本發(fā)明涉及一種功能集成的激光掃描顯微鏡，其被構(gòu)造用于可選地以共焦運(yùn)行模式、行運(yùn)行模式或?qū)拡?chǎng)運(yùn)行模式利用激光照射裝置對(duì)試樣加以掃描。

背景技術(shù)：

共焦激光掃描顯微鏡是已知的。在此情況下，需要查看的試樣區(qū)域被利用聚焦到一點(diǎn)的激光束加以掃描，針對(duì)所有被掃描的位置而言，借助于圖像傳感器來(lái)測(cè)量被試樣物質(zhì)反射或通過(guò)熒光性發(fā)出的光的特性，并且基于測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生試樣區(qū)域的圖像。

在將激光掃描顯微鏡應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究時(shí)，在過(guò)去的幾年中，對(duì)活細(xì)胞的研究越來(lái)越在經(jīng)濟(jì)利益方面具有前景，例如為了細(xì)胞中新陳代謝過(guò)程的研究或者為了分析藥物對(duì)細(xì)胞生理的作用。在此，熒光顯微鏡有特別意義，因?yàn)闊晒怙@微鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同細(xì)胞器具有高區(qū)分度的、亞細(xì)胞級(jí)的光學(xué)觀察，并且顯微鏡從單純的圖像產(chǎn)生系統(tǒng)發(fā)展成重要的測(cè)量工具。但是，對(duì)活細(xì)胞的研究對(duì)顯微鏡系統(tǒng)提出高要求。一方面，數(shù)據(jù)獲得必須非常迅速執(zhí)行，以便能夠追蹤生物過(guò)程的時(shí)間過(guò)程，另一方面，確保細(xì)胞的生命維持或者將對(duì)細(xì)胞新陳代謝的干擾降得很低。這需要在激勵(lì)熒光分子時(shí)將盡可能少的光引入細(xì)胞中，但這種光引入不應(yīng)妨礙到信噪比(SNR)，由此，能夠盡可能迅速而且準(zhǔn)確地獲取所需要的信息。

這種部分彼此矛盾的需求的滿足是繼續(xù)研發(fā)激光掃描顯微鏡時(shí)重要的挑戰(zhàn)。

難點(diǎn)在于，共焦的圖像生成由于呈點(diǎn)狀順次的數(shù)據(jù)生成而在其圖像采集速率方面受到限制。雖然圖像采集速率能夠通過(guò)借助于共振電流計(jì)掃描儀的更為快速的采樣而提高，但是由此每個(gè)圖像傳感器的蓄電時(shí)間相應(yīng)縮短。為了盡管如此仍實(shí)現(xiàn)所希望的信噪比，必須密集地或者說(shuō)高強(qiáng)度地照射，這又提高了對(duì)活體試樣的毒性負(fù)擔(dān)。

在獲取共焦圖像時(shí)提高速率的另一可行方案是利用所謂的轉(zhuǎn)盤(pán)式(SDM)顯微鏡得以實(shí)現(xiàn)。在這里，借助于兩個(gè)耦合旋轉(zhuǎn)的盤(pán)(其中，第一個(gè)盤(pán)承載微型透鏡，在第二個(gè)盤(pán)上布置有對(duì)應(yīng)于這個(gè)微型透鏡的共焦遮光板)通過(guò)并行設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像采集速率的顯著提高。但是，圖像采集速率受到圖像傳感器特性的限制。此外，轉(zhuǎn)盤(pán)式顯微鏡就圖像產(chǎn)生的功能方面特殊設(shè)定，此外，進(jìn)行中的測(cè)量任務(wù)，諸如熒光壽命成像顯微術(shù)(FLIM)、熒光共振能量轉(zhuǎn)移試驗(yàn)(FRET)或熒光相關(guān)譜不能應(yīng)用或應(yīng)用不足。

最后，光譜成像也不適合于，能夠?qū)⒃嚇拥亩嘀厝旧魑叵嗷^(qū)分并且對(duì)細(xì)胞中的變換過(guò)程加以分析。借助于轉(zhuǎn)盤(pán)式顯微術(shù)或借助于寬場(chǎng)顯微術(shù)的光譜成像雖然在文獻(xiàn)中被多次討論，但是迄今沒(méi)有在商用方面付諸實(shí)踐。

由此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)雖然能夠提供各種針對(duì)特定用途特殊設(shè)計(jì)的激光掃描顯微系統(tǒng)，但是不能實(shí)現(xiàn)滿足廣泛通用要求的功能整合系統(tǒng)和更全面的應(yīng)用。

針對(duì)共焦直至寬場(chǎng)顯微術(shù)所提出的設(shè)備組合例如是制造商尼康的共焦激光掃描顯微鏡C2，這種顯微鏡模塊化地由不同的光學(xué)部件構(gòu)造，這些光學(xué)部件根據(jù)應(yīng)用能夠彼此替換和相互關(guān)聯(lián)。

但是，需要解決的問(wèn)題總是還在于當(dāng)觀察試樣期間提供共焦運(yùn)行模式、行運(yùn)行模式或?qū)拡?chǎng)運(yùn)行模式，而無(wú)須耗時(shí)地執(zhí)行模式更換或設(shè)備改造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由此出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，提出一種激光掃描顯微鏡，其具有不同的、能夠預(yù)選的運(yùn)行模式，這些運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)了：使顯微鏡以簡(jiǎn)單方式針對(duì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)需要來(lái)構(gòu)造。

所述目的利用開(kāi)頭提到類型的激光掃描顯微鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述激光掃描顯微鏡包括：

激光光源、照射和檢測(cè)光路、檢測(cè)裝置以及至少一個(gè)物鏡，分別針對(duì)每一種所選運(yùn)行模式的使用來(lái)設(shè)計(jì)，其中，

照射和檢測(cè)光路包括用于構(gòu)造激光照射裝置的機(jī)構(gòu)、至少一個(gè)用于利用激光照射裝置對(duì)試樣進(jìn)行掃描的掃描儀以及用于將照射和檢測(cè)光分離的分束器，以及

在檢測(cè)光路中設(shè)置有用于根據(jù)相應(yīng)選擇的運(yùn)行模式改變光線引導(dǎo)的、能夠控制的光學(xué)元件。

能夠控制的結(jié)構(gòu)組件借助于指令輸入裝置與控制電路相連接，所述控制電路設(shè)計(jì)用于將當(dāng)前的運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換為所希望的其他運(yùn)行模式，存在用以基于由檢測(cè)裝置輸出的電子圖像信號(hào)來(lái)生成試樣圖像的硬件和軟件。

激光照射裝置的概念在本發(fā)明的意義上包括對(duì)試樣或試樣需要查看的區(qū)域的點(diǎn)狀、線狀的照射裝置，也包括場(chǎng)狀的照射裝置。對(duì)照射光點(diǎn)狀、線狀或場(chǎng)狀的設(shè)計(jì)借助于能夠控制的光學(xué)元件根據(jù)各自所希望的運(yùn)行模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

按照本發(fā)明設(shè)計(jì)有前面介紹的特征的激光掃描顯微鏡通過(guò)避免模塊化的結(jié)構(gòu)類型、以簡(jiǎn)單的方式通過(guò)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的運(yùn)行模式而實(shí)現(xiàn)了：

迅速而又保護(hù)試樣地獲得了需要查看的試樣區(qū)域的總覽圖，

在最高30fps(每秒傳輸幀數(shù))的圖像采集速率下以光譜成像產(chǎn)生共焦的圖像照片，或者在試樣負(fù)擔(dān)最小而且信噪比很高的情況下，產(chǎn)生上述圖像照片，

以光譜成像在圖像采集速率高于100fps的情況下產(chǎn)生超高速的圖像照片，或者

對(duì)試樣中所希望的區(qū)域拍攝并行的二維圖像。

在此，上面提到的、最高至30fps或者高于100fps的圖像采集速率分別涉及的是每張圖512行，這里假設(shè)圖像采集速率由于行速度而受到限制。在產(chǎn)生并行的二維圖像時(shí)的圖像采集速率首先通過(guò)圖像傳感器的具體幾何形狀來(lái)給定，但也可以通過(guò)摩賽克方法來(lái)檢測(cè)試樣的更大的區(qū)域。

光線引導(dǎo)根據(jù)相應(yīng)選定的運(yùn)行模式的改變通過(guò)借助于能夠控制的光學(xué)切換元件將檢測(cè)光束耦合輸入到不同的檢測(cè)路徑中來(lái)設(shè)置。檢測(cè)路徑通過(guò)處在光路中的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件和/或通過(guò)至少一個(gè)圖像平面和光瞳平面的位置來(lái)區(qū)分。分別將一個(gè)檢測(cè)路徑固定配設(shè)給一個(gè)運(yùn)行模式。

在第一檢測(cè)路徑中，檢測(cè)光束的貫穿引導(dǎo)和影響借助于至少一個(gè)相對(duì)于底座固定布置在光路中的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件來(lái)設(shè)置，而在第二檢測(cè)路徑中，檢測(cè)光路圍繞所述光學(xué)結(jié)構(gòu)組件的圍繞引導(dǎo)地設(shè)置，以便避免產(chǎn)生影響。由此，在第一檢測(cè)路徑中、在定義的位置上構(gòu)造出圖像平面，在第二檢測(cè)路徑中替代圖像平面地構(gòu)造出光瞳平面。例如將透鏡陣列設(shè)置為相對(duì)于底座固定的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件。

優(yōu)選的是，將第一檢測(cè)路徑配設(shè)給共焦運(yùn)行模式，第二檢測(cè)路徑配設(shè)給行運(yùn)行模式和寬場(chǎng)運(yùn)行模式。

在檢測(cè)光路的繼續(xù)延伸中，可以存在第二光學(xué)切換元件，利用第二光學(xué)切換元件、根據(jù)切換位置將經(jīng)相應(yīng)的檢測(cè)路徑而來(lái)的檢測(cè)光束耦合輸入到共同的檢測(cè)裝置中。

作為第一切換元件存在的例如是切換鏡，可以設(shè)置為第二切換元件的是能夠運(yùn)動(dòng)的棱鏡。

光學(xué)切換元件與控制電路相連接，控制電路根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)行模式規(guī)定或者說(shuō)預(yù)設(shè)出切換位置?？刂齐娐放c指令輸入裝置相聯(lián)接，用于轉(zhuǎn)換運(yùn)行模式。

按照本發(fā)明的激光掃描顯微鏡的照射光路具有照射掃描儀，用于使激光照射裝置運(yùn)動(dòng)超出物鏡光瞳和/或用于使照射光線引導(dǎo)與相應(yīng)調(diào)整出的運(yùn)行模式相匹配。在此，運(yùn)動(dòng)圖案或運(yùn)動(dòng)過(guò)程與相應(yīng)選定的運(yùn)動(dòng)模式相關(guān)，也就是照射掃描儀的操控同樣與運(yùn)行模式相關(guān)地執(zhí)行。此外，在照射光路中同樣設(shè)置有能夠控制的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件，用于根據(jù)相應(yīng)選定的運(yùn)行模式來(lái)改變光線引導(dǎo)，并且與控制電路相連接。

在按照本發(fā)明的激光掃描顯微鏡的優(yōu)選實(shí)施方式中：

在共焦運(yùn)行模式期間，透鏡結(jié)構(gòu)組件被樞轉(zhuǎn)進(jìn)入照射光路中，

在行運(yùn)行模式期間，透鏡結(jié)構(gòu)組件和柱面透鏡被樞轉(zhuǎn)進(jìn)入照射光路中，以及

在寬場(chǎng)運(yùn)行模式期間，替代透鏡結(jié)構(gòu)組件和柱面透鏡地將望遠(yuǎn)鏡或者說(shuō)鏡管樞轉(zhuǎn)進(jìn)入照射光路中。

能夠樞轉(zhuǎn)進(jìn)入的結(jié)構(gòu)組件的功能和目的接下來(lái)在后面借助于實(shí)施例詳細(xì)闡釋。樞轉(zhuǎn)進(jìn)入或樞轉(zhuǎn)擺出的過(guò)程借助于控制電路根據(jù)所規(guī)定或者說(shuō)預(yù)設(shè)的運(yùn)行模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

此外，可以考慮而且落在本發(fā)明范圍內(nèi)的是，針對(duì)各個(gè)運(yùn)行模式的光線形成通過(guò)借助于空間光調(diào)制器(SLM)在相對(duì)于物鏡光瞳共軛的平面中操作激光光線的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，針對(duì)所有運(yùn)行模式共同的檢測(cè)裝置具有光電子圖像傳感器，圖像傳感器的傳感器像素為了激活和停用而能夠分別得到控制。圖像傳感器或各個(gè)傳感器像素的操控借助于控制電路根據(jù)所規(guī)定或者說(shuō)預(yù)設(shè)的運(yùn)行模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖像傳感器具有傳感器像素的二維布置方式，使得與轉(zhuǎn)盤(pán)式技術(shù)相對(duì)應(yīng)地可行的是：通過(guò)以多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行并行的激勵(lì)和檢測(cè)，而迅速并且保護(hù)試樣地獲取共焦的圖像。在有利的實(shí)施方案中，每個(gè)傳感器像素借助于控制電路能夠被個(gè)別激活或停用，多個(gè)傳感器像素能夠以可變方式分組集中，并且傳感器面上多個(gè)彼此獨(dú)立有待讀取的像素區(qū)域能夠自由編程。

在寬場(chǎng)掃描運(yùn)行模式的情況下，二維的傳感器矩陣的中的每個(gè)像素對(duì)于試樣位置相對(duì)應(yīng)的發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行記錄。傳感器的被讀取的數(shù)據(jù)由此獲得黑白的分圖。在共焦的而且行照射的運(yùn)行模式中，可以借助于附加的光學(xué)結(jié)構(gòu)與每個(gè)傳感器像素相對(duì)應(yīng)的是所對(duì)應(yīng)的試樣位置在定義的光譜帶內(nèi)的發(fā)射強(qiáng)度。在此情況下，光譜信息基本上垂直于位置信息地分布于傳感器面上。由此，實(shí)現(xiàn)了在這種運(yùn)行模式中的光譜成像。

由此出發(fā)，考慮作為圖像傳感器的優(yōu)選是雪崩光電二極管的矩陣。適合作為圖像傳感器的例如還有混合檢測(cè)器或光電倍增管的矩陣結(jié)構(gòu)。

雪崩光電二極管的陣列相對(duì)于光電倍增管布置的優(yōu)點(diǎn)為：

較小的傳感元件，由此實(shí)現(xiàn)照相機(jī)類型的運(yùn)行，

在一定面積上可以設(shè)置多個(gè)元件，

能夠?qū)崿F(xiàn)在背面照射裝置上直至100％的填充系數(shù)。

就此而言，本發(fā)明的設(shè)想主要在于：以一個(gè)且為同一圖像傳感器實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)的圖像生成、行圖像生成以及寬場(chǎng)圖像生成。在模式之間能夠簡(jiǎn)單而且迅速切換，方式為：操控較少的可變的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件，并且圖像傳感器同樣借助于直接的變換編程得到匹配。

按照本發(fā)明的激光掃描顯微鏡優(yōu)選設(shè)計(jì)用于利用照射光作為激勵(lì)光束而且利用由其產(chǎn)生的熒光作為檢測(cè)光束的熒光顯微術(shù)。

附圖說(shuō)明

下面，借助于附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。其中：

圖1示出按照本發(fā)明的激光掃描顯微鏡的原理圖示，

圖2示出針對(duì)多共焦顯微術(shù)的運(yùn)行模式的照射和檢測(cè)光路的構(gòu)造的示例，

圖3示出針對(duì)寬場(chǎng)顯微術(shù)的運(yùn)行模式的照射和檢測(cè)光路的構(gòu)造的示例，

圖4示出針對(duì)行掃描顯微術(shù)的運(yùn)行模式的照射和檢測(cè)光路的構(gòu)造的示例，

圖5示出針對(duì)前述區(qū)域中的檢測(cè)光路的構(gòu)造方案的涉及多共焦顯微術(shù)的運(yùn)行模式的另一示例，

圖6示出針對(duì)前述區(qū)域中的檢測(cè)光路的構(gòu)造方案的涉及行掃描顯微術(shù)的運(yùn)行模式的示例。

具體實(shí)施方式

在圖1中示出的圖示對(duì)按照本發(fā)明的激光掃描顯微鏡的原理性構(gòu)造加以說(shuō)明，其例如構(gòu)造用于熒光顯微術(shù)。

設(shè)置有激光單元和檢測(cè)裝置，所述激光單元和檢測(cè)裝置能夠根據(jù)共焦運(yùn)行模式、行運(yùn)行模式或?qū)拡?chǎng)運(yùn)行模式編程，也就是不需要不同激光單元和/或檢測(cè)裝置在變換運(yùn)行模式時(shí)的更換。

基本上，在變換運(yùn)行模式期間，保持獲得照射和檢測(cè)光路，僅在光路中存在一些能夠可變控制的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件，這些光學(xué)結(jié)構(gòu)組件被構(gòu)造用于匹配光線引導(dǎo)(參見(jiàn)圖2至圖4)。能夠控制的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件本身、顯微鏡系統(tǒng)的光學(xué)基礎(chǔ)元件(諸如主分色器(HFT)和光線折轉(zhuǎn)元件)以及物鏡與所選運(yùn)行模式無(wú)關(guān)地相對(duì)于底座固定地保持在其位置中。試樣為了定位目的、如現(xiàn)有技術(shù)已知那樣，借助于優(yōu)選設(shè)有馬達(dá)或者說(shuō)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的試樣臺(tái)面而能夠相對(duì)于物鏡在坐標(biāo)系x、y、z中運(yùn)動(dòng)。

指令輸入裝置與控制電路相連接，指令輸入裝置用于手動(dòng)規(guī)定出各自所希望的運(yùn)行模式。

在圖2中，示出了在共焦或多共焦顯微術(shù)中在圖像生成模式中用于照射和檢測(cè)的光路，在最佳的光譜功能下實(shí)現(xiàn)了大約30fps的圖像采樣速率。

在達(dá)到主分色器HFT的照射光路中，設(shè)置為能夠控制的光學(xué)結(jié)構(gòu)組件的是能夠樞轉(zhuǎn)擺入的柱面透鏡(可替換地也可以是Powel透鏡)、照射掃描儀S1以及借助于樞轉(zhuǎn)軸能夠轉(zhuǎn)動(dòng)地支承的變換光學(xué)器件，具有單透鏡L3和由透鏡L1、L2組成的望遠(yuǎn)鏡或者說(shuō)鏡管。

在共焦或多共焦掃描的這里示例介紹的情況下，單透鏡L3樞轉(zhuǎn)擺入照射光路中。在主分色器HFT上反射的照射光憑借都處在相對(duì)于物鏡光瞳共軛的平面中的切換鏡和系統(tǒng)掃描儀S2朝向物鏡的方向折轉(zhuǎn)。在多共焦運(yùn)行模式中，將多個(gè)激光光線耦合輸入到系統(tǒng)中，激光光線呈彼此間具有固定角度關(guān)系的扇形的形狀撐開(kāi)。這種扇形垂直于圖2的標(biāo)志平面取向，也就是多個(gè)激光光線彼此前后處在標(biāo)志平面中。光線彼此間的角度關(guān)系與透鏡陣列的節(jié)距相匹配。照射掃描儀S1以如下方式調(diào)整，使得光束沿后續(xù)的光學(xué)器件的軸引導(dǎo)。

由L3和L4組成的透鏡系統(tǒng)在切換鏡上成像出照射掃描儀S1，而L5在系統(tǒng)掃描儀S2上成像出切換鏡。照射掃描儀S2和切換鏡由此都相對(duì)于物鏡光瞳共軛地安置。

由此，光瞳分別處在照射掃描儀S1、切換鏡、系統(tǒng)掃描儀S2上以及在物鏡中，在光瞳中疊加所有激勵(lì)光線。每個(gè)分光線由此產(chǎn)生物體空間中的一個(gè)光斑，其中，所述光斑沿一條線布置。光斑圖案借助于系統(tǒng)掃描儀S2在試樣上運(yùn)動(dòng)。光斑的數(shù)目借助于接通或遮擋分光線來(lái)調(diào)整。用于產(chǎn)生多個(gè)分光線的機(jī)構(gòu)由現(xiàn)有技術(shù)已知，并且在這里不需要詳細(xì)介紹。

在例如能夠作為凹口濾波器的主分色器(HFT)上將照射光與檢測(cè)光分離。

沿著檢測(cè)光路布置切換鏡和透鏡L6，所述透鏡產(chǎn)生圖像平面，在圖像平面中存在(關(guān)于其他兩種運(yùn)行模式借助于操控可變的)縫隙孔板。透鏡L6的圖像平面還處在后續(xù)的透鏡陣列和具有(關(guān)于其他兩種運(yùn)行模式借助于操控可變的)小孔的小孔光學(xué)器件的掃描儀方面的焦平面中。小孔布置在透鏡L7的傳感器方面的圖像平面中。相對(duì)于小孔在后布置了由L8至L10組成的透鏡系統(tǒng)，所述透鏡系統(tǒng)將射線成像到檢測(cè)裝置上。能夠移動(dòng)的棱鏡根據(jù)所調(diào)整的運(yùn)行模式對(duì)從試樣中發(fā)出的射線在傳感器矩陣上的位置加以優(yōu)化。

發(fā)出自物體空間中的激光照射位置的射線借助于系統(tǒng)掃描儀S2掃描，并且利用切換鏡沿小孔光學(xué)器件的光軸取向。特別是切換鏡和主分色器HFT組成的組合以如下方式調(diào)整，使得每個(gè)分光線借助于透鏡陣列中與其對(duì)應(yīng)的透鏡而被準(zhǔn)直化。因?yàn)榉止饩€圍繞相對(duì)于透鏡陣列在前安置的中間圖在縫隙孔板的位置中遠(yuǎn)心地(telezentrisch)引導(dǎo)，所以借助于透鏡陣列實(shí)現(xiàn)并行光線引導(dǎo)的傳輸。分光線穿過(guò)小孔在后面成像到檢測(cè)裝置的圖像傳感器上。檢測(cè)裝置優(yōu)選構(gòu)造有雪崩光電二極管陣列來(lái)作為圖像傳感器。

既在共焦運(yùn)行模式也在其他兩種運(yùn)行模式中，在縫隙孔板的位置中，始終安放圖像平面，所述圖像平面同時(shí)既處在透鏡陣列的焦平面中，也處在透鏡L7的焦平面中。

在圖2中示出的共焦的運(yùn)行模式原則上與按照本發(fā)明的功能集成的激光掃描顯微鏡的基本模式相同。在這種模式中，如從圖2中所見(jiàn)那樣，檢測(cè)光束穿過(guò)透鏡陣列引導(dǎo)。處在透鏡陣列的相應(yīng)光軸上的激光光斑作為分光線借助于透鏡陣列準(zhǔn)直化并且遠(yuǎn)心地繼續(xù)引導(dǎo)至透鏡L7，所述透鏡將遠(yuǎn)心的準(zhǔn)直的分光線聚焦到小孔平面中的共同的點(diǎn)上。因此，僅需要將小孔的孔徑減小至所希望的尺寸，在這種運(yùn)行模式中，例如減小到對(duì)應(yīng)于通氣單元的開(kāi)口直徑。

在其他兩個(gè)運(yùn)行模式中，借助于行狀或平面的激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)了半共焦或場(chǎng)掃描的圖像生成，透鏡陣列在光路中會(huì)產(chǎn)生干擾，因?yàn)橥哥R陣列將像場(chǎng)很大程度地分段。因此，在這些情況下，檢測(cè)光束利用切換鏡折轉(zhuǎn)到單獨(dú)的檢測(cè)路徑中，并且這樣從旁邊引導(dǎo)經(jīng)過(guò)透鏡陣列。

透鏡L7在共焦的運(yùn)行模式中將所有分光線成像到小孔平面中的光軸上，而小孔平面作為其他兩個(gè)運(yùn)行模式(也就是在場(chǎng)構(gòu)型或行構(gòu)型)中的透鏡L7的后焦點(diǎn)平面，相對(duì)于物鏡光瞳共軛(參見(jiàn)針對(duì)圖3和圖4的闡釋)。

由L8和L9組成的透鏡系統(tǒng)是將小孔平面成像到與檢測(cè)光學(xué)器件的接口中的中繼系統(tǒng)。透鏡L10象征性代表檢測(cè)光學(xué)器件。

由此，獲得了對(duì)所有可選的運(yùn)行模式之間按照本發(fā)明的可變換性給予輔助的結(jié)構(gòu)的下列的有利特性：

透鏡陣列上的小孔徑，

透鏡L7上的大孔徑，

圖像平面上的縫隙孔板，

透鏡陣列的掃描儀方面的焦平面和透鏡L7共同處在縫隙孔板的位置中，

縫隙孔板能夠可控地圍繞縫隙以如下程度打開(kāi)，使得分場(chǎng)或者分區(qū)域能夠得到傳輸，

小孔是能夠控制的，以便其至少打開(kāi)至存在于小孔平面中的光瞳邊緣部。

作為不同于上述說(shuō)明書(shū)的設(shè)計(jì)變型可以使照射光線的鏡面成像在透鏡陣列與小孔光學(xué)器件之間的檢測(cè)光路中實(shí)現(xiàn)。這樣，分光線已經(jīng)在照射光路中平行引導(dǎo)。

通過(guò)減少分光束的數(shù)目，當(dāng)然能夠替代多共焦圖像生成地也實(shí)施單焦的運(yùn)行，正如由激光掃描顯微術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)已知那樣。

圖3示出在寬場(chǎng)掃描顯微術(shù)或場(chǎng)掃描顯微術(shù)的運(yùn)行模式中照射和檢測(cè)光路的構(gòu)造示例。

在這里示出的情況下，由透鏡L1、L2構(gòu)成的望遠(yuǎn)鏡替代單透鏡L3樞轉(zhuǎn)進(jìn)入照射光路中。由主分色器HFT反射的照射光利用切換鏡和系統(tǒng)掃描儀S2又朝向物鏡的方形折轉(zhuǎn)，其中，在切換鏡和系統(tǒng)掃描儀上產(chǎn)生激光焦點(diǎn)，激光焦點(diǎn)以照射掃描儀S1的盡可能迅速的掃描運(yùn)動(dòng)在光瞳平面上運(yùn)動(dòng)。

按照這種方式在物鏡的整個(gè)場(chǎng)中激勵(lì)出的熒光在從試樣返回的行程上完全照亮物鏡光瞳。物鏡光瞳被成像到系統(tǒng)掃描儀S2和切換鏡上的共軛的平面中。切換鏡在場(chǎng)掃描的所示的情況中通過(guò)操控而得到如下調(diào)整，能夠傳輸?shù)膱?chǎng)從主分色器HFT發(fā)射，在特定的檢測(cè)路徑上離軸地從旁邊折轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)透鏡陣列。

布置在檢測(cè)光路中的可變的小孔還有透鏡陣列前面的可變的縫隙孔板都在這里示出的運(yùn)行模式中繼續(xù)打開(kāi)。

系統(tǒng)掃描儀S2借助于通過(guò)操控調(diào)整出的移位角來(lái)確定所成像的分場(chǎng)在顯微鏡物鏡的所提供的物體場(chǎng)中的位置?？蛇x地，場(chǎng)孔板(未示出)也能夠在第一中間圖像平面中在物鏡后面與掃描儀移位共同運(yùn)動(dòng)，以便使對(duì)可檢測(cè)的物體場(chǎng)之外的試樣區(qū)域的過(guò)度照射得到避免或降至最低程度。

可替換地，可以在此處設(shè)置照射變焦裝置，以便限制照射的數(shù)值孔徑(NA)，進(jìn)而對(duì)被照亮的物體場(chǎng)的尺寸加以監(jiān)控。但是，NA的匹配也可以設(shè)置在變化光學(xué)器件中，并且以如下方式設(shè)計(jì)，使得能夠傳輸?shù)膱?chǎng)被完全照亮。

圖4示出直線掃描模式的光路。在這種情況下，柱面透鏡被調(diào)至照射光路中，使得在照射掃描儀S1上產(chǎn)生行狀光分布，其中，照射掃描儀S1處在柱面透鏡的焦平面中。變化光學(xué)器件使得單透鏡L3處在照射光路中。由此，光瞳平面又處在照射掃描儀S1、切換鏡、系統(tǒng)掃描儀S2上并且處在物鏡中。然后，物鏡在物體空間中產(chǎn)生線狀焦點(diǎn)，線狀焦點(diǎn)利用系統(tǒng)掃描儀S2垂直于線方向被掃描并且借助于移位角定位。

從線焦點(diǎn)發(fā)出的射線借助于系統(tǒng)掃描儀S2掃描，并且在切換鏡相應(yīng)的位置中從旁邊經(jīng)過(guò)透鏡陣列。中間圖像中在透鏡陣列之前的縫隙孔板達(dá)到所希望的寬度，以便實(shí)現(xiàn)半共焦的檢測(cè)。在后布置的小孔最大程度敞開(kāi)。能夠移位的棱鏡將行分布的中心拉到檢測(cè)光學(xué)器件的圖像傳感器的軸上。圖像傳感器在行掃描模式的情況下處在與縫隙共軛的圖像平面中。

在同樣落在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)變型中，與上面結(jié)合圖2至圖4的說(shuō)明書(shū)不同地，能夠移動(dòng)的棱鏡的優(yōu)選位置根據(jù)運(yùn)行模式而定，不是使所傳輸?shù)膱?chǎng)的中心折轉(zhuǎn)到后續(xù)光學(xué)器件的軸上的相應(yīng)位置，而是使針對(duì)相應(yīng)選定的運(yùn)行模式的圖像傳感器能夠得到最高效利用的相應(yīng)位置。

具體來(lái)講，這意味著：

a.在場(chǎng)掃描的情況下，所傳輸?shù)膱?chǎng)相對(duì)于圖像傳感器的中心對(duì)稱地成像到圖像傳感器上，

b.在行掃描的情況下，行狀的射線分布垂直于行取向地利用棱鏡或光柵發(fā)生光譜色散，或者行的呈光譜分開(kāi)的圖像與傳感器的中心對(duì)稱地成像到圖像傳感器上，或自所選定的起始波長(zhǎng)開(kāi)始，在傳感器邊緣成像到圖像傳感器上，

c.在多共焦掃描的情況下，各分光線通過(guò)另一透鏡陣列引導(dǎo)，而對(duì)射線分布接下來(lái)進(jìn)行的光譜成像類似于針對(duì)行掃描的說(shuō)明來(lái)進(jìn)行。

針對(duì)b)和c)所需的檢測(cè)光路變換例如可以借助于能夠移動(dòng)的棱鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。這在圖5和圖6中示意示出。

在圖5中借助于針對(duì)多共焦運(yùn)行的示例，更詳細(xì)地示出了從能夠移動(dòng)的棱鏡到傳感器平面的光路。圖5a)示出檢測(cè)光路的俯視圖，而圖5b示出檢測(cè)光路的側(cè)視圖。相對(duì)于能夠移動(dòng)的棱鏡在后布置的是兩個(gè)中繼光學(xué)器件，其由透鏡對(duì)L11/L12和L13/L14組成，中繼光學(xué)器件將射線成像到傳感器平面中。在兩個(gè)中繼光學(xué)器件之間存在一透鏡陣列，其又相對(duì)于底座固定地布置。

在多共焦運(yùn)行的這里所示情況下，能夠移動(dòng)的棱鏡以如下方式調(diào)整，使得射線由所述透鏡陣列引導(dǎo)。由此，分光線被成像到后續(xù)的中繼光學(xué)器件的焦平面中。在透鏡L13與透鏡L14之間，分光線準(zhǔn)直化并且以彼此固定的角度關(guān)系來(lái)引導(dǎo)。在L13和L14的共同的焦平面中存在色散元件，例如將在分光線中引導(dǎo)的射線分解成其光譜組成部分的棱鏡。有利的是，色散方向垂直于由分光線撐開(kāi)的扇形。透鏡L14將發(fā)生光譜色散的射線成像到傳感器上。在此，光斑和光譜有利地彼此垂直布置。

傳感器在這時(shí)獨(dú)立于所選的運(yùn)行模式地處在相對(duì)于試樣共軛的平面中。相反，在其他兩種運(yùn)行模式中，也就是在行掃描和場(chǎng)掃描中，檢測(cè)射束從旁邊引導(dǎo)經(jīng)過(guò)透鏡陣列。

在行掃描的運(yùn)行模式中，能夠移動(dòng)的透鏡如在圖6中所示那樣，以如下方式調(diào)整，使得射線從旁邊引導(dǎo)經(jīng)過(guò)透鏡陣列。在圖像傳感器上的光譜分層針對(duì)多共焦運(yùn)動(dòng)模式(圖5)以及行掃描運(yùn)行模式(圖6)以同一色散元件產(chǎn)生。光譜在傳感器矩陣上的位置在需要時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)色散光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這正如圖5中結(jié)合多共焦模式以及圖6中結(jié)合行掃描模式可知那樣。針對(duì)場(chǎng)掃描模式，色散元件從從光路中移走。

光瞳與場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)換原則上可以利用能夠樞轉(zhuǎn)擺入的伯特蘭透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者借助于能夠切換的光路來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于切換的元件如所列舉地有用于角度分離的鏡(優(yōu)選為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS))、用于旁側(cè)分離的平板或者適用于這兩者的棱鏡。