光學(xué)裝置和顯微鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在顯微鏡上的光學(xué)裝置,帶有照明機(jī)構(gòu)、分光機(jī)構(gòu)和反光鏡機(jī)構(gòu),所述照明機(jī)構(gòu)用于產(chǎn)生在照明側(cè)上伸展的照明光線,所述分光機(jī)構(gòu)用于將照明光線分成至少兩個分光束,所述反光鏡機(jī)構(gòu)用于將分光束反射到對樣品進(jìn)行平面照明的照明范圍。另夕卜,本發(fā)明還涉及一種顯微鏡,所述顯微鏡具有相應(yīng)的光學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在利用光學(xué)顯微鏡對活性的生物組織進(jìn)行觀察時,重要的是盡可能將對樣品的光致附生損傷保持在很小的程度。為此研發(fā)了在顯微鏡的檢測平面內(nèi)用片光源照明的方案。在此實(shí)現(xiàn)了一種利用選擇平面照明的顯微成像(Selective Plane Illuminat1nMicroscopy, SPIM)。在這種情況下,照明光線的擴(kuò)散方向垂直于檢測方向,其中通過垂直于檢測物鏡的照明光學(xué)機(jī)構(gòu),例如通過第二照明透鏡入射到樣品體內(nèi)。其中由于樣品會產(chǎn)生陰影效應(yīng),因此從不同方向?qū)悠愤M(jìn)行照明最為相宜,以便克服該問題。此點(diǎn)迄今隨著時間的推移和/或付出大的機(jī)械代價(jià)的情況下得以實(shí)現(xiàn)。因此對顯微成像的樣品準(zhǔn)備工作的影響很大,并且顯微成像的樣品準(zhǔn)備工作與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微成像常常不能兼容。
[0003]在DE102004034957A1中披露了一種設(shè)置在顯微鏡上的光學(xué)裝置,其中利用照明機(jī)構(gòu)產(chǎn)生在照明側(cè)上伸展的照明光線。利用分光機(jī)構(gòu)T將照明光線分成兩個分光束Lsl和Ls2。利用反光鏡機(jī)構(gòu)Rl,R2將分光束反射到用于對樣品進(jìn)行平面照明的照明范圍。
[0004]具體地說,兩個分光束Lsl和Ls2被在殼體H內(nèi)設(shè)置的光導(dǎo)向機(jī)構(gòu)LF導(dǎo)向,從物鏡Lz側(cè)面繞過,然后通過反射鏡機(jī)構(gòu)被反射到樣品的照明范圍。物鏡Lz設(shè)置在殼體H內(nèi),因此物鏡的尺寸必須與殼體的尺寸一致或殼體的尺寸必須與物鏡的尺寸一致。為此最終實(shí)現(xiàn)具有在殼體H內(nèi)形成的光導(dǎo)向機(jī)構(gòu)LF和鑲嵌在殼體內(nèi)的物鏡的綜合結(jié)構(gòu)。由于殼體的尺寸是預(yù)定的,所以任意選擇物鏡常常是不可能的。從照明側(cè)通過鑲嵌在殼體內(nèi)的物鏡實(shí)現(xiàn)對光信號的檢測。
[0005]在DE10257423A1中披露了一種設(shè)置在顯微鏡上的光學(xué)裝置,利用該光學(xué)裝置同樣可以實(shí)現(xiàn)對樣品的平照明。具體地說,已知的裝置具有兩個相互垂直的物鏡,其中一個用于照明,另一個用于檢測。這種裝置要求具有特別專用適配的樣品承納機(jī)構(gòu),故常常在幾何形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上很難實(shí)現(xiàn)。
[0006]以在DE102004034957A1中披露的現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ),本發(fā)明的目的在于對上述的一種光學(xué)裝置以及一種顯微鏡進(jìn)行設(shè)計(jì)和進(jìn)一步設(shè)計(jì),以便利用結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)靈活的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]通過具有權(quán)利要求1特征的光學(xué)裝置和通過具有權(quán)利要求13特征的顯微鏡實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。本發(fā)明的光學(xué)裝置的特征在于設(shè)置在與照明側(cè)相背的照明范圍側(cè)上的檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)。
[0008]從本發(fā)明中首先了解到,具有平面照明的光學(xué)機(jī)構(gòu)不需要將照明光學(xué)機(jī)構(gòu)和檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)設(shè)置在照明范圍或樣品的同一側(cè)上。因此可以相互不受影響地實(shí)現(xiàn)照明光學(xué)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),所以在很大程度上保證了設(shè)計(jì)的靈活性和對不同應(yīng)用范圍的適配。特別是用于檢測的物鏡的尺寸和設(shè)計(jì)不再受具有光導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的殼體的尺寸的約束。在本發(fā)明中檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)具體地設(shè)置在與照明側(cè)相背的照明范圍側(cè)上。由于實(shí)現(xiàn)了照明光學(xué)機(jī)構(gòu)與檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)之間盡可能大的空間分隔,因而可以提供對照明光學(xué)機(jī)構(gòu)以及對檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)的多種多樣的設(shè)計(jì)可能。
[0009]因而利用本發(fā)明的光學(xué)裝置和本發(fā)明的顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)構(gòu)的靈活的應(yīng)用。
[0010]具體地說,設(shè)置在照明側(cè)的照明光學(xué)機(jī)構(gòu)與檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)同軸。在每種情況下,照明光學(xué)機(jī)構(gòu)都與檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)分隔,從而對檢測物鏡的選用與照明光學(xué)機(jī)構(gòu)無關(guān)可以與任何試驗(yàn)情況適配。由于照明光學(xué)機(jī)構(gòu)與檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)同軸,因此可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)裝置的特別簡單的結(jié)構(gòu)。
[0011]分別根據(jù)應(yīng)用情況和出于對簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮,反光鏡機(jī)構(gòu)具有一組或多組反光鏡或平板反光鏡或一個環(huán)形反光鏡或多個環(huán)形反光鏡段。就反光鏡機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)而S,可以對不同的應(yīng)用情況加以考慮。
[0012]就簡單并可靠的將照明光線分成至少兩個分光束而言,分光機(jī)構(gòu)可以具有偏振光學(xué)機(jī)構(gòu)或用于光瞳分光的器件,優(yōu)選反射或透射器件。替代上述方案分光機(jī)構(gòu)具有至少一個棱鏡或光闌。在每種情況下,分光機(jī)構(gòu)都可為模塊結(jié)構(gòu),從而可以實(shí)現(xiàn)在光學(xué)裝置或顯微鏡內(nèi)的簡單的實(shí)施和設(shè)置。
[0013]根據(jù)一個有益的設(shè)計(jì),分光機(jī)構(gòu)本身或與照明光學(xué)機(jī)構(gòu)的其余器件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)由分光束產(chǎn)生片光源。替代上述方案,可以在分光機(jī)構(gòu)后設(shè)置有由分光束分別產(chǎn)生片光源的機(jī)構(gòu)。根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施方式,這種用于分別產(chǎn)生片光源的機(jī)構(gòu)為模塊結(jié)構(gòu),從而便于將其嵌入光學(xué)裝置或顯微鏡中。
[0014]具體地說,用于產(chǎn)生相應(yīng)片光源的機(jī)構(gòu)具有柱面光學(xué)器件或掃描器。這兩種設(shè)計(jì)都可以可靠地產(chǎn)生一片光源。最好根據(jù)某一應(yīng)用情況,對一種片光源產(chǎn)生技術(shù)或另一種片光源產(chǎn)生技術(shù)加以選用。
[0015]根據(jù)進(jìn)一步有益的方式,分光束或片光源以預(yù)定距離與光軸相互間隔并平行于光軸或在光軸附近并與光軸的夾角不等于0°。由于與光軸間隔的或在光軸附近實(shí)現(xiàn)的對分光束或片光源的導(dǎo)向,因而在光軸上留下了相對大的可用于設(shè)置樣品的范圍。此點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)對多種常見的需要很大空間的不同樣品的檢測。
[0016]就光學(xué)裝置或顯微鏡的進(jìn)一步有益的設(shè)計(jì)而言,所述裝置可以具有用于控制和/或影響照明光線相干性的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)最好為模塊結(jié)構(gòu),例如在照明方向上并在分光機(jī)構(gòu)前設(shè)置在光學(xué)裝置內(nèi)。利用這種機(jī)構(gòu)可以在樣品的照明范圍內(nèi)對分光束的干涉能力或干涉特性有益地加以影響和/或設(shè)計(jì)。
[0017]根據(jù)另一個替代設(shè)計(jì),所述裝置具有用于控制和/或影響在照明范圍內(nèi)的分光束或片光源的干涉能力的機(jī)構(gòu)。就此,替代或附加于上述方案,所述裝置可以具有選擇性影響至少一個分光束或片光源的偏振狀態(tài)和/或相干長度的機(jī)構(gòu)。另外,所述裝置可以具有對至少一個分光束或片光源進(jìn)行相位變化的機(jī)構(gòu)。
[0018]為減小陰影效應(yīng)以及在不受方向影響的改善分辨率的結(jié)構(gòu)化照明的情況下,可對對分光束或片光源的入射方向的偏振角相對于照明范圍或相對于樣品進(jìn)行調(diào)整或變化。因此可以從樣品所需求的一側(cè)實(shí)施照明。為此,具體而言并根據(jù)一個特別簡單的設(shè)計(jì),分光機(jī)構(gòu)和優(yōu)選地分光機(jī)構(gòu)與反光鏡機(jī)構(gòu)可以以光軸為圓心旋轉(zhuǎn)。
[0019]采用本發(fā)明的光學(xué)裝置可以使一種便于實(shí)施的并與一種與通常的(反轉(zhuǎn)的)光學(xué)顯微鏡適配的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平面照明。其中可以實(shí)現(xiàn)同時從多個方向?qū)φ彰髌矫婊蛘彰鞣秶恼彰鳌?br>[0020]下面將再次對本發(fā)明的實(shí)施方式的重要方面加以說明:
[0021]通過對片光源的偏振狀態(tài)的有選擇的施加影響,在使用具有充足的相干長度的光源時可以對其干涉能力施加影響。特別是本發(fā)明可以產(chǎn)生相向的片光源對,并在采用為2 31完整的偏振角譜的情況下實(shí)現(xiàn)片光源照明。
[0022]為便于平面照明的方案與通常的反轉(zhuǎn)光學(xué)顯微鏡適配,最好照明光學(xué)機(jī)構(gòu)與檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)同軸(與典型的聚光器相同)并在照明光學(xué)機(jī)構(gòu)外面實(shí)現(xiàn)照明光線的偏轉(zhuǎn)。為此,本發(fā)明在照明光學(xué)機(jī)構(gòu)前設(shè)置反射鏡機(jī)構(gòu),所述反光鏡機(jī)構(gòu)位于照明光學(xué)機(jī)構(gòu)的視野范圍內(nèi)。其中所述反光鏡機(jī)構(gòu)涉及一組或多組相對設(shè)置的并具有相應(yīng)傾角的平板反光鏡或也可以涉及一種環(huán)形反光鏡。為利用反光鏡機(jī)構(gòu)從側(cè)面對樣品的照明,利用在光軸外面的照明光學(xué)機(jī)構(gòu),從而在照明和檢測光學(xué)機(jī)構(gòu)的共同的光軸上產(chǎn)生用于設(shè)置樣品的可用范圍。
[0023]照明光學(xué)機(jī)構(gòu)的任務(wù)在于將照明光線以確定的方式入射到樣品的范圍內(nèi)并分別根據(jù)實(shí)施方式的不同產(chǎn)生片光源。其中最簡單的情況下涉及的是柱面光學(xué)機(jī)構(gòu),必要時用預(yù)先嵌入的玻璃板對浸入溶劑進(jìn)行覆蓋。但也可以聯(lián)想到采用綜合光學(xué)系統(tǒng),例如采用一種顯微鏡物鏡,并為產(chǎn)生片光源可采用種柱面光學(xué)機(jī)構(gòu),用于在照明光學(xué)機(jī)構(gòu)的光瞳上的聚焦-實(shí)現(xiàn)對視野的同時照射-也可以采用掃描器,對視野順序掃描。
[0024]根據(jù)本發(fā)明這時照明光學(xué)機(jī)構(gòu)同時用多個分光束,實(shí)現(xiàn)從側(cè)面由至少兩個方向同時對樣品進(jìn)行照射。其中例如采用偏振光學(xué)方案,或也可以采用光瞳分光將照明光線分成多個分光束。在對光瞳分光時,可以通過采用反射或透射的器件實(shí)現(xiàn)此點(diǎn),并實(shí)現(xiàn)對光線非連續(xù)的或連續(xù)的分光。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式,可在樣品范圍內(nèi)對光束的干涉能力施加影響。其中可以采用偏振光學(xué)方法或采取改善照明光線的相干長度,例如采取散射的方法對干涉能力施加影響。在將光線分成一定數(shù)量非連續(xù)的分光束時,每個分光束有針對性地,例如采取空間分隔或偏振光學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)。在將照明光線分成兩個分光束時,采取相應(yīng)的措施以相交的方式實(shí)現(xiàn)兩個分光束的偏振狀況。在將照明光線分成兩個以上的分光束時,可以通過相干長度的變化對干涉能力施加影響。
[0026]在各個分光束相互相干和偏振方向相同時,在樣品上形成視野上的結(jié)構(gòu)化照明,所述照明可以以高的分辨率實(shí)現(xiàn)圖像的再現(xiàn)。為此需要實(shí)現(xiàn)照明光線的各個分光束的相位的變化,在對分光束進(jìn)行空間分隔時很容易實(shí)現(xiàn)該相位變化,在分光時