[发明专利]高分辨率扫描显微术

说明书

本发明涉及一种用于对样本进行高分辨率扫描显微术的显微镜和方法，照亮样本，将扫描地导引通过样本的点光斑或线光斑成像为帧，光斑按成像比例衍射受限地成像为帧并且帧静止地处于探测平面内，针对扫描位置以位置分辨率检测帧，位置分辨率在考虑成像比例的情况下至少是衍射受限的帧的半值宽度的两倍，因此检测到帧的衍射结构，针对每个扫描位置分析帧的衍射结构，产生样本的图像，图像具有超过衍射极限的分辨率，提供测器阵列，探测器阵列具有像素并且大于帧，来自探测平面的帧的射线不成像地再分配到探测器阵列的像素上，设有再分配元件，探测光线至少部分地在其光谱组成方面有所区别，射线从所述至少两个再分配元件到达探测器阵列的像素。

本申请是申请日为2014年07月18日、国家申请号为201480055894.2、发明名称为“高分辨率扫描显微术”的原申请的分案申请。

本发明涉及一种用于对样本进行高分辨率扫描显微术的显微镜，具有用于照亮样本的照明装置，具有成像装置，用于在样本上扫描至少一个点光斑或线光斑并且用于按成像比例在探测平面内将点光斑或线光斑成像为衍射受限的静止的帧，具有探测器装置，用于针对不同的扫描位置以位置分辨率检测探测平面内的帧，所述位置分辨率在考虑成像比例的情况下至少是衍射受限的帧的半值宽度的两倍，具有分析装置，用于由探测器装置的数据针对扫描位置分析帧的衍射结构并且用于产生样本的图像，所述图像的分辨率超过衍射极限。本发明还涉及一种用于对样本进行高分辨率扫描显微术的方法，其中，照亮样本，将至少一个在样本上扫描地导引的点光斑或线光斑成像为帧，其中，点光斑或线光斑衍射受限地按成像比例成像为帧并且帧静止地处于探测平面内，针对不同的扫描位置以位置分辨率检测帧，所述位置分辨率在考虑成像比例的情况下至少是衍射受限的帧的半值宽度的两倍，从而检测帧的衍射结构，针对每个扫描位置分析帧的衍射结构并且产生样本的图像，所述图像的分辨率超过衍射极限。

这种显微镜或显微术方法例如由C.Müller und J.Enderlein的公开出版物Physical Review Letters,104,198101(2010)，或者由专利文献EP 2317362 A1已知，其也提及了关于现有技术的其它说明。

这种方式实现了分辨率的提高，方法是将光光斑衍射受限地成像在探测平面上。衍射受限的成像将点光斑成像为艾里斑。在探测平面内这样检测衍射斑，使得能够分辨出其结构。因此，在显微镜的成像效率方面，探测器进行超采样。在成像点光斑时，分辨出艾里斑的形状。通过适当的衍射结构分析，得到了超过衍射极限2倍的分辨率提高，这种分析在所述文献中进行了描述并且其与之相关的公开内容在此完全包含在本发明中。

然而在此在探测方面不可避免的是，对于每个在样本上以这种方式被扫描的点来说，与传统的激光扫描显微镜(以下也称为LSM)相比，必须通过大量的图像信息拍摄一个帧。如果例如以16像素检测一个光斑的帧的结构，则每个光斑不只包含16倍的数据量，单个像素平均也只包含在通常的针孔探测中照射到LSM探测器上的射线强度的1/16。因为射线强度必然不均匀地分布在帧的结构、例如艾里斑上，所以在结构边缘上的射线强度实际上甚至还明显小于在n个像素时为1/n的平均值。

所要解决的问题是，能够在探测器侧以高分辨率检测射线量。通常在显微镜中使用的传统的CCD阵列不能实现足够的信噪比，因此即使延长图像拍摄时长也无济于事，而延长图像拍摄时长本身在应用中已经被视为是不利的。APD阵列也与过高的暗噪声相关，因此即使延长测量时长所得到的信噪比也不够。对于CMOS探测器同理，其还在探测器元件的尺寸方面是不利的，因为光斑的衍射受限的帧可能落在过少的像素上。PMT阵列带来了类似的结构空间问题；在该处的像素同样过大。因此，结构空间问题尤其在于，用于高分辨率的显微镜在诸如准备设备的研发开销方面只能在能集成到现有的LSM结构中的情况下实现。然而在此，预设帧的确定尺寸。只在附加地设置再次将图像显著地、也就是以多个量级扩展的光学器件时，才能安装面积较大的探测器。这种光学器件使得想在没有其它成像误差的情况下得到衍射受限的结构是非常耗费的。