用于衰减显微镜光束路径中声波的装置和具有其的显微镜

摘要

本发明提供一种用于衰减显微镜光束路径中声波的装置和具有其的显微镜。所述装置具有用于封装声波发射元件的隔声外壳(2)，所述声波发射元件优选地为快速移动或振荡光束偏转仪器，特别地为共振振荡镜(3)，所述外壳(2)包括至少一个光入开口/出开口，其中，所述外壳(2)，优选地所述外壳的开口配备和/或构造为使从所述外壳(2)出来的声波通过相消干涉被大大消除而不影响光束(4)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于衰减显微镜的光束路径中的声波的装置。另外，本发明涉及一 种具有该装置的显微镜。

背景技术

在显微镜特别是扫描显微镜中存在各种声源，这些声源大多通过显微镜的光束中的 可移动元件产生。声发射在显微镜的操作过程中是有害的，一方面是关于使用显微镜的 人，另一方面是关于由声发射导致的震动。

在扫描显微术中，光束偏转器件用于光束控制，特别地用于对扫描样品的照明光进 行入耦合，例如，通过偏转照明光束以迂回的方式逐行入耦合。从样品返回的检测光穿 过光束偏转器件并被引导至检测器。

特别是使用驱动移动或被诱导以数千赫兹的频率绕其自身旋转轴振荡的镜子的共 振电流计，在高偏转率时会产生有害的噪声，尤其是由于来自可移动部件的声音。

在实际中已经认识到这里的基本问题。在这点上，可参考例如DE10 2004 049 437 A1。其中在具有入窗口和/或出窗口的隔音外壳中定位可移动布置的偏转仪器。声源最 终被封装，入窗口和/或出窗口被看作影响光束路径(照明光束路径和/或检测光束路径) 的光学元件。

但是，由于其中必须的窗口在光学上是不期望的，故从DE10 2004 049 437A1中已 知的封装在实际应用中是有问题的。这些窗口导致透光度低于100％，且在界面处产生 相当大的干涉。即使使用在任何情况下都必须存在于光束路径中的光学部件(例如透镜) 作为窗口，对于在外壳中设置可移动部件的隔音装置的需要造成相当大的局限。特别是 可变部件，例如分束器滑块，只能被极端困难地布置在密封外壳的内部，但是理论上必 须从外部可操作或可致动。如果确实如此实施，设计费用是相当可观的。

发明内容

在此时，需要指出的是，重要的是，基本消除由快速移动部件在显微镜内部引起的 声波。在扫描显微镜中使用的具有快速移动、通常共振操作的偏转仪器的光束偏转器件， 在此仅以示例的方式列举和用于说明所请求保护的权利要求。部件(例如这种偏转仪器) 的移动，特别是快速移动，在任何情况下均导致不期望的声发射。当声发射是由被激发 而在数千赫兹范围内共振或非共振振荡的部件引起的，声发射被视为是特别有害的，如 在扫描显微镜的常规情况下当将镜子用作偏转仪器时。

本发明的基本目的是构造和改进样本的装置，使得显微镜的光束路径中的有害的声 源的声发射可以被有效地衰减而不影响光束路径。还描述一种具有合适的装置的相应的 显微镜。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于衰减显微镜的光束路径中的声波的装置， 具有用于封装声波发射元件的隔声外壳，所述声波发射元件优选地为快速移动或振荡光 束偏转仪器，特别地为共振振荡镜，所述外壳包括至少一个光入开口/出开口(开口)， 其中，所述外壳，优选地所述外壳的开口配备和/或构造为使从所述外壳出来的声波通过 相消干涉被大大消除而不影响光束。

本发明还提供了一种显微镜，特别是一种扫描显微镜，具有根据本发明的装置。

根据本发明已经认识到的是，发生在具有在光束路径中快速移动的部件的显微镜中 的有害的声波可以以巧妙的及惊人的简单的方式通过以下事实被消除(但仍至少存在)： 外壳，优选地外壳的开口构造为使得从外壳出来的声波通过相消干涉被大大消除而不影 响光束路径。这与根据先前列举的现有技术(根据该现有技术提供完全被动的措施用于 声发射部件的封装)形成对比。

关于本发明至关重要的是，关于隔声的行为对光束不产生作用。光束可以无障碍地 穿过外壳的开口，即使声波由于干涉条件而被消除，至少非常显著地被减少。

根据本发明声波的消除或减少是可能的，特别是当声源为声学上单频的声源(使得 产生的声波具有单一的频率，可能带有谐波)时，如在具有共振振荡镜的显微镜中的情 况。原因是在这种情况下，产生的声波基本具有共振振荡频率的频率分量。

如在现有技术中的，设置隔声外壳，下文称为“外壳”，外壳包括用于光束入和/或出 的至少一个开口。光入开口和/或光出开口以普通方式设置在外壳上，两个开口均可以根 据相同的(发明)原理(即使用相消干涉)相对于声发射衰减。

具体地，如果开口由从外壳延伸出的管构成使得声波衰减沿着管的长度方向发生， 则是有利的。

在特别有利的方式中，管装备有从管在横向上突出的至少一个管分支，使得管分支 可以以盲孔的方式配备。管的长度有利地被选择使得在管分支中传播的以及在管分支的 末端被反射的声波相对于向前直行传播的波发生180°的相变，以及因此与在管中向前直 行传播的波一起导致相消干涉。管分支的有效长度可以因此为声波波长的四分之一或四 分之一的奇数倍。

为了最大程度地抑制声波，两个波的强度，即在管中向前直行传播的波的强度和从 管分支返回的波的强度，如果可能应当是相同的，至少是相似的。

进一步有利的是，如果管装备有从管在横向上突出的两个或更多个管分支，一方面 以增强声波消除效果，另一方面消除例如由不同的可移动元件或谐波引起的不同波长的 声波。

先前已经提到过，管分支在末端封闭，优选地在末端配备声反射壁。

可以通过例如调谐(tune)各个管分支，尤其是通过适配管分支的宽度/直径和/或 长度影响吸收性能或反射性能。为了改变管分支的长度，有可能以另外有利的方式设置 改变管分支的深度的声反射壁；所述声反射壁通过可螺旋进入管分支的末端的调节螺 钉，或者通过可调节式/插入式的调节销、调节杆或调节活塞承载或构成。最后重要的是， 管分支的长度或深度可调节，由此使得将管分支调谐至特定的声波频率是可能的。

干涉条件的调节以及因此的调谐可以手动地实现，但也可以通过机动化方式或液压 地或气动地实现。至关重要的是，即使在改变声波频率的情况下，为了实现相消干涉， 最佳的适配或调节是可能的。可想到的是，例如有必要进行自动重调，尤其是如果频率 由于不同的操作和不断的适配而不断地改变。利用相应的参数检测的自动操作在任何情 况下均是可能的。

可选地或另外地，为了产生必需的相消干涉，管分支的调谐可以通过选择用于管/ 管分支的合适材料(具有限定的吸声性能的合适材料)实现。管分支的几何形状和材料 均可以被使用以及因此利用用于管分支的调谐。

如先前所提到的，管可以包括一个或多个管分支。与上述实施例不同的是，管分支 有可能配备作为从管开始且开口回至管中的旁路，旁路具有适配的声波波长。在特别有 利的方式中，旁路具有比管长半个声波波长的声波路径长度。这也确保相消干涉发生。

原则上，声波也可以从外壳内部的不同位置以相同的方式被“取出”并以相应的相位 延迟与开口处的用于光路的声波叠加，从而发生相消干涉。

关于外壳和从外壳开始的用于限定各个开口的管，进一步有利的是，如果提供进一 步的(增补的)措施用于衰减有害的声波。为了该目的，在外壳内部和/或在管内部(以 及任选的管分支的内部)设置作为各个内壁表面的至少部分的衬垫的吸声器是可能的。 尤其是对于变频的声源，理想可能的是使用内衬有吸声材料的管作为外壳的光开口而不 影响光束路径。配备在外壳内部和很长的管中的吸声材料的设置可以被看作相消干涉的 替代，即沿着管的衬垫作为宽频带吸收器。这种衬垫还具有根据本发明的关于相消干涉 的方面：因为由于吸收器材料的性质声波在管的边缘比在中心传播更慢，或者至少以不 同的速度传播，与在中心前进的声波分量相比，在边缘前进的声波分量的相位延迟允许 相消干涉的形成，特别是两个分量在经过较长传播距离的混合之后的相消干涉的形成， 相消干涉最终再次导致抑制噪声外溢，即类似于本发明的教导。

本发明的教导可以以各种方式有利地具体化和改进。为了该目的，读者一方面参考 权利要求，另一方面参考结合附图的本发明的优选的示例性实施例的说明。结合参考附 图的本发明的优选的示例性实施例的说明，将对一般优选的实施例和教导的进一步改进 给出说明。

附图说明

图1为根据本发明的装置的示例性实施例的示意图，光束被引导在该装置内穿过窗口到 达振荡镜(声源)且从该装置被引导穿过具有管分支的管离开外壳；

图2为图1的装置的示意图，通过滑块在其中设置管分支的可变调谐用于适配声波 的各个频率；

图3为图1的装置的示意图，在其中设置突出至管分支的螺钉用于适配声波的各个 频率；

图4为根据本发明的装置的另一个示例性实施例的示意图，其中的管配备有具有适配 的声波路径长度的旁路；

图5为根据本发明的装置的另一个示例性实施例的示意图，旁路具有在该装置内在外 壳和管之间延伸的声波路径长度；

图6为根据本发明的装置的另一个示例性实施例的示意图，其中的外壳包括具有管的 入开口和出开口，两个管均装备有管分支以在两个侧面产生相消干涉；

图7为根据本发明的装置的另一个示例性实施例的示意图，其中一个管装备有两个管 分支以通过两个过滤器序列增强声波衰减；

图8为根据本发明的装置的另一个示例性实施例的示意图，在一个管中设置两个不同 长度的管分支用于同时衰减两个离散的声波频率；

图9为根据本发明的装置的另一个示例性实施例的示意图，其中的外壳包括具有管的 入开口和出开口，两个管均装备有管分支以在两个侧面产生相消干涉，在外壳的内壁上设置 另外的吸声器；以及

图10为根据本发明的装置的另一个示例性实施例的示意图，其中在外壳的内壁和长管 的内壁上均配备有吸声器。

部件列表

1   光束路径

2   外壳，隔声外壳

3   镜子

4   光束，束

5   窗口

6   管

7   管分支

8   声反射壁

9   杆

10  螺钉

11  旁路

12  吸声器

具体实施方式

如图1所描述的，用于衰减显微镜(图中未示出)的光束路径1中的声波的装置包括用 于封装声波发射元件的隔声外壳2(下文称为“外壳”)。构成振荡光束偏转仪器的振荡镜3 例如作为声源示出。

光束4传播穿过窗口5进入外壳2内部，撞击其中的镜子3，以及根据镜子3的角位置 被引导进入且穿过管6，管6限定外壳2的入开口和出开口。

为了产生相消干涉，尤其为了大大地消除从镜子3前进且高频振荡的声波，管6包括以 盲孔的方式构造的管分支7，即管分支7包括位于末端的声反射壁8。管分支7在横向上突 出，例如从管6正交地突出且通过这种方式装备和设计尺寸使得相对于在管6中向前直行 传播的声波发生180°的相变，以使从管分支7反射出去的声波与向前直行传播的声波一 起导致相消干涉。管分支7的长度可以相应地为声波波长的四分之一。

在图2所示的示例性实施例中，管分支7的长度的可变调谐是可能的，在管分支7中仅 象征性地通过可插入的杆9承载声反射壁8。声反射壁8和杆9可以以具有活塞杆的活塞 的方式配备。机动化或液压或气动操作是可以想到的，特别地，用于自动适配或调谐管 分支7。

在图3所示的示例性实施例中，声反射壁8通过螺钉10致动，螺钉10又可以手动致 动或驱动或也通过电机，例如使用主轴致动或驱动。图3所示的示例性实施例在其他方面 与图1和图2所示的示例性实施例相对应。

图4示出根据本发明的装置的另一个示例性实施例，其中的管6装备旁路11使得旁路 11比穿过管6的平行传播路径长半个声波波长，以使沿两个可能的声波路径传播的声波呈 现180°的相位差。结果是在管6的末端不产生声压，尤其是由于据此产生的相消干涉。

图5示出关于图4的示例性实施例的变体，其中的声波直接从外壳2中被“取出”。旁路 11因此从外壳2延伸穿过横向开口进入管6，以使传播穿过旁路11的声波以相应的相位延 迟与开口处的用于光路的声波叠加。相消干涉也可以以这种方式实现。

图6示出的示例性实施例通过两个管6的设置限定在光入开口和光出开口区域中引起 相消干涉的行为。根据图1至图5的示例性实施例的窗口的设置在此不是必需的。两个管 6分别装备管分支7，两个管分支7根据以上关于图1至图5的说明操作。

图7的示例性实施例对一个管6增加第二管分支7，尤其是为了最终由于两个“过滤器” 的序列的结果而增强声波衰减。两个管分支7相同地装备。

图8的示例性实施例与图7的示例性实施例的不同在于包括两个管分支7的管，这两个 管分支7具有不同的长度。这允许两个或更多个离散的声波频率被同时衰减，尤其是根据管 分支7的数目和构造。

尽管在图8示出的示例性实施例中只设置一个管6，根据图6和图7的实施例也可以设 置两个管6而不设置窗口5。特征的任何相应组合是可能的。

图9中的示例性实施例与图6的示例性实施例基本对应，外壳2的内壁中装备有吸声器 12。这是有利的，因为作为在光开口处或管6中的相消干涉的结果，声能量基本被反射回外 壳2中。吸声器12的另外设置与相消干涉行为产生协同效应，尤其是使得外壳2内部的噪 声水平的降低由于另外使用的吸声器12而发生。

图10示出的示例性实施例与可变频率的声源的情况相关，其中布置或配备在外壳2内 部和细长管6内部的吸声器均在内壁上。在非常简单的实施例的情况下，这种管6可以作为 外壳2上的光开口使用而不因此负面地影响光束路径。在此实现一种宽谱带吸收器。

这里，具有吸收器材料的管系统的衬垫具有根据本发明的相消干涉效应。因为由于吸 收器材料的性质声波在管的边缘比在中心传播更慢，或者至少以不同的速度传播，与在 中心前进的声波分量相比，在边缘前进的声波分量的相位延迟允许相消干涉的形成，特 别是两个分量在经过较长传播距离的混合之后的相消干涉的形成，相消干涉最终再次导 致抑制噪声外溢。

为避免重复，关于根据本发明的装置的另外的有利的实施例，请参考上述描述。

最后，需特别指出的是，以上描述的根据本发明的电路的示例性实施例仅仅用于说 明所请求保护的权利要求，但并不将其限于这些实施例。