范围的分隔依赖于配属于操纵元件的光学器件的楔角和焦距。因此，这解决了能够以自适应元件来不同地影响激发和探测光的任务。在此，选出装置，在该示例中是楔形件，不仅可以定位在经准直的区域中而且可以定位在照明光路的发散或会聚的区域中。这是决定性的优点，这是因为光的空间上的相位的影响极为依赖于光的波长。尤其地，当要操纵激发和发射时，由此能够实现使用具有大的斯托克斯位移的染料。
当选出装置的，尤其是双反射镜的或分色器的角度位置是能调节的时，可以实现设备能够特别可变地与不同任务相匹配。
在这方面，当选出装置具有多个不同的分色器和/或反射镜时也可以是有利的。
当分色器和/或反射镜布置在分离器轮上并且有选择地可被定位在照明光路中时，则这种设备可特别容易处理。当将不同的分色器和反射镜布置在分离器轮上，可以非常快速且简单地切换非常不同的运行模式。分离器的位置公差在此起着次要的作用，这是因为光总是被反射两次。位置误差因此被自动补偿。
对于影响光路的附加的光学路段中的光学元件来说原则上重要的是，使光以期望的方式被引导，并且形成至少一个光瞳平面和/或至少一个中间图像平面。特别优选地，影响光路的光学元件具有至少一个透镜组件，尤其是至少一个透镜。
此外有利的是，选出装置的射束进入的、尤其是反射进入的定位处于至少一个透镜组件的光轴之外。利用这种定位能够实现可以无耗费地匹配新的应用的结构。
在本发明的另外的变型方案中，影响光路的光学元件可以具有至少一个反射镜。因此，设备可以以相对小的结构尺寸来实现。
在特别优选的变型方案中，在附加的光学路段中存在有第一透镜组件和第二透镜组件。尤其地，于是可以形成第一光瞳平面和第二光瞳平面。第一透镜组件和/或第二透镜组件在此可以由尤其是经过颜色校正的透镜构成。
当使用两个透镜或两个透镜组件而不是仅使用一个透镜或一个透镜组件时，能够实现另外的有利的变型方案，在其中，第一透镜组件的焦距不同于第二透镜组件的焦距。通过选择第一和第二透镜或透镜组件的焦距的比率，于是可以有针对性地调整光瞳的尺寸。这可以是适宜的，以便使光瞳的尺寸匹配于特定的可用的操纵元件，例如特定的空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)。
适宜地，第一透镜组件和第二透镜组件可以相对于彼此如下这样地定位，即，使第一透镜组件的光轴与第二透镜组件的光轴重合。由此实现了比较对称的结构，其可以无耗费地与改变了的应用几何形状相匹配。在这方面，当至少一个透镜组件，尤其是第一透镜组件和第二透镜组件，被激发光尤其是沿相反方向穿过两次时，则也是特别有利的。诸如畸变和彗形差象的奇数像差可以在两侧贯穿中通过光学器件得到补偿。
原则上，在附加的光瞳中使用发送用的基于液晶的自适应元件用作操纵元件。由于在驱控时其反应时间较短，所以经常使用反射用的自适应元件，例如形式为膜片反射镜，其中，高柔性的膜片借助压电元件或者通过静电力而变形。同样地，尤其是可以使用微反射镜阵列。
有利地，也可以使用所谓的SLM(空间光调制器)。利用该SLM可以以如下方式影响期望的光谱份额，即，使得它们被转向至成像传感器。此外，在此能使用所谓的DMD(DMD＝Digital Mirror Device，数字微镜器件)或具有光导功能的MEMS(MEMS＝Micro Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统)。
因此，根据本发明的设备的有利的变型方案的特征在于，在其中至少一个附加的光瞳平面和/或其中一个附加的中间图像平面中定位有SLM(空间光调制器)，DMD(数字微镜器件)和/或MEMS(微电子机械系统)。
在另外的变型方案中，可以在其中至少一个附加的光瞳平面和/或附加的中间图像平面中定位有达曼光栅。
针对特定的应用，例如针对结构化照明，也可以优选的是，在附加的光学路段中形成中间图像平面，并且在中间图像平面中定位有操纵元件。例如，可以在中间图像平面中存在有尤其是透射的用于光调制的装置。该装置例如可以是针对结构化照明的相位光栅。
此外，还可以在附加的光学路段中形成如下中间图像平面，在其中定位有自适应元件，尤其是SLM，用于对激发光进行射束整形。例如，因此可以在多光电照明的情况下渐显或渐隐特定的光点。
在用于多光点扫描显微镜的应用中，当在照明光路中和/或在探测光路中，尤其是在附加的光学路段中定位有至少一个多透镜结构时，也可以是有利的。例如由此可以实现如下结构，在其中，一个和同一探测针孔被用于源自不同照明的样品方位的探测光。
本发明的另外的有利的变型方案涉及该设备用于非偏振的光的用途，例如，在探测中使用。
该问题提出是基于，已公知的SLM(LCoS)(SLM＝空间光调制器，LCoS＝LiquidCrystal on Silicon，硅基液晶)只针对偏振方向工作，而与偏振无关的工作的SLM目前在市场上未提供。当想在探测中有利可图地使用根据本发明的设备时，因此必须确保两个偏振分量(s和p)可以高效被处理。为此，针对在本申请中提出的设备提供了两种可能性。
在第一种可能性中，在附加的光路路段中形成第一光瞳平面以及第二光瞳平面，其中，在第一光瞳面中布置有第一空间光调制器，并且在第二光瞳平面中布置有第二空间光调制器。
也就是说，在该第一种可能性中，设备生成了两个光瞳，该设备可以如下这样地设计，即，使得在两个光瞳中的每个内都可以放置SLM。
于是，在该第一种可能性中，第一空间光调制器(SLM)相对于在照明光路和/或探测光路中的光的偏振方向起作用的轴线相比于第二空间光调制器(SLM)相对于在照明光路和/或探测光路中的光的偏振方向起作用的轴线以错开了90度的角度布置。
也就是说，两个SLM关于它们的起作用的轴线彼此旋转了90度地使用。
替选地，也可以在第一空间光调制器(SLM)之前或在第二空间光调制器(SLM)之前存在有偏振旋转装置，用于使在照明光路和/或探测光路中的光的偏振方向旋转。
例如，这种偏振旋转经由波片、尤其是拉姆达半板来实现。
在高效处理偏振分量(s和p)的第二种可能性中，在附加的光学路段中存在有用于依赖于偏振地分离照明光路和/或探测光路的装置，并且还存在有光学器件，以用于将具有不同偏振的来自照明光路和/或探测光路的光的经分离的份额传导到两个不同的空间光调制器上或在附加的光学路段中的光瞳平面中的一个且同一空间光调制器的不同区域上。
特别优选地，选出装置可以被设立成用于将照明光路和/或探测光路依赖于偏振地分离。
附图说明
下面参考附图描述本发明的另外的优点和特征。其中：
图1：根据本发明的设备的第一实施例的示意性的视图；
图2：根据本发明的设备的第二实施例的示意性的视图；
图3：根据本发明的设备的第三实施例的示意性的视图；
图4：根据本发明的设备的第四实施例的第一示意性的视图；
图5：图4的实施例的第二示意性的视图；
图6：图4的实施例的细节的示意性的视图。
参考图1阐述根据本发明的针对扫描显微镜的用于射束操纵的设备100的第一实施例。相同和作用相同的部件通常在图中用相同的附图标记标识。
具体实施方式
在图1中示意性地示出的设备100具有第一主分色器12、照明光路13和扫描仪30作为主要部件。主分色器12用于将激发光10耦入到照明光路13中并用于将激发光10和探测光50分开。优选地被定位在光瞳平面中的扫描仪以原则上已知的方式被用于激发光10采样。
根据本发明，存在有附加的光学路段40，其具有影响光路的光学元件14、16、71、18、22、72，并且下面将详细描述。根据本发明，通过影响光路13的光学元件14、16、71、18、22、72形成第一光瞳平面20和第二光瞳平面24。
此外，根据本发明存在有能调节的选出装置16，其被用于连通或断开附加的光学路段40，其中，选出装置16被定位在照明光路13的光瞳平面之外。
在所示的示例中，选出装置16是双反射镜，其可以借助于未示出的机构从光路中拉出。当双反射镜从光路被拉出时，附加的光学路径40被断开，并且激发光10和从扫描仪30回来的探测光50直接在主分色器12与扫描仪之间(经由透镜14)行进。
影响光路13的光学元件，在激发光10的光路的在图1中由箭头示出的顺序中，首先包括用于准直激发光10的透镜14。接着，激发光10撞击到双反射镜16的前侧并且从那里横向向上朝第一光瞳平面20的方向偏转。在第一光瞳平面20中定位有反射用的第一操纵元件71，其中，其例如可以是SLM，以用于有针对性地操纵激发光10。例如，可以调整PSF的特定的期望的射束型廓。
激发光10被第一操纵元件71反射，并且像之前作为经准直的光束那样到达透镜18上。透镜18将激发光10在附加的光学路段40的第一光路41上传导向透镜22。如图1所示，透镜18和22光轴重合。透镜22对落入的激发光10重新准直，并将其传导到另外的光瞳平面24上，在其中同样可以定位有诸如SLM的反射用的操纵元件72。在另外的光瞳平面24中可以实施对激发光10的进一步期望的操纵。激发光10被反射用的操纵元件72朝透镜22的方向射回，并被该透镜在附加的光学路段40的第二射束路径42上传导至透镜18。如在图1中可以看到地，第一射束路径41和第二射束路径42都处于透镜18和22的光轴之外。
原则上，仅存在诸如SLM的反射用的操纵元件就足够了。例如，也可以在第一光瞳平面20中布置有简单的反射镜，并在另外的光瞳平面中布置有诸如SLM的反射用的操纵元件。颠倒过来的结构也是可能的，也就是诸如SLM的反射用的操纵元件布置在第一光瞳平面中，而简单的反射镜布置在另外的光瞳平面中。
透镜18对来自透镜22的激发光10重新准直，并将其传导到双反射镜16背侧上。从这里，激发光10最后朝扫描仪30的方向传导，并从那里朝图1中没有示出的显微镜的方向传导。
在图1的示例中，在透镜18和22之间也形成中间图像平面，但是在本实施变型方案中不使用它们。
当使用双反射镜时，来自显微镜的探测光50可以一方面沿相反方向上采用了与激发光10相同的光学路段。只有当探测光具有不同的波长时，才在主分色器上发生分离。
在优选的变型方案中，选出装置16是分色器，其例如用前侧和背侧反射激发光10，而探测光50在前侧和背侧上透过。于是，激发光10的路程保持不变，但探测光50从扫描仪30透射过选出装置16并经由主分色器12直接到达至探测针孔52。
第一操纵用的、尤其是自适应的光学元件71和/或第二自适应的光学元件72示例性地实施反射，并可以被用于相对于光轴对激光光点进行轴向定位(z定位)并被用于补偿在样品中的激光光点的在各自的x、y、z定位上的图像误差。为此目的可以具有例如带可径向对称地变形的反射镜面的膜片，并且可以与驱控装置(未图示)连接，驱控装置本身与用于预设激光光点的x、y、z定位的时间和空间上限定的序列的控制器连接。
驱控装置可以优选为了调节图像误差补偿的目的而与用于检测各自的x、y、z定位上的受对象物限制的图像误差的测量装置耦接，该测量装置配备有波前传感器。在替选的实施方式中，在其中，图像误差补偿的控制结合先前存储的与系统相关的误差数据来进行，驱控装置与用于在特定的x、y、z定位上的图像误差的实际值存储器(未图示)连接。
在图1中所示的变型方案中，因此可以在光路中存在有可切换的分色器16或反射镜。于是，激发光10采用图1中所示的并上述的路径。当选出装置16(如在双反射镜的情况下)并不处于光路中或(如在分色器的情况下)不起作用时，则光不经由自适应路径，即附加的光学路段40行进，而是简单地直接穿过。
图1的示例的特征还在于，在附加的光学路段40中形成有两个附加的光瞳平面20、24。在光瞳平面24中的光瞳的尺寸在此可以通过透镜18和第22的焦距的比率来调整。
在其中设备被用于非偏振的光，例如被用在探测中的替选方案中，利用图1中的选出装置16分割探测光的偏振分量，从而使两个偏振分量到达光瞳24/72中的一个且同一SLM(空间光调制器)的不同的空间区域上。其中一个偏振分量事先例如用拉姆达半板旋转了90°。因此，两个偏振分量最终都会受到相同SLM的影响。
根据本发明的设备100的变型方案将在下面参照图2至图6示出，其中，基本上对区别进行阐述，而与在图1中相同的部件和作用方式将不再次说明。
参照图3阐述了根据本发明的针对扫描显微镜的用于射束操纵的设备100的第二实施例。在该变型方案中，透镜22与图1的示例相比，由两个反射用的元件25和26来代替。由此，整体上实现了结构的缩短，这在所需的结构空间方面可以是有利的。
也可以被称为偏转反射镜的两个反射用的元件25和26中，一个可以被定位在中间图像平面中并且可以构造为自适应的反射镜，利用其能够实现例如是激发光10的射束整形。然而原则上也可能的是，中间图像平面27对称地形成在两个反射用的元件25和26之间。在中间图像平面27中可以定位有发送用的操纵单元，例如用于结构化照明的相位掩模。
在图1和2的情况下，第一射束区段是透镜14与在反射镜16移入到光路中的情况下被该反射镜取代的也就是不被通过的扫描反射镜30之间的色散光路的一部分。由图1和图2中可以直观地看出，在光路的该部分中没有光瞳。
参照图3阐述根据本发明的针对扫描显微镜的用于射束操纵的设备100的第三实施例。
在该变型方案中，与图1的示例相比，选出装置16(例如是分色器)布置在光路的会聚的部分中。为此，选出装置16与图1相比相对于透镜18、22也是不同的，即布置在这些透镜18、22之间。根据结构空间关系而定地，这可以是有利的。为了准直射束，与图1相比，附加地在扫描仪30与选出装置16之间存在有透镜29。此外，该实施例示出了用于多光点运行的应用，其中，一定的场通过该设备传播。在此，探测光50最终落到多路针孔54上或平面式的像素化的传感器(SPAD阵列等)上。
最后，参照图4至图6阐述根据本发明的针对扫描显微镜的用于射束操纵的设备100的第四实施例。
在此，选出装置由具有特定的特性的分色器楔形件60形成。在图6中示意性地示出的分色器楔形件60前侧61，其被构造成用于反射具有小于第一截止波长的波长的光。此外，分色器楔形件60还具有背侧62，其被构造成用于反射大于第二截止波长的波长的光。第二截止波长应大于第一截止波长。然而，也可以想到颠倒的情况。
分色器楔形件60的这些特性由于针对前侧61和背侧62的受到楔形形状所造成的不同的反射角度而引起具有不同波长的光以不同的路径通过附加的光学路段40。例如，这可以用于沿与具有较短波长的探测光不同的路段将具有较短的波长的激发光传导经过附加的光学路段40。这尤其也导致，具有不同波长的光可以在不同方位处落入到光瞳平面20、24上，并因此在那里可以被不同地操纵。
例如，图4示出了针对来自主分色器12的激发光10的射束路径。该激发光在示例中应当仅在分色器楔形件60的前侧61上被反射，但是却从背侧62被发送。于是，激发光10采用图4中所示的路段64。
来自显微镜的探测光50如图5中示意性地示出地采用了不同的路段。该探测光在示例中应当仅在分色器楔形件60的背侧62上被反射，但是从前侧61被发送。探测光50于是采用图5中所示的路段66。不同路段的主要原因是针对分色器楔形件60的前侧61和背侧62的受到楔形形状所造成的不同的反射角度。如可从图4和图5看出，探测光50与激发光10相比在不同的方位撞击到光瞳平面20、24上，并且因此可以利用在那里存在的依赖于方位的操纵器件(例如SLM)进行不同地操纵。
本发明的另外的有用的方面涉及在选出装置16的定位处对光偏振的利用，例如在图1中。激发光通常被非常好地偏振，而来自样品的发射光没有优选的偏振。现在重要的应用在于，激发光应该传导经过SLM以用于操纵目的，其例如在样品中产生特定的点图案。但是，现在应该非常快速地切换回成像。这可以通过例如在照明光路中(例如在路径10中)引入电光开关，例如泡克耳斯盒来实现。然后，在那里允许在小于1毫秒的范围内快速切换，用以切换不同的路径进而是模式。更有利的是，在该位置16处引入实际上是具有限定的边缘功能的二向色的分色器的元件。众所周知的是，在这些二向色的分色器中，s和p偏振的份额表现不同。例如，具有限定的边缘功能的这种二向色的分色器可以具有以下规格：
Ts(488nm)<2％ Ts(500～600nm)>90％
Tp(488nm)>90％ Tp(500～600nm)>90％
在此，Ts(x)是具有s偏振和波长x的辐射的透射系数。相应地，Tp(x)是具有p偏振和波长x的辐射的透射系数。因此，利用这样的二色分光器可以依赖于偏振地切换具有488nm的波长的激光，而在针对所有的偏振分量的500～600nm范围内的来自样品的发射光被发送。代替作为分色器地，楔形件60也可以如下这样地设计，即，使前侧和背侧在各不同的角度下反射各不同的偏振分量，这类似于色彩楔形件60地导致，偏振分量落在SLM的不同的空间区域上。在受到SLM的波前影响之后，分量无法在没有损失的情况下重新合并。原则上，可以将两个偏振分量共同地引导至一个探测器。然而，优选地，将偏振分量分开地引导至多个探测器并进行探测。
附图标记列表
10 激发光
12 主分色器
14 透镜
16 选出装置
18 透镜
20 光瞳平面
22 透镜
24 光瞳平面
25 反射镜
26 反射镜
27 中间图像平面
29 透镜
30 扫描反射镜
32 至显微镜的光学路段
40 附加的光学路段
41 从第一透镜18到第二透镜22的射束路径
42 从第二透镜22到第一透镜18的射束路径
50 探测光
52 针孔平面
54 针孔平面
60 楔形分色器
61 楔形分色器的上侧
62 楔形分色器的下侧
64 针对第一波长的射束路径
66 针对第二波长的射束路径
71 第一自适应元件、尤其是SLM
72 第二自适应元件、尤其是SLM
100 设备

Claims (31)

1.用于扫描显微镜的射束操纵的设备，所述设备具有：
主分色器(12)，所述主分色器用于将激发光(10)耦入到照明光路(13)中并且用于使激发光(10)与探测光路的探测光(50)分开，
其特征在于，
存在有附加的光学路段(40)，所述附加的光学路段具有影响光路的光学元件(18、22、25、26)，
通过所述影响光路(13)的光学元件(18、22、25、26)在所述附加的光学路段(40)中形成至少一个光瞳平面(20，24)和/或至少一个中间图像平面，
存在有能调节的选出装置(16)，所述选出装置用于激活照明和/或探测光路(13)的第一射束区段或者用于激活所述附加的光学路段(40)，
其中，所述照明和/或探测光路(13)的第一射束区段不包含所述照明和/或探测光路(13)的光瞳平面。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)定位在所述照明和/或探测光路(13)的经准直的区域中。
3.根据权利要求2所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)定位在所述照明和/或探测光路(13)的发散或会聚的区域中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，
其特征在于，
存在有机械器件，所述机械器件用于将所述选出装置(16)摆动进入到所述照明和/或探测光路(13)中或从其中摆动出来，或者用于将所述选出装置(16)移动进入到所述照明和/或探测光路(13)中或从其中移动出来。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)具有至少一个反射镜、尤其是双反射镜。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)的角度位置、尤其是双反射镜的角度位置是能调节的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)具有至少一个、尤其是二向色的分色器(60)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，
其特征在于，
在照明光路(13)中，尤其是在所述主分色器(12)之前存在有用于接通和切断照明光的切换装置、尤其是声光的或电光的开关，例如泡克耳斯盒，并且
所述能调节的选出装置(16)形成为依赖于波长起作用的偏振滤光器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述照明光路被分成多个子射束，
在所述子射束的射束路径中存在有用于提供不同偏振的偏振旋转元件，并且
存在有用于在所述子射束中的一个或多个子射束之间进行转换的切换装置、尤其是多路AOTF。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)具有至少一个依赖于波长的二向色的偏振滤光器(60)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)具有多个不同的分色器和/或反射镜。
12.根据权利要求11所述的设备，
其特征在于，
所述分色器和/或反射镜布置在分离器轮上，并且能有选择地定位在照明和/或探测光路(13)中。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述影响光路(13)的光学元件(18、22、25、26)具有至少一个透镜组件(18)、尤其是至少一个透镜。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)的射束进入的、尤其是反射进入的定位处于至少一个透镜组件(18、22)的光轴之外。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述影响光路(13)的光学元件(18、22、25、26)具有至少一个反射镜(25、26)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的设备，
其特征在于，
在所述附加的光学路段(40)中，借助第一透镜组件(18)和第二透镜组件(22)尤其形成第一光瞳平面(20)和第二光瞳平面(24)。
17.根据权利要求16所述的设备，
其特征在于，
所述第一透镜组件(18)的焦距与所述第二透镜组件(22)的焦距不同。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述第一透镜组件(18)的光轴与所述第二透镜组件(22)的光轴重合。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的设备，
其特征在于，
至少一个透镜组件(18)、尤其是第一透镜组件(18)和第二透镜组件(22)被所述激发光(10)穿过两次，尤其是沿相反方向穿过两次。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的设备，
其特征在于，
在附加的光瞳平面(20、24)中的至少一个光瞳平面中定位有SLM(空间光调制器)、DMD(数字微镜器件)和/或MEMS(微电子机械系统)。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的设备，
其特征在于，
在附加的光瞳平面(20、24)中的至少一个光瞳平面中定位有达曼光栅。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的设备，
其特征在于，
在所述附加的光学路段(40)中形成中间图像平面(29)，并且
在所述中间图像平面(29)中定位有尤其是透射的用于光调制的装置。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的设备，
其特征在于，
在所述附加的光学路段(40)中形成其中定位有自适应元件、尤其是SLM以对激发光(10)进行射束整形的中间图像平面(25、26)。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的设备，
其特征在于，
在照明光路(13)中和/或在探测光路中、尤其在所述附加的光学路段(40)中定位有至少一个多透镜结构。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的设备，
其特征在于，
在所述附加的光学路段(40)中形成第一光瞳平面(20)和第二光瞳平面(24)，并且
在所述第一光瞳平面(20)中布置有第一空间光调制器(SLM)，并且在所述第二光瞳平面中布置有第二空间光调制器(SLM)。
26.根据权利要求25所述的设备，
其特征在于，
所述第一空间光调制器(SLM)相对于在所述照明光路(13)和/或所述探测光路中的光的偏振方向起作用的轴线相比于所述第二空间光调制器(SLM)相对于在所述照明光路(13)和/或所述探测光路中的光的偏振方向起作用的轴线以错开了90度的角度布置。
27.根据权利要求25或26的设备，
其特征在于，
在所述第一空间光调制器(SLM)之前或在所述第二空间光调制器(SLM)之前存在有用于使在所述照明光路(13)和/或所述探测光路中的光的偏振方向旋转的偏振旋转装置。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的设备，
其特征在于，
在所述附加的光学路段(40)中存在有用于依赖于偏振来分离所述照明光路(13)和/或所述探测光路的装置，并且
存在有光学器件，所述光学器件用于将所述照明光路(13)和/或所述探测光路的光的具有不同偏振的分离开的份额传导到两个不同的空间光调制器上或者传导到所述附加的光学路段(40)中的光瞳平面中的一个且同一空间光调制器的不同区域上。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)被设立成用于依赖于偏振来分离所述照明光路(13)和/或所述探测光路。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述选出装置(16)具有至少一个楔形分色器(60)，
所述楔形分色器(60)的前侧(61)被构造成用于反射波长大于或小于第一截止波长的光，并且
所述楔形分色器(60)的后侧(62)被构造成用于反射波长大于或小于第二截止波长的光。
31.具有根据权利要求1至30中任一项所述的用于射束操纵的设备的显微镜，所述显微镜具有：
至少一个显微镜物镜和用于探测由样品射出的探测光的探测装置，
其特征在于，
附加的光学路段(40)的光瞳平面(20、24)处于与所述显微镜物镜的光瞳平面光学共轭的平面中。
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