[發明專利]用于對相位掩膜進行校準的方法和顯微鏡

有效

• 申請號: 201910542603.7
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110632726B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 托尼·艾歇爾克勞特;約爾格·西本莫根
• 申請（專利權）人: 卡爾蔡司顯微鏡有限責任公司
• 主分類號: G02B7/00
• 分類號: G02B7/00;G02B21/00;G01N21/64
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊靖;韓毅

本發明涉及一種用于對相位掩膜進行校準的方法和顯微鏡，特別是用于對尤其為顯微鏡的光學設備的光路內的相位掩膜、尤其是SLM進行校準的方法，包括以下方法步驟：相繼地以灰度值的不同模式驅控相位掩膜，分段的第一子集的第一灰度值保持恒定，分段的第二子集的第二灰度值以從一個模式變到下一模式的方式變化，給相位掩膜加載以光學設備的光，針對不同的模式在相位掩膜射束下游測量光路內的光的總強度的至少一部分，獲得測得的強度依賴于第二灰度值的特征變化曲線，從特征變化曲線獲得第二灰度值與通過相位掩膜賦予的相移之間的關系，基于所獲得的灰度值與相移之間的關系校準對相位掩膜的驅控。本發明還涉及一種適用于執行根據本發明的方法的顯微鏡。

技術領域

本發明在第一觀點中涉及用于對尤其是顯微鏡的光學設備的光路內的相位掩膜、尤其是SLM進行校準的方法。本發明在第二觀點中涉及尤其適用于執行根據本發明的方法的顯微鏡。

背景技術

用于檢查樣本的按類屬的顯微鏡具有如下部件：用于發出照明光的至少一個光源；用于將照明光引導到樣本上的至少一個顯微物鏡；以及用于將探測光從樣本引導到相機上的光學器件；布置在光路內的相位掩膜；用于測量探測光路內的光的相機；以及用于驅控相位掩膜和相機以及用于評估由相機測得的光的控制和評估單元。

在顯微鏡中，在不同的應用領域中需要結構化的照明。例如，對于光片層照顯微鏡需要近似薄片的照明。這意味著應產生所謂的光片，使得沿光的第一橫向方向盡可能薄、沿光的第二橫向方向寬并且沿光的傳播方向盡可能長。為了實現此情況，可以例如將貝塞爾射束相干疊加。此外還公知的是，有針對性地利用各個貝塞爾射束之間的干涉效應，以便產生延展的并且此外經結構化的光片。

此外還公知有所謂的Sinc³射束，以其能在樣本內實現只具有較低的副極值的方形的光片。

針對相位掩膜的(尤其是空間光調制器(Spatial?Light?Modulator?SLM))的另外的使用領域是激光掃描顯微鏡，其中以照明焦點掃描三維體積。在熒光顯微鏡中，在特定的技術情況下，有針對性地將樣本光學脫色。為此，也需要對用于脫色的光進行適當的空間結構化。結構化照明的突出的應用是所謂的超高分辨率顯微鏡(Superresolution-Microscopy)，其中，有針對性地成形點分布函數(Point-Spread-Function)。例如，用于照明的點分布函數在所謂的STED方法中具有面包圈的形狀。

前述的針對結構化照明的示例都可以利用相位掩膜，例如空間光調制器(SLM)來付諸實施。基本上存在兩種不同類型的SLM，其區別在于所使用的液晶。向列型SLM能夠實現從0至6π的最大連續可調的相差，但是其相對緩慢。通常，它具有大約60Hz的圖像刷新率。專門的向列型SLM可以達到直至500Hz的圖像刷新率。利用向列型SLM可以達到超過90％的照明效率。

鐵電性SLM只能夠在具有相差0與相差π的狀態之間往復切換。鐵電性SLM在其高速度方面是有利的。可以達到直至4kHz的圖像刷新率。然而，所具有大約10％的照明效率卻是相對較低的。

這兩種類型的SLM的共性在于所能實現的相差取決于入射激光的波長。

向列型SLM應如下這樣地進行校準，即，使其具有0至2π的連續的相差。然而，此相差只能夠針對設計波長進行調節。一旦SLM以其他波長被照射，則對該光進行賦予的相差就偏離2π。在波長較小時相差變更大，在波長較大時相差降低。

在鐵電性SLM中具有類似的特性。在此，也只是針對設計波長實現為π的相差。在波長不同于設計波長時，則生成了不同于π的相差。