[发明专利]使用由啁啾的声学信号驱动的声光偏转器来扫描光束的方法

说明书

本发明的目的涉及使用具有沿Z轴的光轴和至少一个声光晶体层(14)的第一声光偏转器(15、15’)来用光束(50)扫描的方法，涉及将光束(50)指引在第一声光偏转器(15、15’)中，并且通过所述第一声光偏转器(15、15’)沿垂直于Z轴的X轴偏转光束(50)，在此期间通过以下在声光偏转器(15、15’)的至少一个声光晶体层(14)中生成多个声学啁啾信号(30)：‑在声光晶体层(14)中生成具有τ的持续时间的第一声学啁啾信号(30a)，然后‑在从开始生成第一声学啁啾信号(30a)起计数的时间段τ内在声光晶体层(14)中生成第二声学啁啾信号(30b)。

本发明的目的涉及一种使用具有沿Z轴的光轴和至少一个声光晶体层的第一声光偏转器用光束扫描的方法。

扫描方法，特别是三维激光扫描方法在生物样品的研究中起着重要作用，在此期间，生物样品的结构、荧光标记物的分布以及细胞的表面受体等都被标出。

已知的扫描方法通常使用三维激光扫描显微镜，其可以是共聚焦显微镜或双光子显微镜。在共聚焦显微镜技术中，针孔被放置在检测器的前面以过滤掉来自显微镜物镜的焦平面以外的平面的光。通过这种方式，可以在位于各种深度的样品(例如，生物样品)中创建平面图像。

双光子激光扫描显微镜以较低的光子能量但较高强度的激光来操作，因此必须同时吸收两个光子才能激发荧光团。随后，可以用检测器检测发射的荧光光子。

在前述技术的情况下，例如也可以通过用步进电机移动显微镜台来实现三维扫描，但是该方法由于其缓慢性和机械复杂性而较少用于实践中。因此，在检查生物样品时，不是移动样品，而是移动激光束的焦点使得在XY平面中偏转激光束，并且通过沿Z轴移动物镜来控制焦平面的深度。

存在用于使激光束偏转的几种已知技术。通常将装配到振镜扫描器或声光偏转器的偏转反射镜用作偏转元件。Kaplan等人：“(具有非常快的聚焦扫描能力的声光透镜(Accoustic-optical lens with very fast focus scanning)”，《光学快报》，第26卷，第14期，2001年7月15日)呈现了由两个声光偏转器构成的系统，通过该系统不仅可以在XY平面上移动焦点的位置，而且聚焦的深度也可以沿构成Z轴的光轴变化，而无需在Z方向上移动物镜或台。根据描述，通过改变在声光偏转器中生成的、具有随时间而改变的频率的波(啁啾信号)的扫动率来改变聚焦的深度。

在专利号US 8,559,085中公开使用上述原理的三维扫描系统，在这种情况下使用依次布置的声光偏转器来移动焦点的位置。通过调节偏转器中生成的声波的频率差来执行XY平面中焦点的移动，而随在偏转器中创建的啁啾信号的扫动率来改变Z轴方向上的焦点的位置。由此，可以实际上独立地改变焦点的X、Y和Z坐标。

在扫描样品时，聚焦的光束扫描样品的二维或三维范围以进行检查。尽管声光偏转器是非常快速的装置，使用该声光偏转器可以非常快速(甚至在10至20微秒以下)地将焦斑定位到期望的位置，但是在小焦斑和大量样品的情况下用单个焦斑扫描是费时的过程。

其他问题由以下事实呈现：声光偏转器仅能够在给定频率范围内生成啁啾信号，因此聚焦到给定深度所需的给定扫动率啁啾信号只可能必须保持有限的时间段。图1描绘了用根据现有技术的方法生成的啁啾信号的频率的时间依赖性。在典型的布置中，生成的啁啾信号的持续时间τ近似为30微秒。在连续啁啾信号的边界上创建的焦点的强度和大小不足以创建可以易于检测到的荧光激发。当相关联的声波实质上填充偏转器的照明孔径时，每个啁啾信号都适当地偏转光束。公认的是，具有τ的持续时间的啁啾信号能够偏转光束以产生适当的荧光信号达近似τ/3的持续时间，换言之，在图1所示的方式，在等于2τ/3的持续时间内在两个相继(依次)发射的啁啾信号之间光束的偏转是不适当。该“空闲时间”显著增加扫描所需的时间。

本发明的目的是提供没有根据现有技术的解决方案的缺点的声光扫描方法，特别是提供能够比迄今为止已知的解决方案更快地扫描的声光扫描方法。