用于扫描显微镜的移相滤光器制造技术

说明了一种用于扫描显微镜的光学装置，借助该装置能够很大程度上与波长不相关地实现光束的焦点形成及由此简化在较大的波长频谱中的高分辨率的显微技术、尤其是STED显微技术。在此，至少两个移相滤光器被设置在固定器上。该固定器有利地为可设置在光束的光程中的滤光盘或滤光滑板，其中优选地涉及在STED显微镜中的受激发光束的光程。所述固定器被构造为玻璃衬底，相应的移相滤光器被设置在该衬底上。符合目的地，一个位置为了调节目的还附加地位于所述固定器上，在通过该位置时光的波阵面不受影响，也就是说，在此涉及一个空位，没有移相滤光器位于该位置上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有聚焦光学器件和用于形成光束焦点的移相滤光器的光学装置，该光学器件使至少一束光束聚焦到焦平面中，其中，移相滤光器引起光束的相移。此外，本专利技术涉及具有聚焦的光学器件和用于形成光束焦点的移相滤光器的扫描显微镜，该光学器件将光束聚焦在焦平面中，其中，移相滤光器引起光束的相移。
技术介绍
在扫描显微技术(Scanmikroskopie)中,样品被光束照亮，以便观察从样品出发的反射光或荧光。照明光束的焦点借助于ー个可控的光束偏转装置(扫描装置)，通常通过两个镜子的倾斜而在ー个物平面中运动，其中该偏转轴线通常彼此垂直地竖立，使得ー个镜子向着X方向及另ー个向着y方向偏转。共焦的扫描显微镜通常包括光源、聚焦光学器件，借助该光学器件光源的光聚焦在一个孔板上、分光器、用于射束控制的光束偏转装置、显微光学器件、检测光阑和用于证明检测光或荧光的检测器。照明光由ー个分光器耦入。来自物体的荧光或反射光通过光束偏转装置返回到达分光器，经过该分光器，以便接着被聚焦到检测光阑上，检测器位于该检测光阑的后面。不直接来自焦平面的检测光选取另一条光路并且不经过检测光阑，使得得到了样品的点信息，所述信息通过对物体的顺序扫描得到一幅三维图像。三维图像大多通过层式的图像数据接收来获得。此外，共焦扫描显微镜的分辨カ除其他因素之外还取决于激发光束的焦点的亮度分布和空间延伸。STED (受激发射损耗)显微技术，如其由Prof. Stefan所开发的，提供了提高分辨率的可能性。在此，激发光束的焦点空间的侧向边缘区域被用另一波长的光束、所谓的受激发光束或退激发光束照亮，这些光束优选由第二激光器发射，以便在那里将由第ー激光器激发的样品区域(即那里的荧光分子)受激发地返回基态。随后仅检测来自不被第ニ激光器照亮的区域的自发发射的光，使得总体上实现了分辨率的改进。已证实，当理想地实现了将受激发光束的焦点在内部、更确切地说在所有三个空间方向上构造为零点时，可同时不仅侧向地而且轴向地提高分辨率。以图示说明，在受激发光束的亮度轮廓的内部构成ー个空心球体，在该空心球体中受激发光束的亮度为零，也就是说不存在辐射。受激发焦点的形状由移相滤光器函数的傅里叶变换得出。在此，已知了多种不同的移相滤光器。例如具有所谓的Vortex移相滤光器或轴向移相滤光器，如其例如在《应用物理快报》(Appl. Phys. Lett. ) 2003年5月5日第82卷第18期，3125-3127中说明的那样。在轴向移相滤光器中，穿过板的中心部分的光相对板的边缘区域延迟半个波长。在此，穿过中心部分的光部分必须与穿过边缘区域的部分相同。由此，由于干涉效应在光束的中心区域中产生消光。在实践中，在侧向和轴向方向上经常不能相同地实现非常高的消光改进，因为所描述的理想空心球体很难产生。因此，人们经常需要决定选择某个装置以要么在侧向要么在轴向方向上实现高的分辨率，这取决于相应的应用情況。 其次，对于不同的荧光色素也必须使用不同波长的激发及退激发光。但是，已知的移相滤光器具有缺点，即，它仅对于ー个特定的光波长度精确地进行相移，该相移导致所希望的焦点上的亮度分布。因此，它们通常仅可在ー个在中心波长附近约60nm的窄的波长带宽中使用。但是，这是ー个大的缺点，因为荧光色素在一个宽的波长范围中出现并且对于确定的生物学课题必须使用不同的荧光色素。但是，随后由于该移相滤光器不与该荧光色素配套而仅可实现较差的分辨率。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务在于，提供ー个光学装置，该光学装置能够很大程度上与波长不相关地实现光束的焦点形成并且由此允许在较大的波长频谱中使用高分辨率的显微技术、尤其是STED显微技术。该任务通过ー个光学装置解決，该光学装置其特征在干，在ー个固定器上设置至少两个移相滤光器。有利的是，该固定器是ー个滤光盘或滤光滑板，它被置入光束的光程中。优选地，它用于STED显微镜中的受激发光束的光程。优选地，在固定器上矩阵式地设置多个移相滤光器。有利地，固定器是ー个玻璃衬底，各个移相滤光器被气相喷镀在该衬底上。符合目的地，为了调节目的附加地还有ー个位置位于固定器上，在通过该位置时不影响光的波阵面，也就是说，在此涉及ー个空位，没有移相滤光器位于该空位上。为了调节光的光程，首先在光程中调节空位，也就是在滤光盘或滤光滑板中没有移相滤光器位于其上的位置，使得从激光器输出端或者说激发针孔或者耦入激光器的光导纤维的端部开始直到样品平面的焦点为止的光程可不受移相滤光器影响地被调节。当例如应用在DE102007011305A1中说明的、用于调节两个光束的调节方法时，如其在STED显微技术中所必需的那样，是特别有利的。有利地，移相滤光器应位于显微镜的物镜光瞳中或一个与其共轭的平面中。但是，由于移相滤光器出于结构原因通常不能被直接装入到物镜光瞳中，因此它尽可能接近物镜光瞳地定位或者借助成像光学器件成像在物镜光瞳中。移相滤光器被相对显微镜的光轴调节，使得它或其图像被设置在物镜的光瞳中心。在应用用于移相滤光器的滤光盘时必要的是，在滤光盘转动时各个移相滤光器的中心点总是可以成像在物镜的光瞳的中心点上。因此必要的是，滤光盘的转动轴线被相应地调节，使得在该盘转动时各个移相滤光器的中心点也与光瞳的中心点相一致。特别有利的是在使用滤光盘时，对于调节使用极坐标系并且通过距离和角度来定义滤光盘的中心点。滤光盘可被电机驱动转动。各个移相滤光器在光程中的定位可通过计算机电子控制地实现。在此，各个移相滤光器相对物镜光瞳的中心点的精确定位是必需的。为了测量移相滤光器的位置应用ー种高精度的測量系统、例如磁阻測量系统，借助该系统可实现对插入到光程中的相应移相滤光器的位置的精确测量。移相滤光器的调节例如可如下进行滤光盘的转动轴线的位置被沿着光束的光轴手动调节，然后通过转动滤光盘来调节相应的移相滤光器。下述实施变型尤其是有利的在r方向上借助微调螺钉将各个移相滤光器的位置范围定向到光路上。在9方向上通过步进电机驱动装置转动盘来调节精确的CP位置。通过应用扫描器，可精确地并且可再现地调节转动位置，有利的是磁阻传感器结合直接设置在移相滤光盘上的磁极盘使用。也可考虑，在r 方向上的调节也通过扫描器来实现。由此，调节可借助计算机中执行的算法来自动控制。有利地，正确的盘位置的測量值被电子地存储在数据表中。在稍后对运行中的移相滤波器矩阵进行定位时，移相滤波器以迭代的方法定位，其中，转动滤光盘并且測量当前的位置。如果还未达到目标位置，则再次运动滤光盘、測量当前位置等，直到最后达到最終位置。用于正确定位的另ー个操作方式是，使用位置调节器。通过相对于光轴调节移相滤光器矩阵可实现移相滤光器矩阵或者其在光瞳中的像的最佳定位。这也可被机械化地进行，以便例如对分别具有不同光瞳位置的不同物镜自动地获得正确的调节。为此，可再次使用数据表。物镜的选择被计算机控制地进行。由此可为每个所选择的物镜相应地定位移相滤光器。为了在显微镜中不仅实现侧向的而且实现轴向的分辨率提高，移相滤光器矩阵可不仅装配提高侧向分辨率的移相滤光器而且装配提高轴向分辨率的移相滤光器。替换地，例如对于STED显微技术,受激发光束可借助分光器被分成两个分光束。为此，例如可使用偏振分光器并且两个分光束的光输出比例用ー个入/2板来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.01 DE 102009056250.81.具有聚焦光学器件的光学装置，所述光学器件使光束聚焦到焦平面中并且具有用于形成光束焦点的移相滤光器(2, 3,4,5,6 ;51, 52, 53, 54, 55),其中，所述用于形成焦点的移相滤光器(2，3，4，5，6 ;51，52，53，54，55)引起光束的相移，其特征在于，设有固定器(I ；50),该固定器被装配有至少两个移相滤光器(2, 3 ;51，52),并且所述移相滤光器(2, 3 ；51,52)能够分别単独地设置到光束的光程中。2.根据权利要求I所述的光学装置，其特征在于，所述固定器(I;50)被构造为滤光盘，所述滤光盘能够通过电机转动。3.根据权利要求I或2所述的光学装置，其特征在于，所述固定器(I;50)被构造为玻璃衬底，所述移相滤光器(2，3，4，5，6 ;51，52，53，54，55)被设置在该衬底上。4.根据权利要求2或3所述的光学装置，其特征在干，所述移相滤光器(2，3,4,5,6; 51，52，53，54，55)在光束的光程中的定位能够由计算机电子控制实现。5.根据权利要求3或4所述的光学装置，其特征在干，ー个位置(7，56)位于所述固定器(I ;50)上，在通过该位置时光的波阵面不受影响。6.根据权利要求5所述的光学装置，其特征在于，所述位置(7，56)是ー个空位，没有移相滤光器位于该位置上。7.根据权利要求2至6中一项或多项所述的光学装置，其特征在于，通过在!■方向上移动及以角度9转动，所述滤光盘(I ;50)能够相对于光轴(70)调节8.根据权利要求7所述的光学装置，其特征在干，设置扫描器用于调节滤光盘(I；50)的转动位置。9.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在干，该扫描器被构造为磁阻传感器和直接设置在滤光盘(I ；50)上的磁极盘的组合。10.根据权利要求7至9中一项所述的光学装置，其特征在干，滤光盘(I;50)的调节借助于存储在计算机中的算法来实现。11.根据权利要求I至10中一项或多项所述的光学装置，其特征在于，所述移相滤光器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·古杰尔，A·吉斯科，M·戴巴，R·塞弗特，B·威兹高斯盖，
申请(专利权)人：徕卡显微系统复合显微镜有限公司，
类型：发明
国别省市：