[发明专利]多焦点产生器和多焦多点扫描显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种点产生器，具有用于接收入射光束的入射表面和用于发送光束的出射表面，该入射表面定义了入射侧而出射表面定义了出射侧，其中该点产生器被设计成调制入射光束以在出射侧产生多个分离的光点。

本发明还涉及一种多点扫描显微镜，包括上述指定类型的点产生器、用于保持将经由点产生器照明的样品的样品组件、被配置成收集来自点产生器的第一和第二焦平面的光的成像光学元件、以及被配置成探测由该成像光学元件收集的光的像素化光电探测器。

本发明进一步涉及一种产生显微样品的图像的方法。

背景技术

光学扫描显微术是用于提供显微样品的高分辨率图像的公知技术。根据这一技术，在样品中产生不同的高强度光点。由于样品调制了光点的光，所以探测并分析来自光点的光会得到关于在该光点的样品的信息。通过扫描样品相对于光点的相对位置来获得该样品完整的二维或三维图像。

在本申请中，光点被定义为这样的空间区域，即在该区域的整个范围内平均的强度(即光场的平均时间能量流，单位为W/m²)比周围区域至少大两倍，所述周围区域的体积比光点本身的体积至少大一个数量级。优选地，在样品中产生的每个光点受到衍射限制。优选地，光点的强度比周围区域至少高一个数量级。

一般由准直光束产生多个光点，该准直光束由点产生器适当地调制以便在距所述点产生器一定距离处形成光点。根据现有技术，点产生器是折射型或衍射型。折射点产生器包括透镜系统，诸如微透镜阵列和相位结构(phase structure)，诸如在WO2006/035393中提出的二进制相位结构。这些系统已被很好地理解。因此点产生器其特征可以在于其物理结构，或等效地在于其由入射单色平面波产生的光点。具体而言，如在WO2006/035393中提出的二进制相位结构最容易由其产生的光图案来表征。该二进制相位结构的物理结构通常相当复杂，但是事实上如在WO 2006/035393中所概述的，它可以根据其产生的具体图案来计算。

在样品中产生的光点可以从任何方向成像，这通过收集离开该方向上的光点的光来进行。具体而言，光点可以在透射中即通过探测在样品远端的光来成像，所述远端在产生光点的光的平均传播方向上看来是在样品后面的一端。或者，光点可以在反射中即通过探测在样品近端的光来成像，所述近端在产生光点的平均传播方向上看来是在样品前面的一端。在共焦扫描显微术的技术中，光点通常经由产生光点的光学元件，即经由点产生器在反射中成像。

US 6,248,988提出了一种多点扫描光学显微镜，其特征在于照明对象的多个分离聚焦的光点阵列和针对每个分离的点探测来自该对象的相应的阵列探测器。于是以与点行成微小角度扫描阵列和对象的相对位置使得该对象的整个场在像素块中被连续地照明和成像。由此显著地提高了扫描速率。

在现有技术中，由一组二维图像来产生样品的三维图像，其中在样品中以预定的深度分别获取每个图像。更确切地说，通过在单个焦平面中扫描样品来获得每个二维图像，所述焦平面被定义为垂直于在样品中产生光点的光的主传播方向。注意，产生光点的光仅具有平均传播方向，因为它由在(至少略微)不同的方向上行进的平面波组成。当已经扫描了样品从而在第一焦平面获得图像时，通过改变点产生器和样品之间的距离(即深度)来选择与第一焦平面平行的第二焦平面，并且重复该扫描过程。为了在深度上改变点位置，通常使用的方法在于沿着深度方向，即垂直于焦平面，相对于样品移动点产生器(例如物镜)。相反，还公知相对于点产生器移动样品支架。

问题在于为了产生三维图像，每当将沿着新的焦平面扫描样品时，必须准确地调整点产生器和样品的相互位置。另一问题是当样品未被固定，如在活的微生物的情况下，连续地跨过不同焦平面扫描所需的时间。