[发明专利]多模式光斑发生器和多模式多光斑扫描显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种光斑发生器，其具有：

-用于接收入射光束的进入表面，和

-用于透射该光束的退出表面，

该进入表面限定进入侧且该退出表面限定退出侧。

本发明还涉及多光斑扫描显微镜和对样品特别是微观样品成像的方法。

背景技术

光学多光斑扫描显微镜被用于产生例如微观样品的图像。通过利用由显微镜的光斑发生器生成的显微光斑阵列扫描样品并且通过将光斑成像在探测器(通常为光电探测器)上来构建这些图像。这种显微镜适用于生命科学领域，特别是生物标本的观察和研究、数字病理学(即利用显微切片的数字化图像的病理学)、基于自动成像的诊断学(例如用于宫颈癌、疟疾和肺结核)以及用于工业度量衡。

贯穿这一申请，光斑被定义成一空间区域，其中在该区域上被平均的强度(即光场的时间平均能流，单位为W/m²)至少比周围区域大两倍，该周围区域的体积至少比光斑自身的体积大一数量级。优选地，在样品中生成的每个光斑是衍射受限的。优选地，光斑中的强度至少比周围区域中的强度大一数量级。

US 6,248,988描述了一种多光斑扫描光学显微镜图像采集系统，其特征在于照亮对象的多个分离聚焦光斑的阵列和针对每个分离光斑探测来自对象的光的对应探测器阵列。相对于成行的光斑以较小的角度扫描阵列和对象的相对位置允许对象的整个视场被连续地照亮并且被成像成一细列像素。因此与单光斑扫描显微镜相比，扫描速度被显著提高。

现有多光斑扫描显微镜系统适合于各种成像模式，包括常规和共焦成像、透射和反射取景、明场和相衬成像以及二维和三维成像。然而，不同成像模式之间的切换经常是比较麻烦的，因为它需要显微镜装配的物理更改，诸如调换光斑发生器或机械重调成像光学器件。

因此本发明的目的是提供一种允许在不同成像模式之间简单快速切换的多光斑扫描显微镜。

这一目标是通过独立权利要求的特征实现的。在从属权利要求中给出本发明的进一步说明和优选实施例。

发明内容

本发明提供一种光斑发生器，其具有：

-用于接收入射光束的进入表面，和

-用于透射该光束的退出表面，所述进入表面限定进入侧且所述退出表面限定退出侧。

根据本发明，光斑发生器被设计为调制入射光束以在退出侧生成第一多个和第二多个分离的光斑，其中属于相同多个光斑的光斑具有基本相同的角谱，且属于不同多个光斑的光斑具有不同的角谱。也就是说，所述第一多个和第二多个光斑中的每个光斑分别具有第一角谱和第二角谱，且该第一和第二角谱彼此不同。

属于不同多个光斑的光斑可以另外地在颜色上不同。因此，一组多个光斑中的光斑均具有基本相同的特性，除了它们的位置和制造公差，而两组不同的多个光斑中的光斑是不同的。术语“角谱”代表光分解成平面波。更准确地说，光斑的角谱代表光斑的电磁场的傅里叶变换的角度依赖性，其利用原点位于光斑的中心的空间坐标系来评价。通过将光斑成像在例如像素化光电探测器上，光斑的各种特性可以被测量，每个特性产生不同的对比模态。例如，光强度在光斑中心周围的有限面积上求积分得到透射对比；光斑的强度峰值相对于其预期位置的明显位移给出微分干涉对比；且在标称光斑的中心处的强度值给出共焦对比。通过将光斑发生器合并到显微镜中，可以使该显微镜是多模式的，从而它具有在其中使用第一多个光斑的第一对比模式和在其中使用第二多个光斑的第二对比模式。当然，单个光斑发生器可以提供多于两个对比模式。不同对比模式之间的切换可以在软件中通过分析所探测的光来完成，这比机械改变光学元件花费更少的时间。

被认为有利的是，第一多个光斑和第二多个光斑位于公共焦平面内，这有利于对第一多个和第二多个光斑进行成像，特别是在成像光学器件的景深有限的情况下。

在本发明的优选实施例中，由光斑发生器在退出侧上生成的每个光斑在基本垂直于透射光束的平均传播方向的平面上的位置投影不同于由光斑发生器在退出侧上生成的每个其他光斑。平均传播方向被理解为组成退出侧上的光场的平面波的传播方向的加权平均，其中加权因子由光场的谱(即其傅里叶变换)给出。在优选实施例中，透射光束的平均传播方向与入射光束的平均传播方向一致。笛卡尔x-y-z坐标系的z轴被方便地选择为平行于透射光束的平均传播方向。因此，由光斑发生器在退出侧上生成的光斑具有唯一的x-y位置。这使得它们在光电探测器上被探测后易于在软件中识别。