[发明专利]用于使样本成像的光学布置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年11月25日提交的申请号为1320733.7的英国专利申请的优先权和权益。

技术领域

本发明的领域涉及用于使样本成像的光学布置。

背景技术

显微镜是用于使对象成像的应用科学仪器，所述对象或者本身太小，或者具有太小以致裸眼无法可见的细节。市场上有许多类型的显微镜可用。其中最常见并且第一个发明的是所谓的光学显微镜，其利用透镜系统中的光线放大样本的图像。光学显微镜中的图像或者可以通过目镜观看，或者现在更普遍地，利用感光摄像头捕获以生成所谓的显微图。以前图像被捕获到胶片上，但现在电荷耦合器件(CCD)摄像头的发展允许捕获并存储数字图像。

用在光学显微镜中的照明光源已经发展了多年，并且目前有多种照明光源可用，其可发射不同波长的光线或其他类型的辐射线。为了限定照射样本的辐射线的波长，可以在照明光源和要成像的样本之间放置滤光片。

现代的生物显微术使用荧光探针用于使作为样本的细胞内的特定结构成像。相比正规的透照光显微术，荧光显微术中的样本通过采用窄组光波长的物镜进行照明。这些窄组光波长和样本内的荧光相互作用，然后发射不同波长的光。此所发射的光/发出的荧光用于构建样本的图像。

欧洲专利EP1019769(CarlZeissJena)教导了紧凑的共焦θ显微镜，其可以用作具有单物镜或双物镜系统的显微镜。显微镜具有单独的照明和检测方向，由此物镜中的检测方向相对于照明方向倾斜一个设置的角度。此设置的角度被选择，使得相比于常规的共焦显微镜，照明锥体和检测锥体的重叠面积减小。在显微镜的物镜和图像平面之间的光路径上，放置分光镜和反射镜，用于注入照明光和/或耦合出检测光。此专利中公开的显微镜使用点照明。

典型的光片显微镜的光学性能受到照明物镜和检测物镜的物理尺寸施加的几何约束条件的限制。光片显微镜的光学性能(对比度、光学分辨率以及聚光)依赖于照明物镜和检测物镜的数值孔径(NA)。

图1a和图1b示出了如本领域已知的光片显微镜的示例。照明物镜30产生照明光束40，其照亮样本20。辐射线60从样本20反射出来或发出荧光并进入检测物镜50，在此处利用检测器(未示出)测量并在计算机(未示出)上生成图像。所用的检测器典型地是CCD检测器。

检测物镜50的数值孔径(NA)限定了可进入检测物镜50中的光线的最大圆锥。数值孔径限定如下：NA＝n*sin(θ_det)。对于多数光片显微镜来说，折射率n＝1.33(水)。θ_det是可进入或射出检测物镜50的光线的最大圆锥的半角。

照明物镜30的照明光圆锥35和检测物镜50的检测光圆锥55对于垂直光片布置来说不可重叠。换句话说，角θ_ill(照明光圆锥35的半角)和θ_det(检测光圆锥55的半角)必须小于90°。检测物镜50和照明物镜30的机械外壳通常占据比数值孔径的特定数值所需的显著更大的圆锥。这导致了照明物镜30和检测物镜50的布置可以是次最理想的结果。

国际专利申请号WO2014/063764A1(KarlsruheInstitutfurTechnologie)教导了具有安装在样本台上或上方的照明透镜的显微镜。所述照明透镜引导以二维光片形式的至少一个照明光束，以照明样本台上的正在检查的样本。至少一个检测物镜被安装在样本下方并且检测从检测中的样本反射或发射的检测光束。照明透镜的光轴以相对于检测物镜的光轴大于90°的角度布置。优选地，一旦照明透镜的光轴外面的照明透镜处于某一入射角，则照明光束入射，使得光片位于检测物镜的焦点平面内。

此显微镜的布置要求在样本、照明光束源和检测透镜的布置上高度精确，以确保样本的图像可以用摄像头准确记录。

美国专利公布号US2012/0320438A1(Knebel等人转让给LeicaMicrosystemsGmbH)也教导了扫描显微镜，其包括光源、照明光学器件以及扫描装置，其用于跨目标区域移动照明焦点并通过改变照明光束进入照明光学器件的入射瞳孔的入射角的方向做到。照明透镜和检测物镜在样本台上以彼此间为锐角(小于90°)的角度安装并且位于与样本台平面垂直的平面上。

发明内容