[发明专利]具有低畸变像差的显微镜

说明书

光扫描显微镜中的束偏转单元通常布置在与物镜光瞳共轭的平面中。产生共轭光瞳平面所需的扫描光学单元是复杂的，并且不是光高效的，因为扫描光学单元需要补偿不同的成像误差，比如场曲和横向色差。本发明解决的问题是，允许较高图像质量、较简单调整和较低光损失。该问题通过以下解决，光学系统包括凹面反射镜(36)，用于将第一束偏转单元(30A)的各点和第二束偏转单元(30B)的相应点成像至彼此，其中凹面反射镜(36)和第一束偏转单元(30A)和第二束偏转单元(30B)布置为使得照明束路径在凹面反射镜(36)处精确反射一次，并且在照明束路径在凹面反射镜处反射时由凹面反射镜(36)造成的第一畸变和由第一束偏转单元和第二束偏转单元(30A，30B)造成的图像的第二畸变至少部分彼此补偿。

技术领域

本发明涉及一种包括光学系统的显微镜，该光学系统限定照明束路径并且包括以下部件：光源，其提供(空间上定界的)光分布；包括光瞳平面和(物侧)焦点的显微镜物镜；产生与显微镜物镜的光瞳平面共轭的光瞳平面的扫描光学器件；至少两个可变可调的(相对于各自的偏转方向)束偏转单元；以及将第一束偏转单元和第二束偏转单元的(至少一个)相应点成像到彼此上的凹面反射镜，其中光学系统将光分布中的至少一个点和(显微镜物镜的)焦点的相应点成像到彼此上，其中(平面的或至少实质上平面的)第一中间像光学地位于显微镜物镜与扫描光学器件之间，其中第二束偏转单元布置在共轭光瞳平面中。由凹面反射镜的成像提供其他共轭光瞳平面，其他共轭光瞳平面中布置第一束偏转单元。

背景技术

在本发明的含义内，光是由光学装置可操纵的任意形式的电磁辐射，尤其包含红外和紫外辐射。为了提供光分布，光源可以特别包括光学波导和/或束成形器。光源可以还包括强度调节器。光源的光分布可以为二维或三维的且在此具有不同形状，例如单独的例如点状或线性区域，或单独的例如球形或棒状体积，或多个分开的例如点状或线性区域或相应的例如球形或棒状体积。束偏转单元也称为扫描仪。

例如在T.R.Corle和G.S.Kino的“Confocal Scanning Optical Microscopy andRelated Imaging Systems”(Academic Press，1996年，214页)中描述了用于显微镜中的扫描光的束偏转单元的已知布置的综述。扫描光学器件在该文中称为“扫描物镜”(背离“扫描透镜”，本来惯用的术语)。其提供了束偏转单元的位置处的准直的共轭光瞳平面。扫描光学器件与管透镜的组合称为传输光学器件。

将(一个或多个)偏转单元布置在(各自的)共轭物镜光瞳中有利地使得可以在其他共轭光瞳中提供静止的(resting)束截面。因此，可以高精度操纵波前，像US 2003/230710 A1中或WO 2008/037346 A1中一样。此外，以此方式，通过光学器件处的渐晕(vignetting)的边缘光线截止(stop down)是最小的。

然而，所描述的显微镜的缺点是产生共轭光瞳平面所需的扫描光学器件是复杂的且不是光高效的，因为其需要补偿不同图像像差，比如像场曲和横向色差，以允许高成像质量。此外，由于共轭光瞳平面与扫描光学器件之间的小的距离，对于偏转单元有很小的可用安装空间。

在现有技术中，介绍中所提及且包括两个环面(toric)凹面反射镜的类型的显微镜例如以名称“BIO-RAD Radiance2100”和从WO 90/00755 A1已知。其主要缺点是受限的图像质量、调整的高敏感度以及制造环面反射镜的高成本。具有偏转单元的微电子机械驱动器的对应的布置从例如US 2013/107338 A1已知。

US 2010/0208319 A1中所描述的布置仅部分地解决此问题，并且其缺点是中间焦点位于凸面反射镜上，使得所述反射镜的像差直接成像到样品中。

由于两个凹面反射镜或单独的凹面反射镜处的双重反射，上面所提及的两种方案仍具有相对高的光损失。

发明内容