分束器组件、用于确定分束器组件的尺寸的方法和显微镜与流程

本发明以第一着眼点涉及根据权利要求1的前序部分的、用于布置在显微镜的光路的非准直部分中的分束器组件。此外，本发明还涉及用于确定分束器组件的尺寸的方法以及显微镜。用于布置在显微镜的光路的非准直部分中的类属的分束器组件具有第一板，其朝着光轴倾斜了倾斜角。此外存在第二板，其朝着光轴倾斜了倾斜角。在此，第一板和/或第二板用于辐射的耦入和/或耦出或者被设立成用于此目的。

背景技术：

1、根据de 10 2009 044 987 a1和de 10 2004 058 833 a1已知前述类型的分束器组件。

2、在入射光显微镜中，尤其是在入射光荧光显微镜中，照明光或激励光与待检定的辐射的光的分离是重要的。该分离通常通过具有适当涂层的平面平行的分束板进行，它们在相对于光轴(大多)45°的情况下充当偏转镜。这些板按照适当方式被引入成像光路中的定位处，其中，探测光是准直的，即，显微镜采集的图像处于无限空间中。在这种位置处，平面平行的分束板不会针对图像质量造成成像误差或者造成对整个系统而言可忽略的成像误差。

3、光路的其中探测光是准直的可进入的区域被称为无限空间。然而无限空间是受限的并且已经为典型可用的显微镜支架配有一排分束板。此外，联接至显微镜支架的子系统的整个几何布置方案会阻碍无限空间中的另外的接口。因此，在无限空间之外(即在会聚的光路中)的光束分裂和/或光束会拢也是期望的。然而在这方面，平面平行的板相应地已经在光轴上造成明显的、对于整个系统而言不能容忍的成像误差，即，像散、横向色差和彗差。其中补偿所有这些误差的现有技术布置方案包括总共四个平面平行的板，它们相对于光轴倾转45°地布置且附加地绕光轴相应以彼此成90°方位角地扭转。鉴于总共四个为此所需的构件，这种布置方案较长，并且相关光学元件的切割宽度通常过短，以便在显微镜支架的其他几何需求的情况下安置整体结构。

技术实现思路

1、实现上述类型的分束器组件可以看作为本发明的任务，其关于在显微镜尤其是宽视场显微镜中的应用具有改进的特性。此外，应当说明用于确定这种分束器组件的尺寸的方法以及显微镜。

2、该任务通过具有权利要求1的特征的分束器组件、具有权利要求16的特征的方法和具有权利要求19的特征的显微镜解决。

3、上述类型的分束器组件根据本发明通过如下方式改进，即，第一板的楔角、第二板的楔角和第二板的倾斜角彼此相协调，使得校正了光轴上的像散和像散在物场中的线性的场依赖性。

4、根据本发明的显微镜具有照明光路和探测光路并且在照明光路和/或探测光路中存在至少一个根据本发明的分束器组件。

5、在根据本发明的用于确定根据本发明的分束器组件的尺寸的方法中，针对给出的第一板与第二板在光轴上的间距和给出的第一板相对于光轴的倾斜角，更改第一板的楔角、第二板的楔角和第二板的倾斜角，直至校正了光轴上的像散和像散在物场中的线性的场依赖性。

6、以下尤其是结合从属权利要求和附图阐述根据本发明的分束器组件的和根据本发明的显微镜的有利的设计方案以及根据本发明的方法的有利的变型方案。

7、术语“板”表示至少部分透明的板。板尤其可以在其厚度在一个方向上线性减小的情况下具有楔形形状。楔角通常较小，尤其是不大于几度。板在具有锋锐的边缘的情况下不必是楔形的。它们按照严格意义仅为部分楔形。因此，这种板大致是扁平的长方体，其中，对置的表面略微偏离平行，即，以楔角相对彼此地倾斜。因而，板也可以被称为楔板或简单地称为楔。楔的横截面通常与横截面所处的高度坐标例如y坐标的位置无关。针对本说明的目的，板朝着光轴的倾斜角应当是如下这样的角，即，板的针对待耦入或待耦出的辐射是入射面的那个侧面相对于光轴的法线以该角倾斜。其他限定是可行的，例如也可以针对横截面的角平分线来测量倾斜角。

8、显微镜的照明光路包括用于将照明光或激励光引导到样本上或样品中的所有光学部件，尤其是透镜、物镜、反射镜、棱镜、遮光板、分束器、滤光器。

9、显微镜的探测光路包括至少一个显微镜物镜以及还包括用于将由于以照明光或激励光照射而从样本射出的探测光引导到摄像头或另外的探测器或目镜上的所有其他的光学部件，尤其是透镜、物镜、反射镜、棱镜、遮光板、分束器、滤光器。探测光尤其可以是荧光，其与激励光相比具有更大的波长。

10、本发明已经认识到，为了获得可接受且对于大多数应用而言足够的校正效果，仅应用两个板。尤其地，与具有四个板的组件相比，可以通过本发明来实现在结构尺寸和成本上的优点。

11、本发明还已经认识到，也可以利用两个板来实现对像散在物场内的线性的场依赖性的校正。

12、第一板和第二板的几何参数的变型方案优选可以以适当的软件在计算机上执行。优化例如可以在使用莱文贝格-马夸特算法(lma或lm)(也在术语“dls法(阻尼最小二乘法)”下所已知)的情况下被执行。这些方法可在市售的光学程序中使用。

13、在根据本发明的方法的有利的变型方案中，更改第一板的楔角、第二板的楔角和第二板的倾斜角，直至也校正了光轴上的横向色差。

14、相应地，在根据本发明的分束器组件的优选的设计方案中，第一板的楔角、第二板的楔角和第二板的倾斜角可以彼此相协调，使得也校正了光轴上的横向色差。

15、在根据本发明的方法的一个有利的变型方案中，更改第二板在光轴上的定位，以便使物场上彗差和/或横向色差最小。

16、相应地，在根据本发明的分束器组件的一个优选的设计方案中，第二板在光轴上的定位被选择成使得物场上彗差和/或横向色差最小。

17、第二板适宜地相对于光轴在与第一板相反的方向上倾斜。

18、优选地，在根据本发明的显微镜中，分束器组件的第一板用于将辐射耦入到显微镜的光路中和/或将辐射从显微镜的光路中耦出。然而也可能的是，替选或补充地将第二板用于此目的。

19、在根据本发明的显微镜中，分束器组件的第一板在探测光路中通常布置在第二板的射束上游。然而这是非强制性的。颠倒的布置方案也是可行的，也就是在其中探测光首先穿过第二板并随后穿过第一板的布置方案。

20、原则上，根据本发明的分束器组件可以在显微镜中使用在照明光路和/或探测光路的非准直部分，例如会聚部分中。在根据本发明的显微镜的一个有利变型方案中，根据本发明的分束器组件布置在镜筒透镜和所属的中间图像平面之间。

21、原则上，第一板和/或第二板与中间图像平面的间距可以分别在很大程度上自由选择。在根据本发明的显微镜的一个有利的设计方案中，分束器组件的第一板和/或第二板与中间图像平面具有30mm到200mm之间的间距。

22、尤其地，根据本发明的分束器组件适用于光路在镜筒透镜和中间图像之间的角度会聚的确定的值范围。在根据本发明的显微镜的一个有利的变型方案中，如下适用于在中间图像中的数值孔径na：na≤0.1，尤其是0.002≤na≤0.05。

23、在根据本发明的显微镜的另一有利的变型方案中，处在镜筒透镜的射束下游的中间图像的图像直径为几毫米，例如2毫米，直至40毫米。

24、原则上，仅对板的材料提出如下要求，即，材料针对所使用的辐射足够透明并且可以提供用于实现完成所需的传输时间差。为此，板由均质材料制成原则上并不是强制必要的。然而如果是后一种情况，则找到适当的板或楔几何形状以及板布置方案是更容易的。因此，根据本发明的分束器组件的优选实施方式的特征在于，第一板和/或第二板在体积上由具有唯一的折射系数的均质材料组成或者分别由具有唯一的折射系数的均质材料组成。

25、因为针对本发明待获得的校正关于相应的光束行程的传输时间差通过所应用的板来实现，所以光束分裂本身的具体物理机制对本发明的效果不重要。相应地，辐射的耦入或耦出通过不同的原则上已知的物理机制来实现。

26、在分束器组件中，板例如可以是中性分束器，例如50:50中性分束器、色度分束器和/或偏振分束器。原则上，基于不同作用机制的分束器的混合或组合也可以在一个和同一个分束器组件中实现。

27、因为像散的上述补偿依赖于折射率，所以严格来说该补偿仅适用于所选择的参考波长，例如绿光波长(546nm)。因而针对其他颜色通常余留有很小剩余像散，然而该剩余像散对于显微镜而言是可以容忍的。如果第一板和/或第二板是色度校正的双楔件或者分别是色度校正的双楔件，则在根据本发明的分束器组件中可以实现在校正时也针对不同波长的改进。由多于两个楔组成的多楔件是可行的。这种部件相对更昂贵。

28、关于第一板相对于光轴的倾斜角，原则上存在设计自由度。因此，辐射不必一定垂直于光轴地被耦入或耦出。在根据本发明的分束器组件的有利变型方案中，第一板相对于光轴倾斜了范围在30°到70°之间的角度、优选范围在40°到50°的角度，尤其是倾斜了45°的角度。

29、第一板的楔角可以在0弧分到30弧分的范围内，优选在3弧分到10弧分的范围内。

30、第二板可以相对于光轴倾斜了范围在20°到60°之间的角度、优选范围在30°到40°之间的角度。第二板的楔角可以在0弧分到60弧分的范围内，优选在8弧分到25弧分的范围内。

31、具有楔角为0的板是平面平行的板。

32、第一板和/或第二板可以具有0.5mm到20mm之间的板厚度。