DE102022107721A1 - Illumination for a microscope, microscope with dark field illumination, use for blood testing and method of illuminating a sample - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zur mikroskopischen Beleuchtung, insbesondere zur Dunkelfeldbeleuchtung, ein Mikroskop mit ebendieser Beleuchtungseinrichtung, eine Verwendung zur Blutuntersuchung sowie ein Verfahren zum Beleuchten einer Probe. Dazu sind kegelförmig angeordnete Lichtemitterdioden vorgesehen, die auf einen Kondensorkörper einstrahlen.The invention relates to an illumination device for microscopic illumination, in particular for dark field illumination, a microscope with this illumination device, use for blood testing and a method for illuminating a sample. For this purpose, light emitting diodes arranged in a cone shape are provided, which radiate onto a condenser body.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Durchlichtbeleuchtung für ein Mikroskop mit besonderer Eignung für Dunkelfeldmikroskopie, Fluoreszenzmikroskopie und zur evaneszenten Probenbeleuchtung.The invention relates to transmitted light illumination for a microscope with particular suitability for dark field microscopy, fluorescence microscopy and for evanescent sample illumination.
Stand der TechnikState of the art
Aus
Zur Dunkelfeldbeleuchtung sind Kardioidkondensoren, beispielsweise aus
Aus
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Aus
Aus einer Veröffentlichung der Firma Helmut Hund GmbH sind Verfahren zur Dunkelfeldmikroskopie bekannt und verschiedene Kondensortypen beschrieben (Haus, Jörg; Technische Grundlagen Dunkelfeldmikroskopie, Wetzlar 2008 veröffentlicht unter „https://www.hund.de/images/pdf/Mikroskopie/Dunkelfeldmikroskopie_Naturheilpraktiker_mit_Hund-Logo.pdf“). Aus dieser Veröffentlichung geht hervor, dass Abbe-Kondensoren mit Zentralblende zur Dunkelfeldmikroskopie bei hoher Vergrößerung wegen des schlechten Kontrasts nur bedingt geeignet sind. Das Abblenden des Mikroskopobjektivs bringt zwar eine Kontrastverbesserung, verschlechtert aber die Auflösung. Aus dieser Veröffentlichung sind Nativblutuntersuchungen mittels Dunkelfeldmikroskopie mit herkömmlichen Kondensoren bekannt.Methods for dark field microscopy are known from a publication by the company Helmut Hund GmbH and various types of condenser are described (Haus, Jörg; Technical Basics of Dark Field Microscopy, Wetzlar 2008 published at “https://www.hund.de/images/pdf/Microscopy/Dunkelfeldmicroscope_Naturheilpraktiker_mit_Hund-Logo .pdf”). This publication shows that Abbe condensers with a central aperture are only of limited suitability for dark field microscopy at high magnification because of the poor contrast. Stopping down the microscope objective improves the contrast, but reduces the resolution. From this publication, native blood tests using dark field microscopy with conventional condensers are known.
Aus der Internet Veröffentlichung „https://correctiv.org/faktencheck/2021/12/20/dieses-video-beweist-nicht-dass-in-covid-19-impfstoffen-wuermer-sind-oder-das-blut-von-geimpften-zusammenklebt/“ sind ebenfalls Blutuntersuchungen mittels Dunkelfeldmikroskopie bekannt. Derzeit existiert allerdings noch kein standardisiertes Verfahren zur heparinfreien Kapillarblutpräparation und zur Untersuchung solcher Präparate im Dunkelfeld.From the internet publication “https://correctiv.org/faktencheck/2021/12/20/dieses-video-beweist-nicht-dass-in-covid-19-impfstoffen-wuermer-sind-oder-das-blut-von -vaccinated-glued-together/“ blood tests using dark field microscopy are also known. However, there is currently no standardized method for heparin-free capillary blood preparation and for examining such preparations in the dark field.
Aufgabe der ErfindungTask of the invention
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer preisgünstigen, effizienten Beleuchtungseinrichtung mit Eignung für Dunkelfeldmikroskopie und hoher numerischer Apertur (NA), die Bereitstellung eines solchen Mikroskops, sowie die Angabe eines Verfahrens zu einer solchen Beleuchtung einer Probe.The object of the invention is to provide an inexpensive, efficient illumination device suitable for dark field microscopy and high numerical aperture (NA), to provide such a microscope, and to specify a method for such illumination of a sample.
Lösung der AufgabeSolution to the task
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, ein Mikroskop nach Anspruch 14 und ein Verfahren zur Beleuchtung nach Anspruch 16. Außerdem wird eine Verwendung der Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 17 angegeben.The object is achieved by an illumination device according to
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Beleuchtungseinrichtung ist preisgünstig, erreicht eine hohe NA und ist für Immersionsmikroskopie bei hoher Vergrößerung geeignet. Im Gegensatz zu freistrahlenden Ringlichtanordnungen kann mit der hier vorgestellten Beleuchtungseinrichtung eine NA von über 1 erreicht werden. Außerdem kann sie mit geringer Bauhöhe, ggf. auf dem Mikroskoptisch montierbar, ausgeführt werden. Außerdem können bei dem hier vorgestellten Mikroskop preisgünstige blendenlose Objektive, beispielsweise Immersionsobjektive mit hoher Vergrößerung, beispielsweise 100fach mit NA 1,25, verwendet werden, um Proben im Dunkelfeld beobachten zu können. Die Beleuchtungseinrichtung kann auch für Fluoreszenzmikroskopie und bei entsprechend hoher NA zur evaneszenten Probenbeleuchtung verwendet werden.The illumination device is inexpensive, achieves a high NA and is suitable for immersion microscopy at high magnification. In contrast to unshielded ring light arrangements, an NA of over 1 can be achieved with the lighting device presented here. In addition, it can be designed with a low overall height and can be mounted on the microscope table if necessary. In addition, inexpensive aperture-less lenses, for example immersion lenses with high magnification, for example 100x with NA 1.25, can be used with the microscope presented here in order to be able to observe samples in the dark field. The illumination device can also be used for fluorescence microscopy and, with a correspondingly high NA, for evanescent sample illumination.
BeschreibungDescription
Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit besonderer Eignung zur Dunkelfeldmikroskopie beschrieben.An illumination device according to the invention which is particularly suitable for dark field microscopy is described below.
Die Erfindung beinhaltet eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop, umfassend
- • einen rotationssymmetrischen Kondensorkörper mit einer Symmetrieachse, einer ebenen Lichtaustrittsfläche und mehreren konvexe Lichteintrittsflächen, wobei die Anordnung einer Probe und/oder eines Probenträgers mit einer Probe auf der Lichtaustrittsfläche vorgesehen ist,
- • mehrere Lichtemitterdioden (LED), aus denen jeweils ein Lichtbündel mit einem Zentralstrahl emittierbar ist, wobei die Zentralstrahlen der aus den mehreren Lichtemitterdioden austretenden Lichtbündel in einem jeweils ersten Strahlabschnitt zwischen der Lichtemitterdiode und dem Kondensorkörper auf einem ersten Kegelmantel eines ersten stumpfen Kegels angeordnet sind, und jedem der Lichtbündel jeweils eine der Lichteintrittsflächen zugeordnet ist.
- • a rotationally symmetrical condenser body with an axis of symmetry, a flat light exit surface and several convex ones Light entry surfaces, with the arrangement of a sample and/or a sample carrier with a sample being provided on the light exit surface,
- • a plurality of light emitting diodes (LED), from each of which a light bundle with a central beam can be emitted, the central rays of the light bundles emerging from the plurality of light emitting diodes being arranged in a first beam section between the light emitting diode and the condenser body on a first cone shell of a first truncated cone, and one of the light entry surfaces is assigned to each of the light bundles.
Die Lichteintrittsflächen können die Flächenabschnitte einer gekrümmten Mantelfläche des Kondensorkörpers sein, durch die jeweils das Lichtbündel einer Lichtemitterdiode in den Kondensorkörper eintritt. Die Lichteintrittsflächen können durch Flächenabschnitte getrennt sein, welche nicht zum Lichteintritt vorgesehen sind. Die Lichteintrittsflächen können aber auch miteinander verbunden sein, wenn sich die Lichtbündel benachbarter Lichemitterdioden beim Eintritt in den Kondensorkörper überlappen. Wenn der Kondensorkörper als eine Kugelscheibe (engl. spherical segment, spherical frustum) ausgeformt ist, kann diese Mantelfläche als Kugelzone bezeichnet werden. Wenn der Kondensorkörper als Kugelsegment (engl. spherical dome), was als Spezialfall einer Kugelscheibe betrachtet werden kann, oder speziell als Halbkugel ausgeformt ist, kann diese Mantelfläche als Kugelkappe, auch als Kalotte oder Haube bezeichnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass im englischen Sprachgebrauch der Begriff „spherical segment“ als Kugelscheibe, nicht das Kugelsegment, verstanden werden kann. Ein Kugelsegment oder Kugelabschnitt ist ein Teil eines Kugelkörpers, der durch den Schnitt mit einer Ebene abgetrennt wird. Ein Kugelsegment hat die Form einer Kuppel und besitzt als Grundfläche eine Kreisscheibe. Eine Halbkugel ist ein Sonderfall eines Kugelsegments, bei der die Schnittebene den Kugelmittelpunkt enthält.The light entry surfaces can be the surface sections of a curved lateral surface of the condenser body, through which the light beam of a light emitting diode enters the condenser body. The light entry surfaces can be separated by surface sections which are not intended for light entry. However, the light entry surfaces can also be connected to one another if the light bundles from adjacent light emitter diodes overlap when entering the condenser body. If the condenser body is shaped as a spherical segment (spherical frustum), this lateral surface can be referred to as a spherical zone. If the condenser body is shaped as a spherical segment (spherical dome), which can be viewed as a special case of a spherical disk, or specifically as a hemisphere, this lateral surface can be referred to as a spherical cap, also as a dome or hood. It should be noted that in English usage the term “spherical segment” can be understood as a spherical disk, not the spherical segment. A spherical segment or spherical section is a part of a spherical body that is separated by cutting with a plane. A spherical segment has the shape of a dome and has a circular disk as its base. A hemisphere is a special case of a spherical segment in which the cutting plane contains the center of the sphere.
Die Symmetrieachse kann in einer z-Richtung angeordnet sein. Die z Richtung kann die Richtung eines Beobachtungsstrahlengangs sein. Die optische Achse des Beobachtungsstrahlengangs kann mit der Symmetrieachse zusammenfallen. Senkrecht zur z-Richtung kann man eine x- Richtung und eine y- Richtung definieren, so dass die Richtungen xyz ein kartesisches Koordinatensystem bilden. Die Lichtaustrittsfläche kann als ebene Fläche ausgebildet sein, welche aufgrund der Rotationssymmetrie des Kondensorkörpers senkrecht zu dessen Symmetrieachse angeordnet ist.The axis of symmetry can be arranged in a z-direction. The z direction can be the direction of an observation beam path. The optical axis of the observation beam path can coincide with the axis of symmetry. Perpendicular to the z-direction you can define an x-direction and a y-direction, so that the xyz directions form a Cartesian coordinate system. The light exit surface can be designed as a flat surface, which is arranged perpendicular to its axis of symmetry due to the rotational symmetry of the condenser body.
Aus den Lichtemitterdioden sind Strahlenbündel emittierbar. Wenn man die jeweilige Lichtemitterdiode mit einem elektrischen Betriebsstrom versorgt, kann dann tatsächlich ein Lichtbündel emittiert werden. Als Zentralstrahl kann man den Strahl verstehen, der den Schwerpunkt der Winkelverteilung der Lichtleistung des Strahlenbündels repräsentiert. Diesen Strahl kann man auch als Hauptemissionsrichtung bezeichnen. Erfindungsgemäß sind die Zentralstrahlen der Lichtbündel in einem jeweils zweiten in dem Kondensorkörper von der jeweiligen Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche geradlinig verlaufenden Strahlabschnitt auf einem zweiten Kegelmantel eines zweiten stumpfen Kegels angeordnet. Das kann bedeuten, dass die Zentralstrahlen auf einen Punkt, nämlich die zweite Kegelspitze, zulaufen. Die ersten und der zweite stumpfe Kegel sind konzentrisch zur Symmetrieachse angeordnet. Unter einem stumpfen Kegel kann man einen solchen mit mehr als 90° Spitzenwinkel, messbar als Vollwinkel, verstehen. Vorteilhaft kann der Einfallswinkel jedes Zentralstrahls auf die Lichteintrittsfläche, d.h. der Winkel des Zentralstrahls zur Flächennormale der Lichteintrittsfläche am Auftreffpunkt, kleiner als 15° sein, was bedeuten kann, dass der Einfallswinkel des Zentralstrahls also maximal 15° vom senkrechten Einfall abweicht. Dann können Polarisation-, astigmatische und chromatische Artefakte minimiert werden. Der zweite Kegelmantel kann identisch zum ersten Kegelmantel oder von diesem verschieden sein. Identisch können der erste und zweite Kegelmantel sein, wenn der Einfallswinkel der Zentralstrahlen 0° ist, was einem senkrechten Einfall auf den Kondensorkörper entspricht. Der zweite Kegel kann vorteilhaft so vorgesehen sein, dass an der Lichtaustrittsfläche eine numerische Apertur (NA) der Zentralstrahlen zwischen 0,8 und 1,4, vorteilhaft zwischen 1,1 und 1,4, besonders vorteilhaft zwischen 1,25 und 1,4 auftritt. Die NA kann man hier als eine mittlere Ringapertur auffassen, diese NA kann auch an der Probe wirksam sein. Die mittlere Ringapertur kann einen Mittelwert zwischen einer inneren und einer äußeren Apertur der durch die Beleuchtungseinrichtung erzeugbaren schrägen Beleuchtung darstellen. Der Sinus des Kegelhalbwinkels α2/2, d.h. des halben zweiten Kegelwinkels α2 kann aus der NA geteilt durch den Brechungsindex n des Kondensorkörpers berechnet werden. Der Kegelhalbwinkel α2/2 kann der Winkel der Zentralstrahlen zur z Richtung sein. Man kann den geeigneten zweiten Kegelwinkel α2 (Vollwinkel) berechnen zu
Verwendet man beispielsweise einen Kondensorkörper mit einem Brechungsindex von 1,518 und sieht eine NA von 1,3 vor, kann man den geeigneten zweiten Kegelwinkel als 117,82° berechnen. Vorteilhaft kann die Probe mittels der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung mit einer numerischen Apertur, zu bestimmen als mittlere Ringapertur von mehr als 1, insbesondere von mehr als 1,25 beleuchtbar sein. Vorteilhaft kann es sein, die NA von weniger als 1,33 vorzusehen. Letzteres kann sinnvoll sein, wenn die Probe zu beobachtende Objekte in wässriger Umgebung umfasst. Wenn die NA nämlich den Brechungsindex des Wassers übersteigt, könnte Totalreflexion auftreten, die Lichtleistung an der Probe vermindern und/oder zu mehr unerwünschtem Streulicht führen kann. Für andere Probenmedien, beispielsweise Glycerol, Harz oder Öl können auch höhere numerische Aperturen verwendet werden. Vorteilhaft kann der zweite Kegelwinkel kleiner als 140°, besonders vorteilhaft zwischen 110° und 125° betragen. Vorteilhaft kann der erste Kegelwinkel kleiner als 140°, besonders vorteilhaft zwischen 100° und 125° betragen.For example, using a condenser body with a refractive index of 1.518 and providing an NA of 1.3, one can calculate the appropriate second cone angle as 117.82°. The sample can advantageously be examined using transmitted light Lighting device with a numerical aperture, to be determined as a mean ring aperture of more than 1, in particular of more than 1.25, can be illuminated. It can be advantageous to provide the NA of less than 1.33. The latter can be useful if the sample includes objects to be observed in an aqueous environment. Namely, if the NA exceeds the refractive index of the water, total internal reflection could occur, reducing the light output on the sample and/or leading to more unwanted scattered light. Higher numerical apertures can also be used for other sample media, such as glycerol, resin or oil. The second cone angle can advantageously be less than 140°, particularly advantageously between 110° and 125°. The first cone angle can advantageously be less than 140°, particularly advantageously between 100° and 125°.
Den ersten Kegelwinkel α1 kann man aus dem zweiten Kegelwinkel α2 und dem Winkel zwischen dem zweiten Strahlabschnitt und der Normale der Lichteintrittsfläche des Kondensorkörpers nach dem Brechungsgesetz berechnen. Auch kann man dazu ein Raytracing Programm verwenden. Ebenso kann man den Ort berechnen, an dem die Lichtemitterdioden vorteilhaft angeordnet werden können, so dass die Zentralstrahlen der Lichtemitterdioden nach dem Passieren des Kondensorkörpers und gegebenenfalls des Probenträgers am Probenort zusammenlaufen. Zum Ermitteln der optimalen Position der Lichtemitterdioden kann man den zweiten Kegel so legen, dass die Spitze in der Probe liegt. Die Schnittlinie des zweiten Kegelmantels mit der Außenfläche des Kondensorkörpers, auf der die Lichteintrittsflächen liegen, kann somit festgelegt werden. In einer xz Schnittebene kann das der Schnittpunkt eines Zentralstrahls mit der zugehörigen Lichteintrittsfläche sein. Dann kann der erste Kegel so gelegt werden, dass der erste Kegelmantel ebendiese Schnittlinie mit dem Kondensorkörper hat. In der xz Schnittebene kann dadurch jeweils der Punkt auf der Lichteintrittsfläche festgelegt werden, in welchem der erste Strahlabschnitt und der zweite Strahlabschnitt geometrisch aufeinandertreffen.The first cone angle α 1 can be calculated from the second cone angle α 2 and the angle between the second beam section and the normal of the light entry surface of the condenser body according to the law of refraction. You can also use a ray tracing program for this. You can also calculate the location at which the light emitting diodes can be advantageously arranged so that the central rays of the light emitting diodes converge at the sample location after passing through the condenser body and, if applicable, the sample carrier. To determine the optimal position of the light emitting diodes, you can place the second cone so that the tip lies in the sample. The intersection line of the second cone shell with the outer surface of the condenser body, on which the light entry surfaces lie, can thus be determined. In an xz cutting plane, this can be the intersection of a central ray with the associated light entry surface. Then the first cone can be placed so that the first cone shell has this same line of intersection with the condenser body. In the xz cutting plane, the point on the light entry surface can be determined in which the first beam section and the second beam section meet each other geometrically.
Die Lichtemitterdioden kann in einem vorbestimmten Abstand zum Kondensorkörper mit ihrer Hauptemissionsrichtung auf der Linie des so bestimmten ersten Strahlabschnitts angeordnet werden. Es kann vorteilhaft sein, den Abstand der Lichtemitterdioden zum Kondensorkörper möglichst klein zu wählen, beispielsweise zwischen 0 und 3mm, besonders vorteilhaft kleiner als 2mm. Der Abstand kann als Länge der Freistrahlstrecke des jeweiligen Zentralstrahls bestimmt werden. Durch einen kurzen Abstand kann die Bauhöhe der Beleuchtungseinrichtung minimiert werden. Außerdem kann die Homogenität der Beleuchtung besser sein als bei größerem Abstand.The light emitting diodes can be arranged at a predetermined distance from the condenser body with their main emission direction on the line of the first beam section determined in this way. It can be advantageous to choose the distance between the light emitting diodes and the capacitor body as small as possible, for example between 0 and 3mm, particularly advantageously less than 2mm. The distance can be determined as the length of the free beam path of the respective central beam. By keeping the distance short, the overall height of the lighting device can be minimized. In addition, the homogeneity of the lighting can be better than at greater distances.
Vorteilhaft können 3 bis 128 Lichtemitterdioden vorgesehen sein, besonders vorteilhaft 8 bis 128. Bewährt hat sich in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel eine Anzahl von 12 Lichtemitterdioden mit einem Gehäusedurchmesser von 3mm. Diese können um einen kugelsegmentförmigen Kondensorkörper von 7,5mm Radius gruppiert werden. Ebenfalls vorteilhaft können Lichtemitterdioden mit noch kleinerem Durchmesser sein, dann würden noch mehr Exemplare auf den vorgesehenen ersten Kegelmantel im vorgesehenen Abstand zum Kondensorkörper passen. Dadurch kann eine höhere Lichtstärke realisiert werden. Ebenfalls vorteilhaft können Lichtemitterdioden mit größerem Durchmesser sein, falls beispielsweise ein größeres Gegenstandsfeld in der Probenebene, d.h. eine größere Probenfläche, beleuchtet werden soll.Advantageously, 3 to 128 light emitting diodes can be provided, particularly advantageously 8 to 128. In an advantageous exemplary embodiment, a number of 12 light emitting diodes with a housing diameter of 3 mm has proven successful. These can be grouped around a spherical segment-shaped condenser body with a radius of 7.5mm. Light emitting diodes with an even smaller diameter can also be advantageous, in which case even more examples would fit on the intended first cone shell at the intended distance from the condenser body. This means that a higher light intensity can be achieved. Light emitting diodes with a larger diameter can also be advantageous if, for example, a larger object field in the sample plane, i.e. a larger sample area, is to be illuminated.
Die mehreren Lichtemitterdioden können als Lichtemitterdioden in jeweils einem Lichtemitterdiodengehäuse vorliegen und vorteilhaft jeweils eine Gehäuselinse (Frontlinse) aufweisen, mit der das jeweilige Lichtaustrittsbündel auf eine Divergenz (FWHM) von 30° oder weniger, insbesondere zwischen 10° und 25°, kollimierbar ist. Prinzipiell können die Lichtemitterdioden auch mit noch kleinerer Divergenz bzw. fast ideal kollimiert sein. Allerdings können Lichtemitterdioden, die beispielsweise auf 15° bis 25° kollimiert sind, erheblich billiger sein als besser kollimierte Lichtemitterdioden. Außerdem wird das Licht wegen der konvexen Lichteintrittsfläche beim Eintritt in den Kondensorkörper nochmals gebündelt. Wenn die Lichtstrahlung der Lichtemitterdioden an der Lichteintrittsfläche des Kondensorkörpers ideal kollimiert oder sogar konvergent wäre, könnte das zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung des zu beobachtenden Probenbereichs in der Probenebene führen. Ungünstigstenfalls könnte nämlich die Lichtemissionsflächen der Lichtemitterdioden auf die Probe abgebildet werden, so dass das Bild der Lichtemitterdioden im Abbild der Probe überlagerte Artefakte bewirken könnte. Daher kann eine Divergenz der Strahlenbündel der Lichtemitterdioden im o.g. Rahmen gegenüber einer idealen Kollimation vorteilhaft sein.The plurality of light emitting diodes can be present as light emitting diodes in a light emitting diode housing and can advantageously each have a housing lens (front lens) with which the respective light exit beam can be collimated to a divergence (FWHM) of 30° or less, in particular between 10° and 25°. In principle, the light emitting diodes can also be collimated with even smaller divergence or almost ideally. However, light emitting diodes that are collimated to, for example, 15° to 25° can be significantly cheaper than better collimated light emitting diodes. In addition, the light is bundled again as it enters the condenser body because of the convex light entry surface. If the light radiation from the light emitting diodes at the light entrance surface of the condenser body were ideally collimated or even convergent, this could lead to uneven illumination of the sample area to be observed in the sample plane. In the worst case scenario, the light emission surfaces of the light emitting diodes could be imaged onto the sample, so that the image of the light emitting diodes could cause superimposed artifacts in the image of the sample. Therefore, a divergence of the beams of the light emitting diodes in the above-mentioned framework can be advantageous compared to ideal collimation.
Die Gehäuselinse kann gleichzeitig die Lichtaustrittsfläche der Lichtemitterdiode darstellen. Vorteilhaft kann der Strahlengang zwischen der Lichtaustrittsfläche der Lichtemitterdioden und der zu beleuchtenden Probe im gesamten Verlauf frei von Reflexionen vorgesehen sein. Das kann den Vorteil haben, dass im Gegensatz zu bekannten Kardioidkondensoren keine Reflexionsflächen hergestellt werden müssen.The housing lens can simultaneously represent the light exit surface of the light emitting diode. The beam path between the light exit surface of the light emitting diodes and the sample to be illuminated can advantageously be provided free of reflections over the entire course. This can have the advantage that, in contrast to known cardioid capacitors, no reflection surfaces have to be produced.
Die Probe kann direkt auf der Lichtaustrittsfläche angeordnet sein. Dazu können beispielsweise zu beobachtende Objekte in einem flüssigen Medium direkt auf die Lichtaustrittsfläche aufgetragen werden. Alternativ kann ein Probenträger vorgesehen sein. Der Probenträger kann beispielsweise ein in der Mikroskopie üblicher Objektträger (Slide) sein. Der Probenträger kann auch ein transparenter plattenförmiger Körper mit wenigstens einem Fluidkanal sein, der von einer Probe durchströmt wird. Im letzteren Fall kann die durchströmende Probe kontinuierlich beobachtet werden.The sample can be arranged directly on the light exit surface. For this purpose, for example, objects to be observed can be applied directly to the light exit surface in a liquid medium the. Alternatively, a sample carrier can be provided. The sample carrier can, for example, be a slide that is common in microscopy. The sample carrier can also be a transparent plate-shaped body with at least one fluid channel through which a sample flows. In the latter case, the sample flowing through can be observed continuously.
Der Probenträger kann mittels eines Immersionsmittels optisch an die Lichtaustrittsfläche ankoppelbar sein. Auch kann der Probenträger durch Ansprengen optisch an die Lichtaustrittsfläche ankoppelbar sein. Auch kann der Probenträger mittels eines Spalts optisch an die Lichtaustrittsfläche ankoppelbar sein. Im letzteren Fall kann die Dicke des Spalts vorteilhaft kleiner als ein Viertel einer mittleren Wellenlänge (Designwellenlänge) des Beleuchtungslichts sein, um Lichtverluste zu vermeiden. Als Immersionsmittel kann beispielsweise ein Immersionsöl geeignet sein oder, insbesondere im Hobbybereich, Glycerin (Glycerol) vom Baumarkt.The sample carrier can be optically coupled to the light exit surface using an immersion medium. The sample carrier can also be optically coupled to the light exit surface by blowing it on. The sample carrier can also be optically coupled to the light exit surface by means of a gap. In the latter case, the thickness of the gap can advantageously be smaller than a quarter of a mean wavelength (design wavelength) of the illuminating light in order to avoid light losses. For example, an immersion oil can be suitable as an immersion agent or, especially in the hobby sector, glycerin (glycerol) from the hardware store.
Die Probe kann mit einem Deckglas abgedeckt sein. Dazu kann ein handelsübliches Deckglas für Mikroskopie, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 0,08mm und 0,25mm, verwendet werden. Vorteilhaft kann die Dicke des Deckglases 0,17mm betragen, für die übliche Standardobjektive für Mikroskope korrigiert sein können. Zum Beobachten der Probe kann zwischen dem Deckglas und dem Mikroskopobjektiv ein Zwischenraum vorgesehen sein. Der Zwischenraum kann bei einem Trockenobjektiv als Freistrahlstrecke ausgeführt sein, bei einem Immersionsobjektiv hingegen vorteilhaft mit einem Immersionsmittel gefüllt sein.The sample can be covered with a coverslip. For this purpose, a commercially available cover glass for microscopy, for example with a thickness between 0.08mm and 0.25mm, can be used. The thickness of the cover glass can advantageously be 0.17 mm, for which common standard lenses for microscopes can be corrected. To observe the sample, a space can be provided between the cover glass and the microscope objective. In the case of a dry objective, the gap can be designed as a free-jet path, but in the case of an immersion objective, it can advantageously be filled with an immersion medium.
Vorteilhaft können zwischen den Lichtemitterdioden und dem Kondensorkörper Blenden angeordnet sein. Diese können zum Abblenden von Randstrahlen der Lichtbündel vorgesehen sein. Dadurch kann der Kontrast im Dunkelfeldbild verbessert werden. Die Blendenöffnungen können kreisförmig, beispielsweise vorteilhaft mit einem Durchmesser von 0,5mm bis 2mm ausgeführt sein. Die Blendenöffnungen können ebenfalls vorteilhaft oval oder rechteckig ausgeführt sein, wobei die kleinere Dimension, d.h. die kurze Achse bei einer elliptischen Ausführung bzw. die kurze Seite bei einer rechteckigen Ausführung senkrecht zum ersten Kegelmantel angeordnet sein können. Dann kann die Probe über eine größere Fläche mit einer schmalen Ringapertur beleuchtet werden.Apertures can advantageously be arranged between the light emitting diodes and the condenser body. These can be provided to dim the edge rays of the light bundles. This can improve the contrast in the darkfield image. The aperture openings can be circular, for example advantageously with a diameter of 0.5mm to 2mm. The aperture openings can also advantageously be designed oval or rectangular, with the smaller dimension, i.e. the short axis in an elliptical design or the short side in a rectangular design, being able to be arranged perpendicular to the first cone shell. The sample can then be illuminated over a larger area with a narrow ring aperture.
Vorteilhaft kann es sein, dass die mehreren Lichtemitterdioden jeweils in einem Abstand von weniger als dem mittleren Krümmungsradius der Lichteintrittsflächen, insbesondere von weniger als dem halben Krümmungsradius, von den Lichteintrittsflächen entfernt angeordnet sind. Vorteilhaft kann der erste Strahlabschnitt als Freistrahlstrecke ausgebildet ist. Der erste Strahlabschnitt kann in Luft verlaufen.It can be advantageous that the plurality of light emitting diodes are each arranged at a distance from the light entry surfaces at a distance of less than the average radius of curvature of the light entry surfaces, in particular less than half the radius of curvature. The first jet section can advantageously be designed as a free jet path. The first jet section can run in air.
Der Kondensorkörper kann die Grundform einer Rotationsellipsoidsegmentscheibe oder einer elliptischen Paraboloidsegmentscheibe aufweisen. Besonders vorteilhaft sind die Grundform einer Kugelscheibe, insbesondere eines Kugelsegments. Unter einem Kugelscheibe im Sinne der hier vorgestellten Erfindung kann man einen rotationssymmetrischen Körper verstehen, der aus einem Kugelsegment hervorgeht, indem von dem Kugelsegment ein kleineres Kugelsegment abgetrennt wird. Die durch das Abtrennen des kleineren Kugelsegments entstehende Fläche der Kugelscheibe kann als Deckfläche bezeichnet werden. Die Schnittlinien von Segmentgrundfläche Deckfläche mit der Mantelfläche (Kappe) können wegen der Rotationssymmetrie der Kugelscheibe in parallelen Ebenen liegen. Die Deckfläche kann die Funktion einer Hellfeldlichteintrittsfläche haben. Das Kugelsegment bzw. das der Kugelscheibe zugrundeliegende Kugelsegment kann vorteilhaft kleiner oder gleich einer Halbkugel sein. Besonders vorteilhaft kann der Kondensorkörper die Grundform einer Halbkugel aufweisen oder eines solchen Kugelsegments, das eine Segmenthöhe (Kappenhöhe) vom Kugelradius abzüglich einer vorbestimmten Solldicke d eines Probenträgers aufweist. An optisch nicht wirksamen Stellen kann der Kondensorkörper von der Grundform abweichen, er kann aber auch vollständig als diese Grundform ausgebildet sein. Der Kondensorkörper kann vorteilhaft einen Kugelradius zwischen 3mm und 15mm aufweisen, besonders vorteilhaft zwischen 5mm und 10mm. Die Lichtaustrittsfläche kann kreisförmig ausgebildet sein und vorteilhaft einen Radius zwischen 3mm und 15mm aufweisen, besonders vorteilhaft zwischen 5mm und 10mm. Die Lichtaustrittsfläche kann die Grundfläche, auch als Segmentgrundfläche zu bezeichnen, des Kugelsegments sein. Die konvexen Lichteintrittsflächen können vorteilhaft auf der Mantelfläche (Kugelzone bzw. Kugelkappe) angeordnet sein. Unter einer Kugelkappe kann man den gekrümmten Teil der Oberfläche des Kugelsegments verstehen, der in diesem Fall auch die Kugelzone darstellen kann. Bei der Kugelscheibe kann man unter Kugelzone den Teil der Kappe des der Scheibe zugrundeliegenden Kugelsegments verstehen, der zur Scheibe gehört. Die konvexen Lichteintrittsflächen können vorteilhaft einen Krümmungsradius zwischen 3mm und 15mm aufweisen, besonders vorteilhaft zwischen 5mm und 10mmThe condenser body can have the basic shape of an ellipsoid segment disk of revolution or an elliptical paraboloid segment disk. The basic shape of a spherical disk, in particular a spherical segment, is particularly advantageous. A spherical disk in the sense of the invention presented here can be understood as a rotationally symmetrical body that emerges from a spherical segment by separating a smaller spherical segment from the spherical segment. The surface of the spherical disk created by cutting off the smaller spherical segment can be referred to as the top surface. The intersection lines of the segment base surface and the lateral surface (cap) can lie in parallel planes due to the rotational symmetry of the spherical disk. The top surface can have the function of a bright field light entry surface. The spherical segment or the spherical segment on which the spherical disk is based can advantageously be smaller than or equal to a hemisphere. Particularly advantageously, the condenser body can have the basic shape of a hemisphere or a spherical segment that has a segment height (cap height) of the spherical radius minus a predetermined target thickness d of a sample carrier. The condenser body can deviate from the basic shape at places that are not optically effective, but it can also be completely designed as this basic shape. The condenser body can advantageously have a spherical radius between 3mm and 15mm, particularly advantageously between 5mm and 10mm. The light exit surface can be circular and advantageously have a radius between 3mm and 15mm, particularly advantageously between 5mm and 10mm. The light exit surface can be the base area, also referred to as the segment base area, of the spherical segment. The convex light entry surfaces can advantageously be arranged on the lateral surface (spherical zone or spherical cap). A spherical cap can be understood as the curved part of the surface of the spherical segment, which in this case can also represent the spherical zone. In the case of the spherical disk, the term spherical zone can be understood as the part of the cap of the spherical segment on which the disk is based, which belongs to the disk. The convex light entry surfaces can advantageously have a radius of curvature between 3mm and 15mm, particularly advantageously between 5mm and 10mm
Vorteilhaft kann der zweite Kegelmantel den gleichen Kegelwinkel wie der erste Kegelmantel aufweisen. Das kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Kondensorkörper die Grundform eines solchen Kugelsegments hat, das eine Segmenthöhe vom Kugelradius abzüglich einer vorbestimmten Solldicke d eines Probenträgers aufweist. Ebenfalls vorteilhaft kann in diesem Fall die Grundform einer Kugelscheibe sein, dann kann deren Segmenthöhe auf das der Kugelscheibe zugrundeliegende Kugelsegment bezogen werden.The second cone shell can advantageously have the same cone angle as the first cone shell. This can be particularly advantageous if the condenser body has the basic shape of a spherical segment that has a segment ment height from the ball radius minus a predetermined target thickness d of a sample carrier. In this case, the basic shape of a spherical disk can also be advantageous, in which case its segment height can be related to the spherical segment on which the spherical disk is based.
Der zweite Kegelmantel kann ebenfalls vorteilhaft einen größeren Kegelwinkel aufweisen als der erste Kegelmantel. Das kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Kondensorkörper die Grundform einer Halbkugel oder eines Halbkugelscheibe, d.h. einer Kugelscheibe, bei der der Kugelmittelpunkt in einer Schnittfläche, nämlich der Lichtaustrittsfläche, liegen kann, aufweist.The second cone shell can also advantageously have a larger cone angle than the first cone shell. This can be particularly advantageous if the condenser body has the basic shape of a hemisphere or a hemispherical disk, i.e. a spherical disk in which the center of the sphere can lie in a sectional surface, namely the light exit surface.
Vorteilhaft kann an dem Kondensorkörper gegenüberliegend zur Lichtaustrittsfläche eine Hellfeldlichteintrittsfläche für ein weiteres Lichtbündel zur paraxialen Beleuchtung der Probe vorgesehen sein. Die paraxiale Beleuchtung kann eine Köhlersche Beleuchtung sein. Die Hellfeldlichteintrittsfläche kann beispielsweise als eine der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegende Fläche eines kugelscheibenförmigen Kondensorkörpers ausgebildet sein. Die Hellfeldlichteintrittsfläche kann vorteilhaft eben oder ebenfalls vorteilhaft konkav ausgebildet sein. Die Hellfeldlichteintrittsfläche kann auch konvex ausgebildet sein. Einen solchen Kondensorkörper mit konvexer oder konkaver, d.h. nichtebener Deckfläche kann man als verallgemeinerte Kugelscheibe bezeichnen. Es sei darauf hingewiesen, dass als Kugelscheibe im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine derart verallgemeinerter Kugelscheibe, d.h. mit ebener Segmentgrundfläche und einer Deckfläche, die eben, konvex oder konkav ausgeführt sein kann, verstanden werden kann. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass ein Kugelsegment als ein Spezialfall einer Kugelscheibe betrachtet werden kann. In diesem Spezialfall kann die Kugelzone als Kugelkappe ausgebildet sein.A bright field light entry surface for a further light beam for paraxial illumination of the sample can advantageously be provided on the condenser body opposite the light exit surface. Paraxial illumination can be Köhler illumination. The bright field light entry surface can be designed, for example, as a surface of a spherical disk-shaped condenser body opposite the light exit surface. The bright field light entry surface can advantageously be flat or also advantageously concave. The bright field light entry surface can also be designed to be convex. Such a condenser body with a convex or concave, i.e. non-flat, top surface can be referred to as a generalized spherical disk. It should be noted that a spherical disk in the sense of the present invention can also be understood as a generalized spherical disk, i.e. with a flat segment base surface and a top surface that can be flat, convex or concave. It should also be noted that a spherical segment can be viewed as a special case of a spherical disk. In this special case, the spherical zone can be designed as a spherical cap.
Ein erfindungsgemäßes Mikroskop kann vorteilhaft umfassen:
- • eine oben beschriebene erfindungsgemäße Durchlichtbeleuchtungseinrichtung,
- • ein Objektiv und
- • ein Okular und/oder einen Bildsensor.
- • a transmitted light illumination device according to the invention described above,
- • a lens and
- • an eyepiece and/or an image sensor.
Das Mikroskop kann vorteilhaft zur Dunkelfeldmikroskopie benutzt werden, wenn das Objektiv (26) eine kleinere NA aufweist, als die Ringapertur der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung. Für spezielle Aufgaben ebenfalls vorteilhaft kann die Beleuchtung der Probe evaneszent erfolgen. Letzteres kann insbesondere dadurch bewerkstelligt werden, dass die NA der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung größer als der Brechungsindex des Probenmediums vorgesehen wird. In diesem Fall kann eine Totalreflexion der Lichtbündel am Probenmedium auftreten und die Probe wird nur von evaneszenten (quergedämpften) Lichtwellen beleuchtet.The microscope can advantageously be used for dark field microscopy if the objective (26) has a smaller NA than the ring aperture of the transmitted light illumination device. The sample can also be illuminated evanescently, which is also advantageous for special tasks. The latter can be achieved in particular by providing the NA of the transmitted light illumination device to be greater than the refractive index of the sample medium. In this case, total reflection of the light bundles can occur on the sample medium and the sample is only illuminated by evanescent (transversely attenuated) light waves.
Die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung kann vorteilhaft außerdem ein Gehäuse mit einer Aufnahmemulde für den Kondensorkörper umfassen. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Kondensorkörper für eine zweite Betriebsart entnehmbar ist und die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung in dieser zweiten Betriebsart immersionsmittelfrei ohne den Kondensorkörper zur Durchlichtbeleuchtung der Probe betreibbar ist. Die zweite Betriebsart kann, je nach dem verwendeten Mikroskopobjektiv, eine schräge Hellfeldbeleuchtung oder eine weitere Dunkelfeldbeleuchtung der Probe sein. Ohne den Kondensorkörper kann die NA der Beleuchtung NA = sin(α1/2) betragen, wobei α1 der erste Kegelwinkel (bestimmbar als Vollwinkel) ist. Vorteilhaft kann die Mulde mit Positivtoleranz gefertigt sein, d.d. etwas größer als der Kondensorkörper. Dann kann der Kondensorkörper mittels einer dünnen Schicht (ca. 0,5µm -100µm) Immersionsmittel an dem Probenträger lösbar und ggf. verschiebbar befestigt werden. Der Probenträger kann auf das Gehäuse aufgelegt werden, so dass der Kondensorkörper in die positivtolerierte Mulde ragt, ohne dass einen mechanische Überbestimmung auftreten kann.The transmitted light illumination device can advantageously also comprise a housing with a receiving trough for the condenser body. It can be particularly advantageous if the condenser body can be removed for a second operating mode and the transmitted light illumination device can be operated in this second operating mode without immersion medium without the condenser body for transmitted light illumination of the sample. Depending on the microscope objective used, the second operating mode can be oblique bright field illumination or further dark field illumination of the sample. Without the condenser body, the NA of the illumination can be NA = sin(α 1 /2), where α 1 is the first cone angle (determinable as a full angle). The trough can advantageously be manufactured with positive tolerance, dd slightly larger than the condenser body. The condenser body can then be releasably and, if necessary, slidably attached to the sample carrier using a thin layer (approx. 0.5µm -100µm) of immersion medium. The sample carrier can be placed on the housing so that the condenser body protrudes into the positively tolerated trough without mechanical overdetermination occurring.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Lichtemitterdioden einzeln und/oder in mehrere Gruppen aufgeteilt ansteuerbar sind. Dann kann man mehrere Bilder mit unterschiedlicher Beleuchtung aufnehmen und mittels Bildverarbeitung Kontraste verstärken.It can be advantageous if the light emitting diodes can be controlled individually and/or divided into several groups. You can then take several images with different lighting and use image processing to enhance contrasts.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Kondensorkörper an Flächen außerhalb optisch funktionaler Oberflächen lichtstreuend und/oder lichtabsorbierend ausgerüstet ist, insbesondere mattiert und/oder geschwärzt. Vorteilhaft kann dazu der Kondensationskörper mittels eines Immersionsmittels oder eines transparenten Klebestoffs in der Mulde des Gehäuses an das Gehäusematerial angekoppelt sein. Das Gehäuse kann beispielsweise aus einem schwarzen Kunststoff oder aus schwarz eloxiertem Aluminium bestehen. Das Gehäuse kann vorteilhaft eine geringe Bauhöhe, beispielsweise von 5mm bis 12mm aufweisen. Dann kann die erfindungsgemäße Durchlichtbeleuchtungseinrichtung auf dem Mikroskoptisch eines handelsüblichen Mikroskops angeordnet werden, wobei die Bauhöhe so niedrig ist, dass das Mikroskop innerhalb des vorhandenen fokussierbaren Bereichs des Mikroskops auf die Probe fokussiert werden kann.It can be advantageous if the condenser body is equipped to scatter and/or absorb light on surfaces outside of optically functional surfaces, in particular matt and/or blackened. For this purpose, the condensation body can advantageously be coupled to the housing material in the trough of the housing by means of an immersion medium or a transparent adhesive. The housing can, for example, be made of black plastic or black anodized aluminum. The housing can advantageously have a low overall height, for example from 5mm to 12mm. The transmitted light illumination device according to the invention can then be arranged on the microscope stage of a commercially available microscope, with the overall height being so low that the microscope can be focused on the sample within the existing focusable area of the microscope.
Vorteilhaft kann das Mikroskop ein Immersionsobjektiv umfassen, welches mit einem Immersionsmittels betreibbar ist.The microscope can advantageously include an immersion objective, which can be operated with an immersion medium.
Vorteilhaft kann die Verwendung einer erfindungsgemäßen Durchlichtbeleuchtungseinrichtung oder eines erfindungsgemäßen Mikroskops zur Untersuchung eines Präparats bzw. einer Probe sein, die biologische Untersuchungsobjekte in einem beispielsweise wässrigem Probenmedium enthält. Biologische Untersuchungsobjekte können beispielsweise Zellen oder Gewebeschnitte, welche so dünn sind, dass sie transparent sind, sein. Besonders vorteilhaft kann die Verwendung einer erfindungsgemäßen Durchlichtbeleuchtungseinrichtung oder eines erfindungsgemäßen Mikroskops zur Dunkelfelduntersuchung einer Blutprobe, insbesondere einer Nativblutprobe sein.It can be advantageous to use a transmitted light illumination device according to the invention or a microscope according to the invention for examining a preparation or a sample which contains biological examination objects in, for example, an aqueous sample medium. Biological examination objects can, for example, be cells or tissue sections that are so thin that they are transparent. The use of a transmitted light illumination device according to the invention or a microscope according to the invention for dark field examination of a blood sample, in particular a native blood sample, can be particularly advantageous.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist außerdem ein Verfahren zum Beleuchten einer Probe umfassend:
- • Erzeugen mehrerer Lichtbündel mittels jeweils einer Lichtemitterdiode, wobei jedes Lichtbündel einen Zentralstrahl aufweist, und die aus den Lichtemitterdioden austretenden Zentralstrahlen in einem ersten Strahlabschnitt auf einem ersten Kegelmantel eines ersten stumpfen Kegels angeordnet sind,
- • Einkoppeln der Lichtbündel in jeweils eine konvexe Lichteintrittsfläche eines rotationssymmetrischen Kondensorkörpers mit einer Symmetrieachse, welcher eine ebene Lichtaustrittsfläche aufweist.
- • Geradliniges Durchleiten der Lichtbündel bis zu einer Lichtaustrittsfläche des Kondensorkörpers,
- • Auskoppeln der Lichtbündel aus der Lichtaustrittsfläche,
- • Einkoppeln der aus der Lichtaustrittsfläche austretenden Lichtbündel in eine unmittelbar oder mittels eines Probenträgers auf der Lichtaustrittsfläche angeordnete Probe.
- • Generating several light bundles by means of a light emitting diode, each light bundle having a central beam, and the central rays emerging from the light emitting diodes are arranged in a first beam section on a first cone shell of a first truncated cone,
- • Coupling the light bundles into a convex light entry surface of a rotationally symmetrical condenser body with an axis of symmetry, which has a flat light exit surface.
- • Straight transmission of the light beams to a light exit surface of the condenser body,
- • Coupling the light bundles from the light exit surface,
- • Coupling the light bundles emerging from the light exit surface into a sample arranged directly or by means of a sample carrier on the light exit surface.
Der Probenträger kann auf die Lichtaustrittsfläche des Kondensorkörpers aufgelegt werden oder mittels einer dünnen Schicht (Dicke z.B. 0,5µm -100µm) eines Immersionsmittels optisch an die Lichtaustrittsfläche des Kondensorkörpers angekoppelt werden.The sample carrier can be placed on the light exit surface of the condenser body or can be optically coupled to the light exit surface of the condenser body using a thin layer (thickness e.g. 0.5µm -100µm) of an immersion medium.
Die Figuren zeigen Folgendes:
-
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. -
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. -
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. -
4 zeigt die zweite Betriebsart des dritten Ausführungsbeispiels. -
5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. -
6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel. -
7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel. -
8 zeigt ein siebentes Ausführungsbeispiel. -
9 zeigt das siebente Ausführungsbeispiel ohne Kondensorkörper. -
10 zeigt einen als Halbkugelscheibe ausgebildeten Kondensorkörper. -
11 zeigt einen als verallgemeinerte Halbkugelscheibe ausgebildeten Kondensorkörper. -
12 zeigt einen als verallgemeinerte Kugelscheibe ausgebildeten Kondensorkörper.
-
1 shows a first exemplary embodiment. -
2 shows a second embodiment. -
3 shows a third exemplary embodiment. -
4 shows the second operating mode of the third exemplary embodiment. -
5 shows a fourth exemplary embodiment. -
6 shows a fifth exemplary embodiment. -
7 shows a sixth exemplary embodiment. -
8th shows a seventh exemplary embodiment. -
9 shows the seventh exemplary embodiment without a condenser body. -
10 shows a condenser body designed as a hemispherical disk. -
11 shows a condenser body designed as a generalized hemispherical disk. -
12 shows a condenser body designed as a generalized spherical disk.
AusführungsbeispieleExamples of embodiments
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is explained below using exemplary embodiments.
Der Kondensorkörper 2 ist als ein Kugelsegment, hier speziell als eine Halbkugel ausgeformt und weist auf der Mantelfläche, auch als Kappe, hier speziell als Kugelkappe zu bezeichnen, mehrere konvexe Lichteintrittsflächen 5 (5a, 5b, ...) auf.The
Dargestellt ist außerdem eine Probe 6, die auf einem Probenträger 7 angeordnet ist. Die Probe 6 ist mit einem Deckglas 8 abgedeckt. Der Probenträger 7 ist auf der Lichtaustrittsfläche 4 angeordnet. Ein möglicherweise vorhandener Spalt 22 kann mit einem Immersionsmittel 23 überbrückt werden,A
Die Anordnung umfasst mehrere Lichtemitterdioden (LED) 9, aus denen jeweils ein Lichtbündel 13 mit einem Zentralstrahl 14 emittierbar ist, wobei die Zentralstrahlen 14 der aus den mehreren Lichtemitterdioden 9 austretenden Lichtbündel 13 in einem jeweils ersten Strahlabschnitt 15 zwischen der Lichtemitterdiode und dem Kondensorkörper 2 auf einem ersten Kegelmantel 16 eines ersten stumpfen Kegels angeordnet sind. Der erste Kegelmantel 16 weist einen ersten Kegelwinkel 18 auf. Jedem der Lichtbündel, repräsentiert durch dessen Zentralstrahl 14, ist jeweils eine der Lichteintrittsflächen 5 (5a, 5b, ...) zugeordnet. Angedeutet sind außerdem die elektrischen Anschlüsse 12 der Lichtemitterdiode und die als Frontlinse ausgebildete Gehäuselinse 10, welche gleichzeitig die Lichtaustrittsfläche der Lichtemitterdiode 9 darstellt. In dieser Figur, wie auch in der folgenden, sind übersichtlichkeitshalber nicht die kompletten Strahlenbündel, sondern nur deren Zentralstrahlen 14 dargestellt.The arrangement comprises a plurality of light emitting diodes (LED) 9, from each of which a
Ein erster Strahlabschnitt 16 ist als Freistrahlstrecke ausgebildet.A
Erfindungsgemäß sind die Zentralstrahlen 14 der Lichtbündel in einem jeweils zweiten in dem Kondensorkörper 2 von der jeweiligen Lichteintrittsfläche 5a, 5b zur Lichtaustrittsfläche 4 geradlinig verlaufenden zweiten Strahlabschnitt 19 auf einem zweiten Kegelmantel 20 eines zweiten stumpfen Kegels angeordnet. Die ersten 16 und der zweite 20 stumpfe Kegel sind konzentrisch zur Symmetrieachse 3 angeordnet. Der zweite Kegelmantel 20 ist hier verschieden vom ersten Kegelmantel 16. Das liegt an der Brechung des Lichts, weil der Zentralstrahl nicht senkrecht zur Flächennormale einfällt. Der zweite Kegelmantel 20 weist einen zweiten Kegelwinkel 21 auf.According to the invention, the
In den weiteren Ausführungsbeispielen gelten die hier eingeführten Bezugszeichen entsprechend weiter.In the further exemplary embodiments, the reference numbers introduced here continue to apply accordingly.
In diesem Beispiel sind die Strahlenbündel 13 detaillierter dargestellt. Die Strahlenbündel 13 können durch optionale Blenden 11 eingeschränkt sein. Sichtbar ist auch, dass die Divergenz der Strahlenbündel 13 durch die Lichtbrechung beim Eintritt in den Kondensorkörper 2 verringert wird.In this example, the
Der Probenträger 7 ist mittels eines ersten Immersionsmittels 23a an den Kondensorkörper 2 optisch angekoppelt.The
Der Kondensorkörper 2 weist gegenüberliegend zur Lichtaustrittsfläche 4 eine Hellfeldlichteintrittsfläche 36 für ein weiteres Lichtbündel zur paraxialen Hellfeldbeleuchtung der Probe 6 auf. Die Hellfeldlichteintrittsfläche kann in einer nicht figürlich dargestellten Abwandlung des Ausführungsbeispiels als eine ebene Deckfläche eines kugelscheibenförmigen Kondensorkörpers 2 ausgebildet sein. Die Hellfeldlichteintrittsfläche 36 ist in diesem Beispiel jedoch konkav ausgebildet dargestellt. Die Hellfeldlichteintrittsfläche ist die Deckfläche der Halbkugelscheibe. Es handelt sich bei dem hier dargestellten Kondensorkörper 2 um eine verallgemeinerte HalbkugelScheibe mit konkaver Deckfläche. Die vorzugsweise zur Dunkelfeldbeleuchtung zu verwendende Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 1 und die optionale Hellfeldbeleuchtung 32 sind unabhängig voneinander einschaltbar. Dadurch sind reine Hellfeldbeobachtung und reine Dunkelfeldbeobachtung wahlweise möglich. Zur Hellfeldbeleuchtung sind eine erste Hellfeldlinse 33 und eine zweite Hellfeldlinse 34 vorgesehen, welche mittels einer Hellfeldlichtquelle 35 beleuchtet werden. Eine unter dem Mikroskoptisch 25 angeordnete Hellfeldbeleuchtung 32 gehört zumeist zur Grundausstattung eines Mikroskops. Vorteilhafterweise kann diese Hellfeldbeleuchtung in diesem Ausführungsbeispiel unverändert genutzt werden.The
Die Beleuchtungseinrichtung umfasst ein Gehäuse 30 mit einer Aufnahmemulde für den Kondensorkörper 2. Im Gehäuse ist ein Hohlraum 40 vorgesehen, der zum nicht figürlich dargestellten Verkabeln der Lichtemitterdioden 9 verwendet werden kann. Ins Gehäuse integriert sind Blenden 11, um die Strahlenbündel der Lichtemitterdioden 9 zu begrenzen.The lighting device comprises a
Das Mikroskop 24 umfasst ein Mikroskopobjektiv 26. Falls es sich dabei um ein Immersionsobjektiv handelt, kann zwischen Dem Deckglas 8 und dem Objektiv 26 ein Immersionsmittel 23b verwendet werden. Das Mikroskop umfasst ein weiteres optisches Bauteil 27, welches ein Okular oder einen Bildsensor bzw eine Mikroskopkamera umfassen kann. Angedeutet ist ebenfalls ein Mikroskoptubus 28 mit einem darin verlaufenden Beobachtungsstrahlengang 29.The
Die weiteren Bezugszeichen sind bereits in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen erläutert.The other reference numbers have already been explained in the previous exemplary embodiments.
Eine unter dem Mikroskoptisch 25 angeordnete Hellfeldbeleuchtung 32 gehört zumeist zur Grundausstattung eines Mikroskops. Vorteilhafterweise kann diese Hellfeldbeleuchtung in diesem Ausführungsbeispiel entweder unverändert oder, wie dargestellt, mit gegenüber dem vorangegangenen Beispiel entfernter zweiter Hellfeldlinse, genutzt werden.A
In jeweils einer Abwandlung des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels kann die Beleuchtung der Probe 6 evaneszent erfolgen. Letzteres kann insbesondere dadurch bewerkstelligt werden, dass die NA der Beleuchtung größer als der Brechungsindex des Probenmediums vorgesehen wird.In a modification of the fifth and sixth exemplary embodiments, the
Die in allen Figuren einheitlich verwendeten Bezugszeichen sind Folgende:
- 1
- Durchlichtbeleuchtungseinrichtung
- 2
- Kondensorkörper
- 3
- Symmetrieachse
- 4
- Lichtaustrittsfläche, Segmentgrundfläche
- 5
- Lichteintrittsfläche
- 6
- Probe
- 7
- Probenträger
- 8
- Deckglas
- 9
- Lichtemitterdiode
- 10
- Gehäuselinse
- 11
- Blende
- 12
- Elektrische Anschlüsse
- 13
- Lichtbündel
- 14
- Zentralstrahl
- 15
- erster Strahlabschnitt
- 16
- erster Kegelmantel
- 17
- erste Kegelspitze
- 18
- erster Kegelwinkel (Vollwinkel)
- 19
- zweiter Strahlabschnitt
- 20
- zweiter Kegelmantel
- 21
- zweiter Kegelwinkel (Vollwinkel)
- 22
- Spalt
- 23
- Immersionsmittel
- 24
- Mikroskop
- 25
- Mikroskoptisch
- 26
- Objektiv
- 27
- Okular / Bildsensor oder Mikroskopkamera
- 28
- Mikroskoptubus
- 29
- Beobachtungsstrahlengang
- 30
- Gehäuse
- 31
- Mulde
- 32
- Koaxiale Beleuchtungseinrichtung
- 33
- Erste Hellfeldlinse
- 34
- Zweite Hellfeldlinse
- 35
- Hellfeldlichtquelle
- 36
- Hellfeldlichteintrittsfläche, Stumpffläche
- 37
- Zweite Lichtemitterdioden
- 38
- Dritter Kegelmantel
- 39
- Vierter Kegelmantel
- 40
- Hohlraum
- 1
- Transmitted light illumination device
- 2
- condenser body
- 3
- Axis of symmetry
- 4
- Light exit surface, segment base area
- 5
- Light entry surface
- 6
- sample
- 7
- Sample carrier
- 8th
- Cover slip
- 9
- light emitting diode
- 10
- Housing lens
- 11
- cover
- 12
- Electrical connections
- 13
- beam of light
- 14
- Central ray
- 15
- first beam section
- 16
- first cone shell
- 17
- first cone tip
- 18
- first cone angle (full angle)
- 19
- second beam section
- 20
- second cone shell
- 21
- second cone angle (full angle)
- 22
- gap
- 23
- immersion medium
- 24
- microscope
- 25
- Microscope table
- 26
- lens
- 27
- Eyepiece / image sensor or microscope camera
- 28
- Microscope tube
- 29
- Observation beam path
- 30
- Housing
- 31
- trough
- 32
- Coaxial lighting device
- 33
- First bright field lens
- 34
- Second bright field lens
- 35
- Bright field light source
- 36
- Bright field light entrance surface, truncated surface
- 37
- Second light emitting diodes
- 38
- Third cone shell
- 39
- Fourth cone shell
- 40
- cavity
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Also Published As
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