[发明专利]用于对相位掩膜进行校准的方法和显微镜

说明书

本发明涉及一种用于对相位掩膜进行校准的方法和显微镜，特别是用于对尤其为显微镜的光学设备的光路内的相位掩膜、尤其是SLM进行校准的方法，包括以下方法步骤：相继地以灰度值的不同模式驱控相位掩膜，分段的第一子集的第一灰度值保持恒定，分段的第二子集的第二灰度值以从一个模式变到下一模式的方式变化，给相位掩膜加载以光学设备的光，针对不同的模式在相位掩膜射束下游测量光路内的光的总强度的至少一部分，获得测得的强度依赖于第二灰度值的特征变化曲线，从特征变化曲线获得第二灰度值与通过相位掩膜赋予的相移之间的关系，基于所获得的灰度值与相移之间的关系校准对相位掩膜的驱控。本发明还涉及一种适用于执行根据本发明的方法的显微镜。

技术领域

本发明在第一观点中涉及用于对尤其是显微镜的光学设备的光路内的相位掩膜、尤其是SLM进行校准的方法。本发明在第二观点中涉及尤其适用于执行根据本发明的方法的显微镜。

背景技术

用于检查样本的按类属的显微镜具有如下部件：用于发出照明光的至少一个光源；用于将照明光引导到样本上的至少一个显微物镜；以及用于将探测光从样本引导到相机上的光学器件；布置在光路内的相位掩膜；用于测量探测光路内的光的相机；以及用于驱控相位掩膜和相机以及用于评估由相机测得的光的控制和评估单元。

在显微镜中，在不同的应用领域中需要结构化的照明。例如，对于光片层照显微镜需要近似薄片的照明。这意味着应产生所谓的光片，使得沿光的第一横向方向尽可能薄、沿光的第二横向方向宽并且沿光的传播方向尽可能长。为了实现此情况，可以例如将贝塞尔射束相干叠加。此外还公知的是，有针对性地利用各个贝塞尔射束之间的干涉效应，以便产生延展的并且此外经结构化的光片。

此外还公知有所谓的Sinc³射束，以其能在样本内实现只具有较低的副极值的方形的光片。

针对相位掩膜的(尤其是空间光调制器(Spatial Light Modulator SLM))的另外的使用领域是激光扫描显微镜，其中以照明焦点扫描三维体积。在荧光显微镜中，在特定的技术情况下，有针对性地将样本光学脱色。为此，也需要对用于脱色的光进行适当的空间结构化。结构化照明的突出的应用是所谓的超高分辨率显微镜(Superresolution-Microscopy)，其中，有针对性地成形点分布函数(Point-Spread-Function)。例如，用于照明的点分布函数在所谓的STED方法中具有面包圈的形状。

前述的针对结构化照明的示例都可以利用相位掩膜，例如空间光调制器(SLM)来付诸实施。基本上存在两种不同类型的SLM，其区别在于所使用的液晶。向列型SLM能够实现从0至6π的最大连续可调的相差，但是其相对缓慢。通常，它具有大约60Hz的图像刷新率。专门的向列型SLM可以达到直至500Hz的图像刷新率。利用向列型SLM可以达到超过90％的照明效率。

铁电性SLM只能够在具有相差0与相差π的状态之间往复切换。铁电性SLM在其高速度方面是有利的。可以达到直至4kHz的图像刷新率。然而，所具有大约10％的照明效率却是相对较低的。

这两种类型的SLM的共性在于所能实现的相差取决于入射激光的波长。

向列型SLM应如下这样地进行校准，即，使其具有0至2π的连续的相差。然而，此相差只能够针对设计波长进行调节。一旦SLM以其他波长被照射，则对该光进行赋予的相差就偏离2π。在波长较小时相差变更大，在波长较大时相差降低。

在铁电性SLM中具有类似的特性。在此，也只是针对设计波长实现为π的相差。在波长不同于设计波长时，则生成了不同于π的相差。