[发明专利]具有用于改变照明光焦点的形状的元件的显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有物镜和光导纤维的显微镜，该物镜将照明光聚焦 到照明光焦点，该光导纤维传输照明光并且光纤耦合器设置在该光导纤维 的端部上，该光纤耦合器耦合从光导纤维离开的照明光并且生成优选地准 直的照明光束。

背景技术

在共焦扫描显微术中，例如，借助至少一个照明光束的焦点三维地对 待检测的样本进行扫描，该照明光束通常借助光导纤维从光源传输至耦合 进入显微镜光束路径的部位。共焦扫描显微镜通常包括光源、聚焦光学系 统(光源的光通过聚焦光学系统聚焦在孔上，该孔被称为“激发针孔”)、 分束器、用于光束控制的光束偏转装置、显微镜光学系统、探测针孔以及 用于探测所探测的光或荧光的探测器。该照明光例如通过分束器耦合。

这种照明光束的焦点可以借助可控制的光束偏转装置(一般通过倾斜 两个反射镜)在样本平面中移动；偏转轴通常相互垂直，以使得一个反射 镜在X方向上偏转，另一个反射镜在Y方向上偏转。反射镜的倾斜例如 借助检流计定位元件来实现。源自样本的光的功率水平根据扫描光束的位 置来测量。

源自样本的荧光通过光束偏转装置返回至分束器，通过分束器，然后 被聚焦到探测针孔上，探测器位于该探测针孔的后面。不直接源于焦点区 域的探测光采取不同的光路并且不通过探测针孔，因此获得点信息项，从 而通过在多个平面中的样本的顺序扫描得到三维图像。

在显微镜中，尤其在扫描显微镜或者共焦扫描显微镜中，通常借助照 明光束来照射样品，该照明光束是通过组合多个照明光束而产生的，以便 观察从被照射的样品发出的反射光或荧光。

为了组合具有不同波长的光束，在光学系统中通常使用二色性的分束 器。DE19633185A1例如公开了一种用于激光扫描显微镜的点光源以及 一种用于将具有不同波长的至少两个激光器的光耦合至激光扫描显微镜 中的方法。该点光源模块化地构成并且包含二色性的合束器，合束器将至 少两个激光光源的光组合起来并且将其耦合至通向显微镜的光导纤维中。

共焦扫描显微镜的分辨能力还通过激励光束的焦点在样品中的强度 分布和物理范围来确定。由于衍射限制，该分辨能力不能任意地通过更强 的聚焦来提高。由激光发出的照明光束的焦点通常相对于光轴是旋转对称 的并且具有高斯光束形状，其中光功率水平从光轴朝外减小。

用于提高荧光应用的分辨能力的结构从WO95/21393A1得知。该文 献公开了，激励光束的(如上所述的)焦点体积的侧边缘区域借助多个去 激光束(其同样具有上述的形状)的焦点来照射，以便在此产生感应的发 射，并且在该处以受激的方式将由激励光束激发的样品区域带回基态。之 后，仅探测到来自未被去激光束照射的区域的自发发射的光，以使得实现 分辨率的整体改善。针对该方法建立了术语“受激发射损耗”(STED)。

STED技术在此期间已得到进一步发展。在大多数情况下，去激光被 成形为内部中空的焦点，来代替具有多个去激光束(常规成形的)焦点的 不均匀去激光照明。为此，用于改变去激光束的照明光焦点的形状的元件 设置在去激光的光束路径中。

该元件可以包括例如相位滤波器或渐进相位滤波器或分割相位滤波 器或可转换的相位矩阵、尤其是LCD矩阵。特别地，可以规定，借助用 于改变照明光焦点的形状的元件在样品中产生了环状焦点(被称为“面圈 式焦点”)，其与激励光束的焦点在X-Y平面(即在垂直于光轴的平面)中 重叠，以便在X-Y方向上提高分辨率。环状焦点可以例如借助所谓的涡旋 相位滤波器实现。

具有专用的相位滤滤器的STED显微镜例如从Klar等人的“Breaking Abbe'sdiffractionresolutionlimitinfluorescencemicroscopywithstimulated emissiondepletionbeamsofvariousshapes,”PhysicalRev.E,Statistical Physics,Plasmas,FluidsandRelatedInterdisciplinaryTopics,American InstituteofPhysics,NewYork,NY,Vol.64,No.6,11/26/2001,066613-1至 066613-9已知。