DE102006044214B4 - Microscope, in particular a polarization and / or a fluorescence microscope - Google Patents
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Abstract
Mikroskop (1) mit einem Beleuchtungsstrahlengang (15) und einem Abbildungsstrahlengang (16), der sich von einem Objekt zu einem Detektor und/oder einem Tubus (122) erstreckt und in dem ein erstes und ein zweites Ablenkmittel (23, 24) und eine ein Objekt abbildende Abbildungsoptik (6) angeordnet sind, wobei der Abbildungsstrahlengang (16) in Form eines Weitfeld-Abbildungsstrahlengangs ausgebildet ist, wobei das erste Ablenkmittel (23) einen ersten Teil des Abbildungslichts in eine erste Richtung (25) ablenkt, das zweite Ablenkmittel (24) einen zweiten Teil des Abbildungslichts in eine zweite Richtung (26) ablenkt und beide Ablenkmittel (23, 24) einen dritten Teil des Abbildungslichts zur visuellen Betrachtung durch einen Bediener des Mikroskops (1) durchlassen und das erste und das zweite Ablenkmittel (23, 24) den ersten und den zweiten Teil des Abbildungslichts hin zu einem Dokumentationsabgang (30) des Mikroskops (1) ablenken, an dem mindestens eine Detektionseinrichtung (27) angebaut ist, wobei das von den beiden Ablenkmitteln (23, 24) abgelenkte Abbildungslicht simultan mit der Detektionseinrichtung (27) detektierbar ist, wobei die Abbildungsoptik (11) im Strahlengang des dritten Teils des Abbildungslichts mindestens ein Zwischenbild (12) des Objekts erzeugt und wobei zwischen den beiden Ablenkmitteln (23, 24) und der mindestens einen Detektionseinrichtung (27) keine Mittel vorgesehen sind, die ein weiteres Zwischenbild erzeugen.A microscope (1) having an illumination beam path (15) and an imaging beam path (16) extending from an object to a detector and / or a tube (122), and in which first and second deflection means (23, 24) and wherein the imaging beam path (16) is in the form of a wide-field imaging beam path, wherein the first deflection means (23) deflects a first part of the imaging light in a first direction (25), the second deflection means (16). 24) deflects a second portion of the imaging light in a second direction (26) and both deflection means (23, 24) pass a third portion of the imaging light for visual viewing by an operator of the microscope (1) and the first and second deflection means (23, 23; 24) deflect the first and the second part of the imaging light toward a documentation exit (30) of the microscope (1), to which at least one detection device (27) is attached wherein the imaging light deflected by the two deflection means (23, 24) is detectable simultaneously with the detection device (27), wherein the imaging optics (11) generates at least one intermediate image (12) of the object in the beam path of the third part of the imaging light and wherein the two deflection means (23, 24) and the at least one detection device (27) no means are provided which generate a further intermediate image.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop und insbesondere ein Polarisations- und/oder ein Fluoreszenzmikroskop. Das Mikroskop umfasst einen Beleuchtungsstrahlengang und einen Abbildungsstrahlengang. Der Abbildungsstrahlengang erstreckt sich von einem Objekt zu einem Detektor und/oder zu einem Tubus. Der Abbildungsstrahlengang weist eine ein Objekt abbildende Abbildungsoptik auf und ist in Form eines Weitfeld-Abbildungsstrahlengangs ausgebildet. Im Abbildungsstrahlengang sind ein erstes und ein zweites Ablenkmittel vorgesehen. Mit dem ersten Ablenkmittel ist ein Teil des Abbildungslichts in eine erste Richtung ablenkbar. Mit dem zweiten Ablenkmittel ist ein weiterer Teil des Abbildungslichts in eine zweite Richtung ablenkbar.The present invention relates to a microscope and in particular a polarization and / or a fluorescence microscope. The microscope comprises an illumination beam path and an imaging beam path. The imaging beam path extends from an object to a detector and / or to a tube. The imaging beam path has an imaging optical unit imaging an object and is designed in the form of a wide-field imaging beam path. In the imaging beam path, a first and a second deflection means are provided. With the first deflection means, a part of the imaging light can be deflected in a first direction. With the second deflection means, a further part of the imaging light can be deflected in a second direction.
Ein Mikroskop der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
Gerade in der Fluoreszenzmikroskopie werden einzelne Objektbereiche mit mehreren unterschiedlichen Fluoreszenzmarkern spezifisch markiert. Bei den Fluoreszenzmarkern handelt es sich insbesondere um mit Fluoreszenzfarbstoffen versehene Molekülbausteine, welche sich an komplementäre Objektbereiche spezifisch anlagern und somit diese Objektbereiche mit dem entsprechenden Fluoreszenzfarbstoff markieren. Dementsprechend müssen zum Sichtbarmachen der spezifisch markierten Objektbereiche die Fluoreszenzfarbstoffe mit Licht geeigneter Wellenlänge beleuchtet werden und das Fluoreszenzlicht muss bevorzugt ohne das Anregungslicht der Detektionseinrichtung zugeführt werden. Falls nun einzelne Objektbereiche mit mehreren unterschiedlichen Fluoreszenzmarkern bzw. Fluoreszenzfarbstoffen spezifisch zu markieren sind und diese zur Dokumentation des dynamischen Prozesses simultan aufgenommen und abgespeichert werden sollen, ist dies derzeit allenfalls mit einem Fluoreszenzmikroskop in Verbindung mit einer Farbkamera möglich, falls es für die verwendeten unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffe einen einzigen geeigneten Strahlteiler-Filter gibt, welche in der Lage ist, lediglich das Fluoreszenzlicht der unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffe zu der Detektionseinrichtung durchzulassen und das jeweilige Anregungslicht nicht zur Detektionseinrichtung gelangen zu lassen. Mit einem solchen so genannten Dual- oder Tripple-Band-Filter ist man jedoch auf der bio-medizinischen Anwendungsseite auf wenige Fluoreszenzfarbstoffe festgelegt, so dass einige Experimente auf Grund dieser Limitation überhaupt nicht möglich sind. Die Strahlengänge dieser einzelnen Fluoreszenzkanäle verlaufen koaxial und werden mit ein und derselben aktiven Detektorfläche detektiert.Especially in fluorescence microscopy, individual object areas are specifically marked with several different fluorescence markers. The fluorescent markers are, in particular, molecule building blocks provided with fluorescent dyes which specifically attach to complementary object areas and thus mark these object areas with the corresponding fluorescent dye. Accordingly, to make the specifically marked object areas visible, the fluorescent dyes must be illuminated with light of a suitable wavelength, and the fluorescent light must preferably be supplied to the detection means without the excitation light. If individual object areas with several different fluorescence markers or fluorescent dyes are to be specifically marked and these are to be simultaneously recorded and stored for documentation of the dynamic process, this is currently possible with a fluorescence microscope in conjunction with a color camera, if it is for the different fluorescent dyes used there is a single suitable beam splitter filter which is capable of transmitting only the fluorescent light of the different fluorescent dyes to the detection device and not allowing the respective excitation light to reach the detection device. With such a so-called dual or triple-band filter, however, one is limited to a few fluorescent dyes on the bio-medical application side, so that some experiments are not possible at all due to this limitation. The beam paths of these individual fluorescence channels are coaxial and are detected with one and the same active detector surface.
Daher verfolgt der optische Aufbau gemäß der
Unter einer bildfeldweisen Objektdetektion bei einem Mikroskop in diesem Zusammenhang und insbesondere im Sinn der vorliegenden Erfindung ist zu verstehen, dass der Abbildungsstrahlengang in Form eines Weitfeld-Abbildungsstrahlengangs ausgebildet ist. Mit anderen Worten werden von dem Objekt zweidimensionale Bilder erzeugt und/oder detektiert.An image field-wise object detection in a microscope in this context and in particular in the sense of the present invention is to be understood that the imaging beam path is in the form of a wide-field imaging beam path. In other words, two-dimensional images are generated and / or detected by the object.
Der aus der
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, mit welchem eine simultane Detektion dynamischer Prozesse eines mit dem Mikroskop untersuchten Objekts mit einfacheren Mitteln und verbesserten Detektionseigenschaften möglich ist.The present invention is therefore based on the object of specifying and developing a microscope of the type mentioned above, with which a simultaneous detection of dynamic processes of an object examined by the microscope with simpler means and improved detection properties is possible.
Das erfindungsgemässe Mikroskop der eingangs genannten Art löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.The inventive microscope of the type mentioned solves the above problem by the features of
Erfindungsgemäss ist zunächst erkannt worden, dass die eingangs genannten dynamischen Prozesse in relativ einfacher und unaufwendiger Weise dokumentiert werden können, wenn die hierfür erforderlichen Ablenkmittel unmittelbar in den Strahlengang des Mikroskops integriert werden und hierbei keine weitere optische Abbildung vorzusehen. Hierdurch sind in ganz besonders vorteilhafter Weise weniger optische Komponenten in dem Abbildungsstrahlengang vorzusehen, was einerseits eine Reduzierung der Herstellungskosten und andererseits einen reduzierten Justageaufwand mit sich bringt, da weniger Komponenten aufeinander zu justieren sind. Weiterhin treten durch die reduzierte Anzahl der optischen Komponenten weniger Lichtverluste, Abbildungsfehler und/oder (Mehrfach)-Reflexionen an Grenzflächen im Abbildungsstrahlengang auf, so dass eine erhöhte Detektionseffizienz bei verbesserten Abbildungseigenschaften erzielbar ist. Dies ist insbesondere bei in der Regel schwachen Fluoreszenzlichtsignalen von grossem Vorteil. In erfindungsgemässer Weise ist daher keine zusätzliche optische Abbildung vorgesehen, um das von den zwei Ablenkmitteln abgelenkte Licht mit der Detektionseinrichtung zu detektieren. Unter einer Vermeidung einer weiteren oder zusätzlichen Abbildung im Sinn der vorliegenden Erfindung ist insbesondere zu verstehen, dass das von einem Ablenkmittel bzw. das von den zwei Ablenkmitteln abgelenkte Licht unter Umständen mit strahlformenden optischen Mitteln (z. B. Linsen) formbar ist. Es ist allerdings kein optisches Mittel vorgesehen, welches ausgehend von dem herkömmlichen bzw. bestehenden Strahlengang des Mikroskops ein weiteres reales Bild bzw. Zwischenbild erzeugt, um das von den zwei Ablenkmitteln abgelenkte Licht mit der Detektionseinrichtung zu detektieren. Bevorzugt sind daher zwischen den Ablenkmitteln und der mindestens einen Detektionseinrichtung oder ab der Stelle des Strahlengangs, ab welcher der Abbildungsstrahlengang lediglich zur Detektion des von den Ablenkmitteln abgelenkten Lichts dient, keine Mittel zur zusätzlichen optischen Abbildung vorgesehen.According to the invention, it has first been recognized that the dynamic processes mentioned at the outset can be documented in a relatively simple and inexpensive manner if the deflection means required for this purpose are integrated directly into the beam path of the microscope and do not provide any further optical imaging. As a result, fewer optical components can be provided in the imaging beam path in a particularly advantageous manner, which on the one hand entails a reduction of the manufacturing costs and, on the other hand, a reduced adjustment effort, since fewer components have to be adjusted to one another. Furthermore, due to the reduced number of optical components, fewer light losses, aberrations and / or (multiple) reflections occur at interfaces in the imaging beam path, so that increased detection efficiency can be achieved with improved imaging properties. This is of great advantage, in particular with normally weak fluorescent light signals. In accordance with the invention, therefore, no additional optical imaging is provided in order to detect the light deflected by the two deflection means with the detection device. By avoiding further or additional imaging in the sense of the present invention, it is to be understood in particular that under certain circumstances the light deflected by a deflection means or that deflected by the two deflection means can be shaped with beam-shaping optical means (eg lenses). However, no optical means is provided which, starting from the conventional or existing beam path of the microscope, generates a further real image or intermediate image in order to detect the light deflected by the two deflection means with the detection device. Therefore, no means for additional optical imaging are preferably provided between the deflection means and the at least one detection device or from the point of the beam path, from which the imaging beam path only serves to detect the light deflected by the deflection means.
In einer ganz bevorzugten Ausführungsform weicht die erste Richtung, unter welcher ein Teil des Abbildungslichts mit dem ersten Ablenkmittel aus dem Abbildungsstrahlengang abgelenkt wird, von der zweiten Richtung, unter welcher ein weiterer Teil des Abbildungslichts mit dem zweiten Ablenkmittel aus dem Abbildungsstrahlengang abgelenkt wird, ab. Im Konkreten könnten die zwei Ablenkmittel das Licht in die erste und die zweite Richtung im Wesentlichen in eine Raumrichtung abgelenkt werden, wobei die zwei Richtungen jedoch gegeneinander einen Winkel aufweisen, welcher wenige Grad aufweist, z. B. 0,5 Grad bis 5 Grad.In a very preferred embodiment, the first direction, under which part of the imaging light is deflected out of the imaging beam path with the first deflection means, deviates from the second direction, under which a further part of the imaging light is deflected with the second deflection means out of the imaging beam path. Specifically, the two deflection means could deflect the light in the first and second directions substantially in a spatial direction, but the two directions have an angle with each other which is a few degrees, e.g. B. 0.5 degrees to 5 degrees.
In Abhängigkeit der jeweiligen bio-medizinischen Anwendung kann es erforderlich sein, mehr als lediglich zwei Teile des Abbildungslichts simultan zu detektieren. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens ein weiteres Ablenkmittel vorgesehen, mit welchem ein weiterer Teil des Abbildungslichts aus dem Abbildungsstrahlengang in eine weitere Richtung ablenkbar ist.Depending on the particular bio-medical application, it may be necessary to simultaneously detect more than just two parts of the imaging light. Therefore, in a preferred embodiment, at least one further deflection means is provided with which a further part of the imaging light can be deflected from the imaging beam path in another direction.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das von den Ablenkmitteln abgelenkte Licht von einer Detektionseinrichtung detektiert. Grundsätzlich ist es möglich, das von den zwei Ablenkmitteln abgelenkte Licht mit jeweils einer Detektionseinheit der Detektionseinrichtung getrennt zu detektieren, beispielsweise mit einer Kamera, welche zwei nebeneinander angeordnete CCD-Chips aufweist. Bevorzugt wird allerdings das von den Ablenkmitteln abgelenkte Licht lediglich von einer Detektionseinrichtung detektiert. Dies könnte mit einem Chip einer in Form einer CCD-Kamera ausgebildeten Detektionseinrichtung erfolgen.In a preferred embodiment, the light deflected by the deflection means is detected by a detection device. In principle, it is possible to separately detect the light deflected by the two deflection means, in each case with a detection unit of the detection device, for example with a camera which has two CCD chips arranged next to one another. However, the light deflected by the deflecting means is preferably only detected by a detection device. This could be done with a chip formed in the form of a CCD camera detection device.
Das von den Ablenkmitteln abgelenkte Abbildungslicht ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform von der Detektionseinrichtung jeweils räumlich getrennt voneinander detektierbar. So wird das von dem ersten Ablenkmittel abgelenkten Licht mit der Detektionseinrichtung flächig bzw. zweidimensional detektiert. Das von dem zweiten Ablenkmittel abgelenkte Licht wird mit der Detektionseinrichtung ebenfalls flächig bzw. zweidimensional detektiert, wobei die beiden flächigen Bereiche sich nicht oder allenfalls nur unwesentlich (z. B. an einem Randbereich) räumlich überlappen und aneinander angrenzen können.The imaging light deflected by the deflection means is in each case spatially separated from each other detectable by the detection device according to a preferred embodiment. Thus, the light deflected by the first deflection means is detected with the detection device two-dimensionally or two-dimensionally. The light deflected by the second deflection means is also detected with the detection device in a planar or two-dimensional manner, wherein the two area areas are not or at most only insignificantly (eg on a Border area) spatially overlap and can adjoin one another.
Die Detektionseinrichtung könnte eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera aufweisen. Die Kamera könnte einen aktiven Detektionsbereich mit einer Diagonalen von 1 Zoll bis 1/4 Zoll aufweisen, wobei der aktive Detektionsbereich auch nur 0,5 Zoll bis 0,125 Zoll aufweisen könnte, da der CCD-Chip am Randbereich weitere Elektronik aufweisen kann, dort jedoch keinen aktiven Detektionsbereich aufweist.The detection device could comprise a CCD camera or a CMOS camera. The camera could have an active detection area with a diagonal of 1 inch to 1/4 inch, and the active detection area could be as small as 0.5 inch to 0.125 inch since the CCD chip may have other electronics at the periphery, but none there having active detection area.
Das erste und/oder das zweite Ablenkmittel könnte einen Strahlteiler aufweisen. Als Strahlteiler könnte in Abhängigkeit des angestrebten Mikroskopieverfahrens ein Polarisationsstrahlteiler oder ein wellenlängenselektiver Strahlteiler vorgesehen sein. Falls eine polarisationsmikroskopische Anwendung durchgeführt wird, könnte der Strahlteiler einen Polarisationsstrahlteiler aufweisen.The first and / or the second deflection means could comprise a beam splitter. Depending on the desired microscopy method, a polarization beam splitter or a wavelength-selective beam splitter could be provided as a beam splitter. If a polarization microscopic application is performed, the beam splitter could comprise a polarization beam splitter.
Falls eine fluoreszenzmikroskopische Anwendung durchgeführt wird, könnte der wellenlängenselektive Strahlteiler derart ausgebildet sein, dass mindestens ein vorgebbarer Wellenlängenbereich des Lichts reflektierbar und ein hiervon sich unterscheidender, vorgebbarer weiterer Wellenlängenbereich des Lichts transmittierbar ist. Der wellenlängenselektive Strahlteiler könnte in herkömmlicher Weise eine beschichtete Glasplatte aufweisen, wobei angestrebt ist, den so genannten Cross-Talk zu minimieren. Der Cross-Talk ist dann minimiert, wenn das Anregungslicht nahezu vollständig aus dem Abbildungsstrahlengang ausgeblendet bzw. abgeblockt wird und das Fluoreszenzlicht nahezu vollständig zur Detektionseinheit geleitet wird. Auch das Anregungs- und Fluoreszenzlicht anderer Fluoreszenzfarbstoffe sollten ebenfalls von dem wellenlängenselektiven Strahlteiler aus dem Abbildungsstrahlengang ausgeblendet werden, so dass lediglich Fluoreszenz- bzw. Abbildungslicht des gewünschten Fluoreszenzfarbstoffs mit der Detektionseinrichtung detektiert wird.If a fluorescence microscopic application is carried out, the wavelength-selective beam splitter could be designed in such a way that at least one predeterminable wavelength range of the light is reflectable and a further, specifiable, further wavelength range of the light can be transmitted. The wavelength-selective beam splitter could conventionally comprise a coated glass plate, with the aim of minimizing so-called cross-talk. The cross-talk is then minimized when the excitation light is almost completely faded out or blocked out of the imaging beam path and the fluorescent light is conducted almost completely to the detection unit. Also, the excitation and fluorescent light of other fluorescent dyes should also be hidden from the wavelength-selective beam splitter from the imaging beam path, so that only fluorescent or imaging light of the desired fluorescent dye is detected with the detection device.
In einer konkreten Ausbildungsform könnte das erste Ablenkmittel an einem Prisma angeordnet sein, beispielsweise in Form einer mit einer Beschichtung versehenen Grenzschicht des Prismas. Das zweite Ablenkmittel könnte an einer Keilplatte oder an einem weiteren Prisma angeordnet sein, wobei die Keilplatte zwischen dem ersten Ablenkmittel und der Detektionseinrichtung angeordnet sein könnte. Damit die erste Richtung sich von der zweiten Richtung unterscheidet könnte die Keilplatte oder das weitere Prisma nicht parallel verlaufende Oberflächen aufweisen. An der einen Oberfläche der Keilplatte könnte das zweite Ablenkmittel vorgesehen sein, nämlich ebenfalls in Form einer mit einer Beschichtung versehenen Oberfläche. Alternativ könnte das erste und das zweite Ablenkmittel allein durch eine Keilplatte oder ein entsprechendes Prisma gebildet sein, wobei die beiden im Strahlengang angeordneten Oberflächen jeweils mit einer spezifischen Beschichtung versehen sind.In a specific embodiment, the first deflection means could be arranged on a prism, for example in the form of a boundary layer of the prism provided with a coating. The second deflection means could be arranged on a wedge plate or on another prism, wherein the wedge plate could be arranged between the first deflection means and the detection device. In order for the first direction to be different from the second direction, the wedge plate or the further prism could have non-parallel surfaces. On one surface of the wedge plate, the second deflection means could be provided, namely also in the form of a surface provided with a coating. Alternatively, the first and the second deflection means could be formed solely by a wedge plate or a corresponding prism, wherein the two surfaces arranged in the beam path are each provided with a specific coating.
Das erste und/oder das zweite Ablenkmittel könnte einen Reflektor aufweisen. Insbesondere wenn das erste Ablenkmittel als Fluoreszenzstrahlteiler ausgebildet ist kann es zweckmäßig sein, dass das zweite Ablenkmittel einen Reflektor aufweist. Falls dann beide Ablenkmittel im Abbildungsstrahlengang des Mikroskops vorgesehen sind, kann in Abhängigkeit des gesamten Strahlengangs des Mikroskops das Objekt während der Detektion mit der Detektionseinrichtung nicht mit dem Okular beobachtet werden.The first and / or the second deflection means could comprise a reflector. In particular, if the first deflection means is designed as a fluorescence beam splitter, it may be expedient for the second deflection means to have a reflector. If both deflection means are then provided in the imaging beam path of the microscope, the object can not be observed with the eyepiece during detection with the detection device as a function of the entire beam path of the microscope.
Eine solche Konfiguration könnte auch bei Polarisationsanwendungen vorteilhaft sein. Dann könnte das erste Ablenkmittel einen Polarisationsstrahlteiler und das zweite Ablenkmittel einen Reflektor aufweisen. Das erste Ablenkmittel könnte in diesem Fall zwischen dem zweiten Ablenkmittel und der Detektionseinrichtung angeordnet sein.Such a configuration could also be advantageous in polarization applications. Then, the first deflection means could comprise a polarization beam splitter and the second deflection means could comprise a reflector. The first deflection means could in this case be arranged between the second deflection means and the detection device.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die zwei Ablenkmittel beabstanded von einer Zwischenbildebene im Abbildungsstrahlengang angeordnet sind. So könnten die zwei Ablenkmittel in einem Bereich des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein, in welchem der Strahlengang kollimiert oder konvergierend bzw. divergierend ausgebildet ist. Obwohl grundsätzlich die zwei Ablenkmittel auch in unmittelbarer Nähe einer Zwischenbildebene des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein könnten, wird dies jedoch nicht bevorzugt.In a very particularly preferred embodiment, the two deflection means are arranged spaced apart from an intermediate image plane in the imaging beam path. Thus, the two deflection means could be arranged in a region of the imaging beam path in which the beam path is collimated or converging or divergent. Although in principle the two deflection means could also be arranged in the immediate vicinity of an intermediate image plane of the imaging beam path, this is not preferred.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind das erste und/oder das zweite Ablenkmittel in einem Bereich des Abbildungsstrahlengangs angeordnet, in welchem üblicherweise ein Strahlteiler des Mikroskops angeordnet ist. Ein solcher Bereich des Abbildungsstrahlengangs könnte dort sein, wo üblicherweise ein Neutral-, Fluoreszenz-, Polarisationsstrahlteiler oder ein Reflektor angeordnet ist. In kommerziell erhältlichen Mikroskopen sind solche Strahlteiler bzw. Reflektoren in Filterschiebern oder Filterrädern angeordnet. So kann an einer solchen Stelle ein Reflektor oder ein Neutral-Strahlteiler reversibel in den Strahlengang eingebracht werden, um nämlich das Abbildungslicht vollständig oder zu einem entsprechenden Anteil (abhängig von den Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften des Neutral-Strahlteilers) in Richtung des Dokumentationsports des Mikroskops zu leiten, wobei bei der Verwendung eines geeigneten Neutral-Strahlteilers ein Anteil auch zu dem Okular und somit zur visuellen Beobachtung durch einen Mikroskopbediener geleitet wird. Daher können die zwei Ablenkmittel in einen Filterschieber bzw. in ein Filterrad integriert werden und – in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Filterschiebers bzw. Filterrads – reversibel in den Abbildungsstrahlengang eingebracht werden. Hierdurch kann in ganz besonders vorteilhafter Weise zwischen einem herkömmlichen Mikroskopmodus und einem Mikroskopmodus mit einer simultanen Detektion mehreren Weitfeldbilder umgeschaltet werden, wodurch das erfindungsgemäße Mikroskop vielseitig für die speziellen Life-Sicence Anwendungen genutzt werden kann.In a very particularly preferred embodiment, the first and / or the second deflection means are arranged in a region of the imaging beam path in which a beam splitter of the microscope is usually arranged. Such an area of the imaging beam path could be where usually a neutral, fluorescence, polarization beam splitter or a reflector is arranged. In commercially available microscopes, such beam splitters or reflectors are arranged in filter slides or filter wheels. Thus, at such a point, a reflector or a neutral beam splitter can be reversibly introduced into the beam path, namely the imaging light completely or in a corresponding proportion (depending on the reflection or transmission properties of the neutral beam splitter) in the direction of the documentation of the microscope with the use of a suitable neutral beam splitter, a portion is also directed to the eyepiece and thus for visual observation by a microscope operator. Therefore, the two deflection means can be integrated in a filter slide or in a filter wheel and - Design of the filter slide or filter wheel - are reversibly introduced into the imaging beam path. As a result, in a particularly advantageous manner, a plurality of wide field images can be switched between a conventional microscope mode and a microscope mode with simultaneous detection, as a result of which the microscope according to the invention can be used in a versatile manner for the special life-care applications.
Ganz besonders bevorzugt ist daher vorgesehen, dass das von dem ersten und/oder dem zweiten Ablenkmittel abgelenkte Licht zu einen Dokumentationsabgang bzw. Dokumentationsport des Mikroskops abgelenkt wird. An diesem Dokumentationsport mit einer in der Regel genormten Anbauschnittstelle könnte eine CCD-Kamera adaptiert werden, mit welcher simultan zwei bzw. mehrere Weitfeldbilder ein und desselben Objekts detektiert werden können.It is therefore very particularly preferable for the light deflected by the first and / or the second deflection means to be deflected to a documentation exit or documentation port of the microscope. At this documentation port with a generally standardized attachment interface, a CCD camera could be adapted, with which simultaneously two or more wide-field images of the same object can be detected.
Wie bereits angedeutet, könnte das erste und/oder das zweite Ablenkmittel an einem Filterschieber oder an einem Filterhalterrad angeordnet sein. Mit dem Filterschieber bzw. Filterrad könnten entweder motorisch oder manuell die darin bestückten Komponenten jeweils in den Abbildungsstrahlengang verbringbar sein. Falls zumindest eines der beiden Ablenkmittel motorisch in den Abbildungsstrahlengang einbringbar ist, könnten in Abhängigkeit des Motorisierungsgrads des Mikroskops auch noch weitere Komponenten motorisch aktivierbar bzw. deaktivierbar sein, um nämlich bei einer entsprechend bedienergesteuerten Anwahl die erforderlichen und richtigen Strahlteiler, Fluoreszenzfilter und/oder Polarisationsfilter in dem Strahlengang des Mikroskops zu positionieren.As already indicated, the first and / or the second deflection means could be arranged on a filter slide or on a filter holder wheel. The filter slide or filter wheel could be used either in the imaging beam path, either mechanically or manually, for the components fitted therein. If at least one of the two deflection means can be introduced into the imaging beam path by motor, depending on the degree of motorisation of the microscope, further components could be motor-activated or deactivated, namely with a correspondingly operator-controlled selection of the required and correct beam splitters, fluorescence filters and / or polarization filters to position the beam path of the microscope.
Wie bereits angedeutet, könnte das erste und/oder das zweite Ablenkmittel grundsätzlich in einem kollimierten oder in einem konvergierenden bzw. divergierenden Bereich des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein. Falls das erste und/oder das zweite Ablenkmittel in einem kollimierten Bereich des Abbildungsstrahlengangs angeordnet ist, gestaltet sich eine Detektion des von dem bzw. den Ablenkmitteln abgelenkten Lichts in vorteilhafter Weise relativ einfach. In diesem Fall sind nämlich in den meisten Fällen keine zusätzlichen strahlformenden Mittel erforderlich, da auch nach der Ablenkung des Lichts durch ein Ablenkmittel noch ein kollimierter Strahlengang vorliegt. Unter Umständen kann es erforderlich sein, ein den Strahldurchmesser anpassendes optisches Mittel oder eine Fokussiereinrichtung vorzusehen, mit welchem das von dem Ablenkmittel abgelenkte Licht auf die Detektionseinrichtung fokussierbar ist. Dies könnte beispielsweise mit einer zwischen den zwei Ablenkmitteln und der Detektionseinrichtung angeordneten Tubuslinse erfolgen. In vergleichbarer Weise trifft dies den Fall zu, in welchem der Abbildungsstrahlengang zumindest teilweise einen Unendlich-Strahlengang aufweist, in welchem das erste und/oder das zweite Ablenkmittel angeordnet sind.As already indicated, the first and / or the second deflection means could in principle be arranged in a collimated or in a converging or diverging region of the imaging beam path. If the first and / or the second deflection means are arranged in a collimated region of the imaging beam path, detection of the light deflected by the deflection means or devices is advantageously relatively simple. In this case, in most cases, no additional beam-shaping means are required because even after the deflection of the light by a deflection means is still a collimated beam path. Under certain circumstances, it may be necessary to provide a beam diameter-adjusting optical means or a focusing device, with which the deflected by the deflection means light can be focused on the detection device. This could be done, for example, with a tube lens arranged between the two deflection means and the detection device. In a comparable manner this applies to the case in which the imaging beam path has at least partially an infinity beam path in which the first and / or the second deflection means are arranged.
In dem anderen Fall könnte das erste und/oder das zweite Ablenkmittel in einem konvergierenden oder divergierenden Bereich des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein. Falls das erste und/oder das zweite Ablenkmittel reversibel in den Abbildungsstrahlengang eingebracht wird, beispielsweise mit Hilfe eines entsprechenden Filterschiebers, so wäre auch zweckmäßigerweise eine zwischen den Ablenkmitteln und der Detektionseinrichtung anzuordnende Tubuslinse oder ein anderes Fokussiermittel ebenfalls reversibel und bevorzugt mit den zwei Ablenkmitteln in den Abbildungsstrahlengang einzubringen.In the other case, the first and / or the second deflection means could be arranged in a converging or divergent region of the imaging beam path. If the first and / or the second deflection means is reversibly introduced into the imaging beam path, for example with the aid of a corresponding filter slide, a tube lens or another focusing means to be arranged between the deflection means and the detection device would also be reversible and preferably with the two deflection means in FIGS To introduce imaging beam path.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein strahlformendes Mittel vorgesehen, welches einem Ablenkmittel im Abbildungsstrahlengang vor- und/oder nachgeordnet ist. Mit dem strahlformenden Mittel kann der Strahlenverlauf von einem konvergierenden oder divergierenden zu einem kollimierten Strahlenverlauf umgewandelt werden, vorausgesetzt, es weist entsprechende Eigenschaften auf. Es ist auch denkbar, mit dem strahlformenden Mittel den Strahlenverlauf von einem kollimierten zu einem konvergierenden oder divergierenden Strahlenverlauf umzuwandeln, falls dies für die konkrete Ausbildung des Abbildungsstrahlengangs erforderlich sein sollte. Mit dem strahlformenden Mittel wird jedoch keine optische Abbildung in dem Sinn bewirkt, dass damit ein reales Bild bzw. Zwischenbild erzeugt wird.According to a preferred embodiment, at least one beam-shaping means is provided, which is arranged before and / or downstream of a deflection means in the imaging beam path. With the beam-shaping means, the beam path can be converted from a converging or divergent to a collimated beam path, provided it has corresponding properties. It is also conceivable to use the beam-shaping means to convert the beam path from a collimated to a converging or diverging beam path, if this is necessary for the specific design of the imaging beam path. With the beam-shaping means, however, no optical imaging is effected in the sense that a real image or intermediate image is thereby produced.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Blende bzw. eine Leuchtfeldblende oder eine Luke vorgesehen, welche im Beleuchtungsstrahlengang oder in einer Zwischenbildebene im Abbildungsstrahlengang angeordnet ist. Die Blende könnte eine rechteckförmige, quadratische oder runde Apertur bzw. Durchlass aufweisen und dem entsprechenden Strahlengang eine entsprechende Form aufprägen. Falls die Blende im Beleuchtungsstrahlengang vorgesehen ist, ist es zweckmäßig diese an einer Stelle anzuordnen, wo sich eine zur Fokusebene des Objektivs korrespondierende Ebene befindet. Sollte die Blende im Abbildungsstrahlengang vorgesehen sein, könnte diese beispielsweise an einer Zwischenbildebene angeordnet sein, wobei die Zwischenbildebene ebenfalls zur Fokusebene des Objektivs korrespondiert. Mit der Blende sollte insbesondere bezweckt werden, dass die bildfeldseitige Größe eines Bildes, welches auf Grund der Ablenkung des ersten und/oder des zweiten Ablenkmittels an der Detektionseinrichtung erzeugbar ist, begrenzbar ist. Somit ist es beispielsweise möglich, die von den zwei Ablenkmitteln erzeugten Bilder nebeneinander auf einem CCD-Chip einer in Form einer CCD-Kamera ausgebildeten Detektionseinrichtung nebeneinander und ohne sich überlappende Bildbereiche abzubilden.Most preferably, a diaphragm or a field diaphragm or a hatch is provided, which is arranged in the illumination beam path or in an intermediate image plane in the imaging beam path. The diaphragm could have a rectangular, square or round aperture or passage and impress a corresponding shape on the corresponding beam path. If the diaphragm is provided in the illumination beam path, it is expedient to arrange it at a location where there is a plane corresponding to the focal plane of the objective. Should the diaphragm be provided in the imaging beam path, this could be arranged, for example, at an intermediate image plane, wherein the intermediate image plane likewise corresponds to the focal plane of the objective. The aim of the diaphragm is, in particular, to limit the image field-side size of an image, which can be generated on the detection device due to the deflection of the first and / or the second deflection means. Thus, it is possible, for example, the images generated by the two deflection means side by side on a CCD chip in the form of a CCD camera Detection device side by side and without mapping overlapping image areas.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Detektionseinrichtung derart ausgebildet, dass mit ihr innerhalb kurzer Zeit viele Objektbilder aufnehmbar und abspeicherbar sind. Somit können auch zeitkritische Beobachtungen von Vorgängen an dem Objekt dokumentiert werden. Dementsprechend ist eine den Detektionseinrichtung auszuwählen, welche in der Lage ist einerseits in der geforderten zeitlichen Auflösung Bilddaten detektieren und auslesen bzw. abspeichern zu können und andererseits eine geeignete Empfindlichkeit aufweist, so dass die detektierten Bilddaten auch einen ausreichenden Dynamikbereich aufweisen, bevorzugt 8 bis 16 Bit pro Pixel.According to a particularly preferred embodiment, the detection device is designed such that with it within a short time many object images can be recorded and stored. Thus, time-critical observations of events on the object can be documented. Accordingly, one must select the detection device which is able to detect and read or store image data on the one hand in the required temporal resolution and on the other hand has a suitable sensitivity, so that the detected image data also have a sufficient dynamic range, preferably 8 to 16 bits per pixel.
Das erfindungsgemäße Mikroskop weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen Betriebszustand auf, in welchem das Abbildungslicht mit den zwei Ablenkmitteln detektierbar ist. Es weist darüber hinaus auch einen weiteren Betriebszustand auf, in welchem das Abbildungslicht auf herkömmliche Weise detektierbar ist. Wie bereits oben angedeutet, kann zwischen den zwei Betriebszuständen hin und her geschaltet werden, wenn die zwei Ablenkmittel reversibel in den Abbildungsstrahlengang eingebracht werden können, beispielsweise mit Hilfe eines Filterschiebers. Hier ist es auch denkbar, dass beide Betriebszustände simultan angewendet werden können, falls nämlich die zwei Ablenkmittel lediglich einen Teil des Abbildungslichts in Richtung der Detektionseinrichtung ablenken und der verbleibende Teil zum Okular und somit zur visuellen Beobachtung durch einen Bediener gelangt. In diesem Fall kann der Bediener einerseits das Experiment im Okular beobachten und erforderlichenfalls Einstellungen am Mikroskop anpassen (beispielsweise etwas Fokussieren oder das Objekt mit dem Mikroskoptisch lateral Verschieben). Andererseits wird mit der Detektionseinrichtung der Verlauf des Experiments detektiert bzw. dokumentiert.In a preferred embodiment, the microscope according to the invention has an operating state in which the imaging light can be detected by the two deflection means. It also has a further operating state in which the imaging light can be detected in a conventional manner. As already indicated above, it is possible to switch back and forth between the two operating states if the two deflection means can be reversibly introduced into the imaging beam path, for example with the aid of a filter slide. Here it is also conceivable that both operating states can be applied simultaneously, namely, if the two deflecting deflect only a portion of the imaging light in the direction of the detection device and the remaining part of the eyepiece and thus for visual observation by an operator passes. In this case, on the one hand, the operator can observe the experiment in the eyepiece and, if necessary, adjust settings on the microscope (for example, slightly focusing or moving the object laterally with the microscope stage). On the other hand, the course of the experiment is detected or documented with the detection device.
Das Mikroskop kann grundsätzlich einen aufrechten oder einen inversen Mikroskopaufbau aufweisen. Da bei den eingangs genannten Life-Science-Experimenten üblicherweise Mikromanipulatoren und/oder Mikroinjektoren eingesetzt werden, scheint ein inverser Mikroskopaufbau für diesen Anwendungsbereich zweckmäßiger. Jedenfalls kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop um ein Mikroskop mit einem herkömmlichen Stativ handelten, wobei eine für die jeweilige Anwendung geeignete Lichtquelle in das Mikroskop einkoppelbar bzw. an dem Mikroskopstativ adaptiert ist.The microscope can basically have an upright or inverse microscope construction. Since micromanipulators and / or microinjectors are usually used in the abovementioned life science experiments, an inverted microscope setup for this area of application seems more appropriate. In any case, the microscope according to the invention may be a microscope with a conventional tripod, wherein a light source suitable for the respective application can be coupled into the microscope or adapted to the microscope stand.
Üblicherweise wird die Abbildungsoptik zumindest ein Mikroskopobjektiv aufweisen. In der Regel könnte eine Tubuslinse vorgesehen sein, welche hinsichtlich der Abbildungseigenschaften auf die Abbildungseigenschaften des Mikroskopobjektivs angepasst ist. Dies ist insbesondere bei einem Strahlengang eines derzeit auf dem Markt erhältlichen Forschungsmikroskops mit einem so genannten Unendlich-Strahlengang der Fall, wo das Objektiv bildseitig einen im Wesentlichen parallel verlaufenden kollimierten Strahlengang aufweist. Mit der dem Mikroskopobjektiv im Abbildungsstrahlengang nachgeordneten Tubuslinse wird ein Zwischenbild erzeugt, welches mit einem Okular betrachtet werden kann.Usually, the imaging optics will have at least one microscope objective. In general, a tube lens could be provided, which is adapted with regard to the imaging properties of the imaging properties of the microscope objective. This is the case in particular in the case of a beam path of a research microscope currently available on the market with a so-called infinity beam path, where the objective has a collimated beam path running substantially parallel to the image. With the tube lens downstream of the microscope objective in the imaging beam path, an intermediate image is generated, which can be viewed with an eyepiece.
Eine optische Anordnung, die in einen Strahlengang eines Mikroskops, insbesondere eines Polarisations- oder Fluoreszenzmikroskops, einbringbar ist, umfasst ein erstes Ablenkmittel und ein relativ zu dem ersten Ablenkmittel ortsfest angeordnetes zweites Ablenkmittel. Mit dem ersten Ablenkmittel ist ein Teil des Abbildungslichts in eine erste Richtung und in Richtung einer Detektionseinrichtung des Mikroskops ablenkbar. Mit dem zweiten Ablenkmittel ist ein weiterer Teil des Abbildungslichts in eine zweite Richtung und in Richtung der Detektionseinrichtung des Mikroskops ablenkbar. Die erste Richtung weicht von der zweiten Richtung ab bzw. unterscheidet sich hiervon. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind derart gewählt, dass das von den zwei Ablenkmitteln abgelenkte Licht jeweils räumlich getrennt voneinander mit der Detektionseinrichtung detektierbar ist.An optical arrangement, which can be introduced into a beam path of a microscope, in particular a polarization or fluorescence microscope, comprises a first deflection means and a second deflection means arranged fixedly relative to the first deflection means. With the first deflection means, a part of the imaging light can be deflected in a first direction and in the direction of a detection device of the microscope. With the second deflection means, a further part of the imaging light can be deflected in a second direction and in the direction of the detection device of the microscope. The first direction differs from or differs from the second direction. The first direction and the second direction are selected such that the light deflected by the two deflection means is detectable spatially separated from one another by the detection device.
In ganz besonders vorteilhafter Weise kann also ein bereits in einem Labor installiertes Mikroskop zu einem erfindungsgemäßen Mikroskop aufgerüstet werden, falls nämlich eine optische Anordnung in das Mikroskop integriert bzw. adaptiert werden kann. Unter Umständen ist es sogar möglich, mit einer bereits an dem herkömmlichen Mikroskop vorgesehenen CCD-Kamera (die dann die Funktion der Detektionseinrichtung ausübt) auch die Bilder zu detektieren, welche durch das Ablenken mit den zwei Ablenkmitteln erzeugt werden können. Insoweit stellt die optische Anordnung einen kostengünstigen Aufrüstsatz bzw. Option dar, mit welchem ein herkömmliches Mikroskop zu einem erfindungsgemäßen Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 23 nachgerüstet werden kann. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen hinsichtlich der hierzu erforderlichen Bauteile, nämlich insbesondere des ersten und des zweiten Ablenkmittels, auf den vorangegangenen Teil der Beschreibung verwiesen.In a particularly advantageous manner, therefore, a microscope already installed in a laboratory can be upgraded to a microscope according to the invention, namely if an optical arrangement can be integrated or adapted into the microscope. Under certain circumstances, it is even possible to detect with an already provided on the conventional microscope CCD camera (which then performs the function of the detection device) and the images that can be generated by the deflection with the two deflection means. In that regard, the optical arrangement represents a cost-effective upgrade kit or option with which a conventional microscope can be retrofitted to a microscope according to any one of
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen jeweils in einer schematischen DarstellungThere are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to the claims subordinate to claim 1 and on the other hand to refer to the following explanation of the preferred embodiments of the invention with reference to the drawings. In conjunction with the explanation of the preferred embodiments of the invention with reference The drawing also generally preferred embodiments and developments of the teaching are explained. In the drawing, in each case in a schematic representation
Gleiche oder ähnliche Bauteile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In
Zunächst wird kurz auf den Strahlengang des Mikroskops
Dementsprechend erstreckt sich der Beleuchtungsstrahlengang
In den Abbildungsstrahlengang
Erfindungsgemäß ist das von den Ablenkmitteln
Obwohl in
Nun könnte das zweite Ablenkmittel
Obwohl in
Ganz besonders bevorzugt sind das erste und das zweite Ablenkmittel
In
Lediglich schematisch ist durch das Bezugszeichen
In
Mit den Bezugszeichen
In der ersten Zwischenbildebene
In
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Mikroskopmicroscope
- 22
- Bereich des Strahlengangs mit gegenüber einem herkömmlichen Mikroskop modifizierter optischer AnordnungArea of the beam path with respect to a conventional microscope modified optical arrangement
- 33
- Lichtquellelight source
- 44
- Kondensoroptikcondenser
- 55
- Objektebeneobject level
- 66
- Objektivlens
- 77
- Linselens
- 88th
- Spiegelmirror
- 99
- erstes Zwischenbildfirst intermediate picture
- 1010
- Linselens
- 1111
- Tubuslinsetube lens
- 1212
- zweites Zwischenbildsecond intermediate picture
- 122122
- Tubustube
- 1313
- Auge eines BedienersEye of a server
- 1414
- Spiegelmirror
- 1515
- BeleuchtungsstrahlengangIllumination beam path
- 1616
- AbbildungsstrahlengangImaging beam path
- 1717
- orthoskopische Strahlengangorthoscopic beam path
- 1818
- konoskopische Strahlengangconoscopic beam path
- 19–2219-22
-
Stellen bzw. Bereiche von (
16 ), an welchen (23 ) und (24 ) in (16 ) eingebracht werden könnenPlaces or areas of (16 ), on which (23 ) and (24 ) in (16 ) can be introduced - 2323
- erstes Ablenkmittelfirst deflection means
- 2424
- zweites Ablenkmittelsecond deflection means
- 2525
- erste Richtungfirst direction
- 2626
- zweite Richtungsecond direction
- 2727
- Detektionseinrichtungdetection device
- αα
-
Winkel zwischen (
25 ) und (26 )Angle between (25 ) and (26 ) - 2828
- Keilplattewedge plate
- 2929
-
Richtung zum Tubus von (
1 )Direction to the tube of (1 ) - 3030
- Dokumentationsabgangdocumentation finish
- 3131
- Filterradfilter wheel
- 3232
- erstes strahlformendes Mittelfirst jet-forming agent
- 3333
- zweites strahlformendes Mittelsecond jet-forming agent
- 3434
- Blendecover
- 3535
- optische Anordnungoptical arrangement
- 3636
- NeutralstrahlteilerNeutral beam splitter
Claims (23)
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-
2007
- 2007-09-15 WO PCT/EP2007/059745 patent/WO2008049697A1/en active Application Filing
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