本發(fā)明還涉及一種具有光學(xué)系統(tǒng)的光掃描顯微鏡，所述光學(xué)系統(tǒng)定義探測(cè)光路并且包括以下構(gòu)件：具有(出射)光瞳平面和(對(duì)象側(cè)的)焦點(diǎn)的顯微鏡物鏡，用于產(chǎn)生與顯微鏡物鏡的光瞳平面共軛的光瞳平面的掃描光學(xué)器件，能夠(在偏轉(zhuǎn)方向方面)可變調(diào)節(jié)的光束偏轉(zhuǎn)單元，光電的轉(zhuǎn)換器，其中，探測(cè)光路依次地成像焦點(diǎn)的至少一個(gè)點(diǎn)和轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)相應(yīng)點(diǎn)，其中，光束偏轉(zhuǎn)單元(的反射表面)(在光學(xué)上在掃描光學(xué)器件與轉(zhuǎn)換器之間地)布置在共軛的光瞳平面中并且在顯微鏡物鏡與掃描光學(xué)器件之間光學(xué)地具有中間圖像。

本發(fā)明還涉及同類的光掃描顯微鏡，其中掃描光學(xué)器件以傳統(tǒng)方式將來自第一中間圖像的光束準(zhǔn)直。

按照本發(fā)明，光是任何能夠通過光學(xué)器件操作改變的電磁輻射，尤其包括紅外和紫外的輻射。光源為了提供光分布尤其可以包括光波導(dǎo)體和/或光束形成器。它們也可以包括強(qiáng)度調(diào)制器。光電轉(zhuǎn)換器尤其可以包括與顯微鏡物鏡的焦點(diǎn)共焦的光闌。偏轉(zhuǎn)單元也稱為掃描器。

在現(xiàn)有技術(shù)中，這種光掃描顯微鏡例如由T.R.Corle和G.S.Kino的，，Confocal Scanning Optical Microscopy and Related Imaging Systems"(Academic Press,1996,2.2.7段,附圖2.2)已知。在此，掃描光學(xué)器件稱為“掃描物鏡”。它在偏轉(zhuǎn)單元的位置提供了準(zhǔn)直的共軛的光瞳平面。掃描光學(xué)器件和管狀透鏡的組合稱為轉(zhuǎn)換光學(xué)器件。

此外在WO 90/00755 A1中，能夠可變調(diào)節(jié)的第二光束偏轉(zhuǎn)單元布置在另一光瞳平面中，所述光瞳平面借助由凹面鏡構(gòu)成的傳輸光學(xué)器件產(chǎn)生。例如由US 2013/107338 A1已知偏轉(zhuǎn)單元的具有微機(jī)電驅(qū)動(dòng)器的相應(yīng)布置。

偏轉(zhuǎn)單元在(相應(yīng)的)共軛物鏡光瞳中的布置有利地實(shí)現(xiàn)了在其它共軛光瞳中提供靜止的光束橫截面。由此，如在US 2003/230710 A1或者WO 2008/037346 A1中能夠以較高的精度處理波前。此外，以此方式使由于光學(xué)器件上的暈映導(dǎo)致的邊緣光束減弱最小化。

然而，所述的光掃描顯微鏡的缺點(diǎn)是，由于產(chǎn)生共軛的光瞳平面的掃描光學(xué)器件較耗費(fèi)并且沒有光效率，因?yàn)槠浔仨氀a(bǔ)償不同的成像誤差，如場曲和橫向色差，以實(shí)現(xiàn)較高的成像質(zhì)量。此外，由于共軛的光瞳平面與掃描光學(xué)器件的距離較小，可供偏轉(zhuǎn)單元使用的結(jié)構(gòu)空間較小。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，改善本文開頭所述類型的顯微鏡，從而使掃描光學(xué)器件能夠更簡單地設(shè)計(jì)并且為偏轉(zhuǎn)單元提供更大的結(jié)構(gòu)空間。

該技術(shù)問題按本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1所述特征的光掃描顯微鏡解決。

本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中給出。

按照本發(fā)明規(guī)定，掃描光學(xué)器件通過光束偏轉(zhuǎn)單元(的反射表面)將第二中間圖像成像到第一中間圖像中或者掃描光學(xué)器件通過光束偏轉(zhuǎn)單元(的反射表面)將第一中間圖像成像到第二中間圖像中，其中，在兩種情況下第二中間圖像在空間上是彎曲的。因此，與現(xiàn)有技術(shù)不同，偏轉(zhuǎn)單元(的反射表面)不再布置在探測(cè)光路的準(zhǔn)直的區(qū)段中，而是布置在探測(cè)光路的會(huì)聚區(qū)段中。在光束偏轉(zhuǎn)單元之后，由于偏轉(zhuǎn)單元的反射表面上的反射存在虛擬的對(duì)象。中間圖像的空間曲率允許借助相對(duì)于傳統(tǒng)的準(zhǔn)直掃描物鏡明顯簡化的掃描光學(xué)器件提供共軛的光瞳平面，尤其是不對(duì)場曲進(jìn)行校準(zhǔn)，而整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)具有相同的成像質(zhì)量。在此，尤其可以取消迄今為了平整所普遍使用的具有負(fù)焦距/折射能力的(近場)透鏡(W.J.Smith:，，Modern Lens design",McGraw-Hill,1992,第22章,第411頁)。這種掃描光學(xué)器件的光學(xué)特性和質(zhì)量只需要與作為傳統(tǒng)掃描物鏡的目鏡一致。第二中間圖像的曲率半徑優(yōu)選相當(dāng)于偏轉(zhuǎn)單元與第一中間圖像的焦點(diǎn)位置之間的距離。附加地，也可以將橫向色差校正按照補(bǔ)償系統(tǒng)的意義分配給掃描光學(xué)器件和管狀透鏡，這意味著進(jìn)一步簡化掃描光學(xué)器件。顯微鏡可以相宜地設(shè)計(jì)為，使得掃描光學(xué)器件和管狀透鏡在橫向色差方面相互補(bǔ)償。

這種布置在激勵(lì)射線與樣本的非線性交互作用時(shí)特別有利。在此，樣本中的光輻射與在多個(gè)光束偏轉(zhuǎn)單元在相應(yīng)光瞳的傳統(tǒng)布置中的強(qiáng)度的二次方的(在雙光子激勵(lì)情況下)或者三次方的(在第三諧波激勵(lì)或者三光子激勵(lì)情況下)關(guān)聯(lián)性使得偏轉(zhuǎn)單元不是依次地被成像，導(dǎo)致像場照明中的問題。偏轉(zhuǎn)單元在掃描物鏡之前的物理距離以隨著橫向放大率二次方增加的軸向放大率成像在物鏡光瞳中。這導(dǎo)致產(chǎn)生不靜止的光瞳，其導(dǎo)致與場相關(guān)的激勵(lì)強(qiáng)度。非線性光學(xué)器件(NLO)中的問題可以通過將光束偏轉(zhuǎn)單元布置在非準(zhǔn)直光瞳中得以避免，因?yàn)橛纱藢?shí)現(xiàn)了偏轉(zhuǎn)單元依次地在光有效的裝置中的良好成像。在此，熒光探測(cè)通常不通過光束偏轉(zhuǎn)單元進(jìn)行，而是已經(jīng)在之前在所謂的“非退掃描”光路區(qū)段中進(jìn)行。因?yàn)樗鲅b置正好沿與探測(cè)方向相同的激勵(lì)方向作用，所以在這種情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)干凈的光瞳成像。

第二中間圖像優(yōu)選球形地彎曲或者至少基本上球形地彎曲，尤其具有處于掃描光學(xué)器件的一倍焦距與兩倍焦距之間的曲率半徑。優(yōu)選地，中間圖像的曲率半徑與偏轉(zhuǎn)單元(的反射表面中心)與第二中間圖像之間的距離相同。

有利地，第二中間圖像的曲率中心可以處于光束偏轉(zhuǎn)單元中，尤其是相關(guān)的光束偏轉(zhuǎn)單元的反射表面上。

光掃描顯微鏡可以相宜地包括用于將光分布成像到中間圖像、尤其是第二中間圖像或者第三中間圖像或者其它中間圖像中的照明光學(xué)器件，和/或用于將中間圖像、尤其是第二中間圖像或者第三中間圖像或者其它中間圖像成像在轉(zhuǎn)換器上的探測(cè)光學(xué)器件。

光學(xué)系統(tǒng)尤其可以包括分光器，所述分光器這樣布置在照明光路和探測(cè)光路中，使得來自焦點(diǎn)的光線朝向光電的轉(zhuǎn)換器從照明光路出射。

相宜地，所述光學(xué)系統(tǒng)(在照明光路或探測(cè)光路中)在光束偏轉(zhuǎn)單元的背離掃描光學(xué)器件的一側(cè)包括準(zhǔn)直光學(xué)器件。以此方式能夠以較少的耗費(fèi)處理光束并且進(jìn)行最終的探測(cè)。

優(yōu)選地，光學(xué)地在光束偏轉(zhuǎn)單元與光源或者轉(zhuǎn)換器之間尤其作為準(zhǔn)直光學(xué)器件地布置有(恰好)一個(gè)凹面鏡，所述凹面鏡的曲率中心處于共軛的光瞳平面中。凹面鏡消色差地作用。以此方式能夠以較少的光學(xué)耗費(fèi)、尤其以較少數(shù)量的分界面提供另一共軛的光瞳平面。通過將凹面鏡布置為與第一共軛的光瞳距離凹面鏡的曲率半徑，能夠在相同的距離中與場角無關(guān)地(通過彎曲的第二中間圖像)提供高精確度的成像。

有利地，凹面鏡的曲率半徑R_H可以是第二中間圖像的曲率半徑R_ZB的兩倍，因此在凹面鏡之后(在轉(zhuǎn)換器側(cè))存在平面波前。以此方式，第二共軛的光瞳處于準(zhǔn)直的光路區(qū)段中并且兩個(gè)共軛的光瞳中的光束直徑是相同的。

相宜地，凹面鏡布置為，使得來自顯微鏡物鏡的焦點(diǎn)(通過第二中間圖像的)光束在凹面鏡之后彼此平行地、優(yōu)選也平行于能夠使入射到第一偏轉(zhuǎn)單元的光線偏轉(zhuǎn)的平面地延伸，并且相對(duì)于凹面鏡的中心軸線傾斜。凹面鏡與彎曲的中間圖像之間的距離A等于中間圖像的半徑R_H:R_H＝2·R_ZB＝2·A。由此，結(jié)合彎曲的第二中間圖像能夠以較少的耗費(fèi)實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的特別高的成像質(zhì)量。但如果凹面鏡的曲率半徑R_H與中間圖像半徑R_ZB的兩倍相差了差D，也可以在凹面鏡之后存在不等于零的波前曲率。對(duì)于凹面鏡半徑R_H＝2·R_ZB+D，凹面鏡與中間圖像之間的距離A為A＝R_ZB+D，并且第二偏轉(zhuǎn)單元布置在凹面鏡的曲率中心中，也就是與其間隔距離R_H。此外，第一光束偏轉(zhuǎn)單元和第二篇光束偏轉(zhuǎn)單元上的光束半徑可以是不同的，例如在成像比例尺不等于1：1時(shí)。

然而，凹面鏡的曲率半徑R_H也可以不等于中間圖像的曲率半徑R_ZB的兩倍。曲率半徑為R_H＝A的凹面鏡則與彎曲的中間圖像相隔距離A/2地布置，因此光線在光軸上(當(dāng)光束偏轉(zhuǎn)單元處于其中間位置時(shí))準(zhǔn)直，并且光線在外部略微發(fā)散或者會(huì)聚地延伸。

優(yōu)選地，凹面鏡、尤其是其反射表面具有環(huán)面的形狀(圓環(huán)面截面的表面形狀)，其中，本發(fā)明也包括其它形狀。由此可以降低由于傾斜入射造成的散光。在此優(yōu)選地，凹面鏡具有第一曲率半徑和第二曲率半徑，所述第一曲率半徑比中間圖像的曲率半徑的兩倍小了因數(shù)Cos(入射角)，并且第二曲率半徑比中間圖像的曲率半徑的兩倍大了因數(shù)Cos(入射角)。優(yōu)選地，屬于第一曲率半徑的第一彎曲圍繞平行于第一光束偏轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線延伸，并且屬于第二曲率半徑的彎曲垂直于第一彎曲。

本發(fā)明的第二方面涉及一種本文開頭所述類型的光掃描顯微鏡，其中，掃描光學(xué)器件與現(xiàn)有技術(shù)中相同地使來自第一中間圖像和焦點(diǎn)的光束準(zhǔn)直。其解決了能夠相對(duì)于光束偏轉(zhuǎn)單元調(diào)節(jié)共軛的物鏡光瞳的位置的技術(shù)問題。在此方面，本發(fā)明規(guī)定，光學(xué)地在光束偏轉(zhuǎn)單元與轉(zhuǎn)換器或者光源之間布置有會(huì)聚光學(xué)器件，所述會(huì)聚光學(xué)器件將來自光束偏轉(zhuǎn)單元的被準(zhǔn)直的光束聚焦到第二中間圖像中，其中，掃描光學(xué)器件和會(huì)聚光學(xué)器件能夠沿著探測(cè)光路的光軸移動(dòng)。在此，掃描光學(xué)器件和會(huì)聚光學(xué)器件構(gòu)成有限的傳輸光學(xué)器件。在此，可移動(dòng)性實(shí)現(xiàn)了上述能夠與不同的顯微鏡物鏡適配的優(yōu)點(diǎn)，但是與現(xiàn)有技術(shù)中相同地，對(duì)場曲和橫向色差的校正是相宜的。可以設(shè)置用于使掃描光學(xué)器件和/或會(huì)聚光學(xué)器件移動(dòng)的電驅(qū)動(dòng)器。在此其尤其可以是用于掃描光學(xué)器件和會(huì)聚光學(xué)器件的單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器。在此，可以設(shè)置控制單元，其設(shè)置用于相同定向地，尤其是相同遠(yuǎn)地，尤其是同步或者同時(shí)地移動(dòng)掃描光學(xué)器件和會(huì)聚光學(xué)器件。

以下描述能夠用于本發(fā)明的所有方面中的有利實(shí)施形式。

在優(yōu)選的實(shí)施形式中，在另一個(gè)共軛的光瞳平面中，在第一光束偏轉(zhuǎn)單元與轉(zhuǎn)換器之間布置能夠可變調(diào)節(jié)的第二光束偏轉(zhuǎn)單元或者能夠可變調(diào)節(jié)的波前調(diào)制器，如在WO 2008/037346 A1中。所述另一個(gè)共軛的光瞳平面尤其可以是由凹面鏡產(chǎn)生的第二光瞳平面或者第三光瞳平面。第二光束偏轉(zhuǎn)單元可以具有與第一光束偏轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)軸線不同的旋轉(zhuǎn)軸線。由此可以在樣本側(cè)掃描二維場。備選地，第二光束偏轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)軸線可以平行于第一光束偏轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)軸線。由此，兩個(gè)光束偏轉(zhuǎn)單元之一可以用于對(duì)光束偏轉(zhuǎn)進(jìn)行粗調(diào)并且另一個(gè)用于細(xì)調(diào)。此外，第一光束偏轉(zhuǎn)單元、可選地還有第二光束偏轉(zhuǎn)單元就能在二維中提供可變的偏轉(zhuǎn)。備選地，在有利的實(shí)施形式中，兩個(gè)光束偏轉(zhuǎn)單元可以分別只圍繞正好一個(gè)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行調(diào)節(jié)，尤其通過彼此不同的驅(qū)動(dòng)器或者通過相同的驅(qū)動(dòng)器并且以不同的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，兩個(gè)光束偏轉(zhuǎn)單元可以設(shè)計(jì)為電流計(jì)掃描器(亦稱“掃描振鏡”)，其中只有一個(gè)在共振中運(yùn)行。

例如，兩個(gè)光束偏轉(zhuǎn)單元中的正好一個(gè)可以包括共振鏡(“共振掃描器”)。以此方式可以借助共振鏡掃描樣本上的一條線，其可以借助另一光束偏轉(zhuǎn)單元附加地沿縱向或者橫向，或者對(duì)于二維可調(diào)性沿縱向和橫向地進(jìn)行掃描。

借助波前調(diào)制器可以在由其提供的最大調(diào)制行程內(nèi)沿光軸(在z方向上)對(duì)樣本側(cè)的焦點(diǎn)平面進(jìn)行調(diào)節(jié)并且由此在深度中掃描樣本。結(jié)合可二維變化的第一光束偏轉(zhuǎn)單元實(shí)現(xiàn)了測(cè)量地點(diǎn)的三維移動(dòng)并且由此對(duì)樣本進(jìn)行三維掃描。作為對(duì)焦點(diǎn)沿光軸移動(dòng)的備選，借助可分辨位置地調(diào)節(jié)的波前調(diào)制器也可以補(bǔ)償與位置有關(guān)的成像誤差，它們例如由一個(gè)或多個(gè)樣本特性的局部變化引起。

為此目的，光掃描顯微鏡可以包括控制單元，其拍攝樣本的至少一個(gè)圖像并且根據(jù)至少一個(gè)預(yù)設(shè)的、影響圖像的樣本特性、尤其是特性在樣本中的實(shí)際分布并且根據(jù)圖像確定用于波前調(diào)制器的調(diào)節(jié)值(并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)波前調(diào)制器)。控制單元尤其可以根據(jù)圖像確定樣本特性的測(cè)量分布并且這樣確定調(diào)節(jié)值，使得例如借助補(bǔ)償計(jì)算使測(cè)量分布與實(shí)際分布之間的偏差最小化。

特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案是，其中掃描光學(xué)器件的一部分或者整個(gè)掃描光學(xué)器件能夠沿著探測(cè)光路的光軸移動(dòng)。它們尤其可以包括用于使掃描光學(xué)器件的能移動(dòng)部分或者整個(gè)掃描光學(xué)器件移動(dòng)的電驅(qū)動(dòng)器。通過軸向移動(dòng)，能夠以較少的耗費(fèi)調(diào)節(jié)共軛的光瞳相對(duì)于第一偏轉(zhuǎn)單元的位置，而迄今掃描物鏡的位置只能一次性地調(diào)節(jié)和固定以校準(zhǔn)焦點(diǎn)位置并且由此校準(zhǔn)在光束偏轉(zhuǎn)單元上的準(zhǔn)直。由此尤其可以補(bǔ)償例如在更換顯微鏡物鏡時(shí)出現(xiàn)的光瞳偏移。在此，共軛的光瞳的軸向位置隨著第一偏轉(zhuǎn)單元與物鏡光瞳之間的成像比例尺的平方變化。中間圖像平面中并且因此還有對(duì)象平面中的焦點(diǎn)位置在此在很大程度上保持不變。

掃描光學(xué)器件優(yōu)選設(shè)計(jì)為，使得其(從第一中間圖像向第二中間圖像)的成像的放大系數(shù)在0.8至1.2之間，尤其在0.9至1.1之間，尤其正好為1。以此方式，第一中間圖像的位置并且因此樣本側(cè)的焦點(diǎn)平面以較高的精度保持恒定。在掃描光學(xué)器件從虛擬對(duì)象朝第一中間圖像1:1地成像時(shí)，焦點(diǎn)最好保持不變(焦點(diǎn)位置的拋物線形延伸)。

有利的實(shí)施形式是，顯微鏡物鏡能夠沿著光軸移動(dòng)和/或布置在物鏡更換器中，尤其包括用于使顯微鏡物鏡移動(dòng)和/或用于更換顯微鏡物鏡的電驅(qū)動(dòng)器。由此結(jié)合與不同物鏡的不同光瞳位置的可適配性在測(cè)量中高成像質(zhì)量保持不變的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較大靈活性。

優(yōu)選地，第一光束偏轉(zhuǎn)單元和/或第二光束偏轉(zhuǎn)單元具有微機(jī)電系統(tǒng)以調(diào)節(jié)光束偏轉(zhuǎn)。所述微機(jī)電系統(tǒng)可以如US 7,295,726 B1提供圍繞兩個(gè)不同軸線的可旋轉(zhuǎn)性，尤其是這些軸線的(位置固定的)交點(diǎn)的位置在(使來自掃描光學(xué)器件的光束偏轉(zhuǎn)的)反射平面內(nèi)，所述交點(diǎn)尤其布置在探測(cè)光路的光軸上?；贛EMS(微機(jī)電系統(tǒng))的掃描器具有明顯更小的鏡質(zhì)量并且由此具有能夠快速地以任意方式和高精度翻轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。例如，其中一個(gè)光束偏轉(zhuǎn)單元可以是只能夠圍繞恰好一條旋轉(zhuǎn)軸線調(diào)節(jié)的基于MEMS的鏡子并且另一個(gè)光束偏轉(zhuǎn)單元可以是電流計(jì)掃描器(亦稱“掃描振鏡”)。在此，電流計(jì)掃描器也可以共振地運(yùn)行。

本發(fā)明尤其也包括具有光源的光掃描顯微鏡，所述光源的光線借助布置在探測(cè)光路中的分光器通過第一光束偏轉(zhuǎn)單元光學(xué)地入射到或者能入射到顯微鏡物鏡中。光源相宜地是激光器。其例如可以是可調(diào)諧的激光器。

以下根據(jù)實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在附圖中：

圖1示出光掃描顯微鏡；

圖2示出作為掃描物鏡的簡化的掃描光學(xué)器件；

圖3示出完整的傳輸光學(xué)器件；

圖4示出具有附加的光瞳平面的擴(kuò)展的傳輸光學(xué)器件并且

圖5示出具有有限的傳遞光學(xué)器件的掃描光學(xué)器件。

在附圖中一致的部件具有相同的附圖標(biāo)記。

圖1是光掃描顯微鏡10(“LSM”)的示意圖，所述光掃描顯微鏡借助控制單元34進(jìn)行控制。LSM10模塊化地由兩個(gè)具有激光器23的照明模塊L、掃描模塊S(英語“scanning module”)、探測(cè)模塊D和具有顯微鏡物鏡21的顯微鏡單元M組成。顯微鏡單元M例如具有用于使不同的顯微鏡物鏡21翻入的物鏡旋轉(zhuǎn)器。

激光器23的光線在通過光導(dǎo)纖維22和耦合光學(xué)器件20、例如形式為準(zhǔn)直光學(xué)器件輸入掃描單元S并且統(tǒng)一之前，可以通過光門24和減弱器25由控制單元34影響。每個(gè)激光器23連同所述耦合光學(xué)器件直至相應(yīng)的光導(dǎo)纖維22可以視為相應(yīng)的光源，其在相關(guān)的光導(dǎo)纖維22的端部提供共焦的點(diǎn)狀光分布，所述光分布成像在樣本P中。

通過主分光器33和在X和Y方向上能夠可變調(diào)節(jié)的光束偏轉(zhuǎn)單元30，激勵(lì)光線到達(dá)顯微鏡物鏡21，所述光束偏轉(zhuǎn)單元具有帶MEMS驅(qū)動(dòng)器(未示出)的單個(gè)鏡子，所述顯微鏡物鏡21將樣本P中的光線聚焦到測(cè)量地點(diǎn)(未成像)。由樣本P散射回的激勵(lì)光線或者發(fā)射的熒光通過顯微鏡物鏡21、管狀透鏡27和掃描光學(xué)器件35經(jīng)過偏轉(zhuǎn)單元30通過準(zhǔn)直光學(xué)器件36和主分光器33到達(dá)探測(cè)模塊D。為了探測(cè)熒光，主分光器33例如可以設(shè)計(jì)為二色性的分色器(“主分色器”)，因此散射回的激勵(lì)光線朝向激光器23出射。

探測(cè)模塊D在探測(cè)光學(xué)器件38、例如會(huì)聚透鏡之后具有多個(gè)探測(cè)通道，所述探測(cè)通道分別具有孔光闌31、濾波器28和光電倍增器32作為光電轉(zhuǎn)換器，它們通過分色器29(“附加分色器”)在光譜上分隔開。取代孔光闌31，例如在線形照明裝置中也可以使用縫隙光闌(未顯示)。探測(cè)光學(xué)器件38將被準(zhǔn)直的光束聚焦到共焦的孔光闌31上。共焦的孔光闌或者縫隙光闌31用于區(qū)別不是來自測(cè)量位置處的焦點(diǎn)體積的樣本光線。因此，光電倍增器32只檢測(cè)來自焦點(diǎn)體積的光線并且由此定義樣本P中的測(cè)量地點(diǎn)，由其接收光線并且在探測(cè)位置檢測(cè)光電倍增器32的相應(yīng)的光敏層。備選地，也可以使用其它由現(xiàn)有技術(shù)已知的光敏傳感器，如電子雪崩二極管(英語“avalanche diodes”)。

樣本P的被共焦照明和拍攝的測(cè)量體積可以借助偏轉(zhuǎn)單元30運(yùn)動(dòng)經(jīng)過樣本P，以便像素式地拍攝圖像，方式為有針對(duì)性地旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)單元30的MEMS鏡。MEMS鏡30的運(yùn)動(dòng)和借助光板24或者減弱器25的照明的開關(guān)均直接由控制單元34控制。光電倍增器32的數(shù)據(jù)記錄通過控制單元34進(jìn)行。

顯微鏡物鏡21具有無限遠(yuǎn)的后焦距，因此除了管狀透鏡27例如存在準(zhǔn)直的光路。在顯微鏡物鏡21內(nèi)存在其(出射)光瞳平面PE。管狀光學(xué)器件27產(chǎn)生第一中間圖像Zb1，其由掃描光學(xué)器件35成像到第二中間圖像Zb2中。與光瞳平面PE共軛的光瞳平面PE‘處于光束偏轉(zhuǎn)單元30上。所述光束偏轉(zhuǎn)單元30由此處于探測(cè)光路的會(huì)聚區(qū)段中。準(zhǔn)直光學(xué)器件36接著向無限遠(yuǎn)處成像第二中間圖像Zb2，因此在主分光器33上只存在準(zhǔn)直的光束。在備選的實(shí)施形式(未顯示)中，在主分光器33上可以存在匯聚的或者發(fā)散的光束。處于掃描模式S的耦合光學(xué)器件20和探測(cè)光學(xué)器件29相應(yīng)地適配。

掃描光學(xué)器件35例如借助驅(qū)動(dòng)器能夠沿著統(tǒng)一的探測(cè)和照明光路的光軸移動(dòng)。因此，即使在更換顯微鏡物鏡21或者沿軸向移動(dòng)顯微鏡物鏡21使光瞳平面PE改變時(shí)，共軛的光瞳平面PE‘沿軸向在光束偏轉(zhuǎn)單元30上的位置也可以保持不變。

在由分光器39(也稱為“NLO分光器”)提供的附加出口處連接有模塊N(“NLO探測(cè)模塊”)，用于在激勵(lì)時(shí)探測(cè)非線性相互作用之后的熒光。作為對(duì)探測(cè)模塊D的備選或者補(bǔ)充，可以連接NLO探測(cè)模塊N并且用于測(cè)量。在備選的實(shí)施形式(未示出)中，作為對(duì)NLO探測(cè)模塊N的備選或者補(bǔ)充，可以在樣本的相反側(cè)上布置具有獨(dú)自的顯微鏡物鏡的單獨(dú)的NLO探測(cè)模塊并且用于探測(cè)。

在圖2中針對(duì)光束偏轉(zhuǎn)單元30的三個(gè)不同位置詳細(xì)地顯示了圍繞掃描光學(xué)器件35的光路，所述掃描光學(xué)器件替代了傳統(tǒng)的耗費(fèi)的掃描物鏡，方式為其將第一中間圖像Zb1成像到第二中間圖像Zb2中。掃描光學(xué)器件35不具有圖像場曲校正并且具有1:1的成像比例尺。根據(jù)處于布置在共軛的光瞳平面PE‘中的光束偏轉(zhuǎn)單元30之后的虛擬對(duì)象V，可以看出第二中間圖像Zb2在空間上是彎曲的。

圖3示出完整的傳輸光學(xué)器件，其除了圖2中的掃描光學(xué)器件35和光束偏轉(zhuǎn)單元30還包括管狀光學(xué)器件27。從顯微鏡物鏡(在此未顯示)的真正光瞳平面PE到第二中間圖像Zb2的光路又針對(duì)偏轉(zhuǎn)單元30的三個(gè)不同位置顯示。管狀光學(xué)器件27將來自光瞳PE的準(zhǔn)直的光束聚焦在第一中間圖像Zb1中，掃描光學(xué)器件35通過布置在共軛的光瞳平面PE‘中的光束偏轉(zhuǎn)單元30將第一中間圖像Zb1成像在空間彎曲的第二中間圖像Zb2中。

在圖4中以三個(gè)不同的視圖(圖4A、4B、4C)示出擴(kuò)展的傳輸光學(xué)器件，其具有第二共軛的光瞳平面PE“和能夠可變調(diào)節(jié)的第二光束偏轉(zhuǎn)單元30B。所述擴(kuò)展的傳輸光學(xué)器件例如取代了由文獻(xiàn)已知的例如在US 2010/0208319 A1或者WO 90/00755 A1中描述的按照Kessler的遠(yuǎn)焦傳輸光學(xué)器件(英語“afocal relay optics”)。

第一光束偏轉(zhuǎn)單元30A例如是具有MEMS驅(qū)動(dòng)器的單獨(dú)的鏡子，其能夠圍繞兩個(gè)彼此垂直的固定的軸旋轉(zhuǎn)。鏡子的位置固定的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)在鏡子的反射表面內(nèi)處于傳輸光學(xué)器件的光軸上。第二光束偏轉(zhuǎn)單元30A例如是具有電流計(jì)驅(qū)動(dòng)器(亦稱“振鏡驅(qū)動(dòng)器”)的單獨(dú)的鏡子，也就是只具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線。其例如可以在共振中運(yùn)行。備選地，也可以在兩個(gè)共軛的光瞳平面PE‘和PE“中使用電流計(jì)(亦即振鏡)的光束偏轉(zhuǎn)單元，其中之一可以使樣本中的光線沿x方向運(yùn)動(dòng)，并且另一個(gè)使光線沿y方向運(yùn)動(dòng)。

附加的光瞳平面PE“通過準(zhǔn)直光學(xué)器件36提供，其例如設(shè)計(jì)為環(huán)面的凹面鏡并且光學(xué)地布置在第一光束偏轉(zhuǎn)單元30A與第二光束偏轉(zhuǎn)單元30B之間。凹面鏡的第一曲率中心在第一共軛的光瞳平面PE‘中處于第一光束偏轉(zhuǎn)單元30A的反射表面上(凹面鏡與共軛的光瞳PE‘之間的距離R)并且凹面鏡的對(duì)應(yīng)曲率半徑是第二中間圖像Zb2的曲率半徑的兩倍。由此，一方面(以相同的距離R)在第二共軛的光瞳PE“中與各場角無關(guān)地存在第一共軛的光瞳平面PE‘的完美的平面成像，另一方面光束在第二共軛的光瞳PE“中準(zhǔn)直，因此在該處存在平面波前。由此，在探測(cè)光路之后的走向中能夠簡單地處理光束。在備選的實(shí)施形式(未顯示)中，凹面鏡與第二中間圖像的曲率半徑可以彼此不同，因此在第二光瞳PE“中存在非平面波前。

因?yàn)榘济骁R36在光線垂直入射時(shí)會(huì)將第一共軛的光瞳PE‘成像到其自身上，所以其垂直于第二光束偏轉(zhuǎn)單元30B作用的平面地傾斜。通過傾斜地入射到凹面鏡上，凹面鏡產(chǎn)生散光，這通過環(huán)面的形狀被最大程度地補(bǔ)償。為此目的，沿著y軸的曲率半徑相對(duì)于第二中間圖像Zb2的曲率半徑減小了因數(shù)cos(入射角)并且沿著x軸的曲率半徑相對(duì)于第二中間圖像Zb2的曲率半徑增大了相同的因數(shù)。

取代第二光束偏轉(zhuǎn)單元30B，可以在第二共軛的光瞳平面PE“中或者優(yōu)選在第三共軛的光瞳平面(未示出)中布置波前調(diào)制器30B。

作為對(duì)環(huán)面形狀的備選，凹面鏡36可以具有球形形狀，其中第一和第二曲率中心相同。由此可以在凹面鏡36的遠(yuǎn)離掃描光學(xué)器件35的一側(cè)上布置柱狀光學(xué)器件41，例如形式為較弱的圓柱透鏡，用于補(bǔ)償由于傾斜入射到凹面鏡36上形成的散光。優(yōu)選地，柱狀光學(xué)器件41可以布置在第二光束偏轉(zhuǎn)單元30B的遠(yuǎn)離掃描光學(xué)器件35的一側(cè)上，也就是在所謂的“退掃描”光路區(qū)段中。在環(huán)面形的凹面鏡36中可以取消柱狀光學(xué)器件41。

如果第一光束偏轉(zhuǎn)單元是二維的，也就是為了偏轉(zhuǎn)能夠在x方向和y方向上調(diào)節(jié)，則準(zhǔn)直光學(xué)器件例如可以是簡單的透鏡。

最后，圖5示出備選的傳輸光學(xué)器件。在布置于共軛的光瞳平面PE‘中的光束偏轉(zhuǎn)單元30的區(qū)域內(nèi)，光束如現(xiàn)有技術(shù)地被準(zhǔn)直。掃描光學(xué)器件35和設(shè)置在光束偏轉(zhuǎn)單元30之后的會(huì)聚光學(xué)器件37構(gòu)成有限的傳輸光學(xué)器件，其將第一中間圖像Zb1成像到第二中間圖像Zb2中。在進(jìn)一步的走向中設(shè)置準(zhǔn)直光學(xué)器件36，因此在主分光器33上例如存在準(zhǔn)直的光束。在其它實(shí)施形式(未示出)中，例如可以在其它的會(huì)聚光學(xué)器件之后才設(shè)置多個(gè)主分光器。

為了在更換或者移動(dòng)顯微鏡物鏡21時(shí)與光瞳的移動(dòng)適配，掃描光學(xué)器件35和會(huì)聚光學(xué)器件37可沿軸向移動(dòng)。兩個(gè)光學(xué)器件35/37的移動(dòng)可以借助控制單元例如總是相同定向地并且相同遠(yuǎn)地，可選地也同步地進(jìn)行。

光束偏轉(zhuǎn)單元在非準(zhǔn)直的光路區(qū)段中的所述布置可以用于其它應(yīng)用，例如用于樣本的光學(xué)處理或者用于偏轉(zhuǎn)光束，所述光束借助光束形成光學(xué)器件，例如空間光調(diào)制器(英語“Spatial Light Modulator”；SLM)產(chǎn)生，例如是貝塞爾光束或者馬提扼光束。

在備選的實(shí)施形式(未示出)中，對(duì)象側(cè)的焦點(diǎn)可以具有不同于點(diǎn)狀的形狀。其例如可以是線形的。

附圖標(biāo)記清單

10 光掃描顯微鏡

20 耦合光學(xué)器件

21 顯微鏡物鏡

22 光導(dǎo)纖維

23 激光器

24 光板或光門

25 衰減器

26 激光耦合器

27 管狀透鏡

28 濾波器

29 分色器

30 光束偏轉(zhuǎn)單元

31 光闌

32 光電倍增器

33 主分光器

34 控制單元

35 掃描光學(xué)器件

36 準(zhǔn)直光學(xué)器件

37 會(huì)聚光學(xué)器件

38 探測(cè)光學(xué)器件

39 NLO分光器

40 NLO探測(cè)器

41 柱狀光學(xué)器件

D 探測(cè)模塊

L 照明模塊

M 顯微鏡單元

N NLO探測(cè)模塊

P 樣本

PE (‘/“)(共軛的)光瞳平面

R 距離

S 掃描模塊

V 虛擬對(duì)象

Zb1/2 中間圖像平面