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Die
Erfindung betrifft ein Mikroskop zur Untersuchung einer Probe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solches Mikroskop ist z. B. aus der
JP 08334697 A bekannt.
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In
der Mikroskopie, insbesondere in der Scanmikroskopie, wird eine
beleuchtete Probe beobachtet. In der Fluoreszenzmikroskopie und
der Fluoreszenzrastermikroskopie wird eine spezifisch mit Fluoreszenzfarbstoffen
markierte Probe mit Licht einer oder mehrerer Wellenlängen beleuchtet,
um die Probe anzuregen und das Fluoreszenzlicht zu detektieren.
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In
der Scanmikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet,
um das von der Probe emittierte Detektionslicht, als Reflexions-
oder Fluoreszenzlicht, zu beobachten. Der Fokus eines Beleuchtungslichtstrahles
wird mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung, im Allgemeinen
durch Verkippen zweier Spiegel, in einer Probenebene bewegt, wobei
die Ablenkachsen meist senkrecht aufeinander stehen, so dass ein
Spiegel in x-, der andere in y-Richtung ablenkt. Die Verkippung
der Spiegel wird beispielsweise mit Hilfe von Galvanometer-Stellelementen
bewerkstelligt. Die Leistung des vom Objekt kommenden Detektionslichtes
wird in Abhängigkeit
von der Position des Abtaststrahles gemessen. Üblicherweise werden die Stellelemente
mit Sensoren zur Ermittlung des aktuellen Spiegelstellung ausgerüstet. Speziell
in der konfokalen Scanmikroskopie wird ein Objekt mit dem Fokus
eines Lichtstrahles in drei Dimensionen abgetastet.
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Ein
konfokales Rastermikroskop umfasst im allgemeinen eine Lichtquelle,
eine Fokussieroptik, mit der das Licht der Quelle auf eine Lochblende – die sogenannte
Anregungsblende – fokussiert
wird, einen Strahlteiler, eine Strahlablenkeinrichtung zur Strahlsteuerung,
eine Mikroskopoptik, eine Detektionsblende und die Detektoren zum
Nachweis des Detektions- bzw. Fluoreszenzlichtes. Das Beleuchtungslicht
wird über
einen Strahlteiler eingekoppelt. Das vom Objekt kommende Fluoreszenz-
oder Reflexionslicht gelangt über
die Strahlablenkeinrichtung zurück
zum Strahlteiler, passiert diesen, um anschließend auf die Detektionsblende
fokussiert zu werden, hinter der sich die Detektoren befinden. Diese
Detektionsanordnung wird Descan-Anordnung genannt. Detektionslicht,
das nicht direkt aus der Fokusregion stammt, nimmt einen anderen
Lichtweg und passiert die Detektionsblende nicht, so daß man eine
Punktinformation erhält,
die durch sequentielles Abtasten des Objekts mit dem Fokus des Beleuchtungslichtstrahles
zu einem dreidimensionalen Bild führt. Meist wird ein dreidimensionales
Bild durch schichtweise Bilddatennahme erzielt. Kommerzielle Scanmikroskope
bestehen meist aus einem Scanmodul, dass an das Stativ eines klassischen
Lichtmikroskops angeflanscht wird, wobei das Scanmodul alle genannten zur
Abrasterung einer Probe zusätzlich
nötigen
Elemente beinhaltet.
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Kommerzielle
Scanmikroskope beinhalten meistens ein Mikroskopstativ, wie es auch
in der konventionellen Lichtmikroskopie verwendet wird. In der Regel
sind insbesondere konfokale Scanmikroskope auch als konventionelle
Lichtmikroskope verwendbar. In der konventionellen Fluoreszenzauflichtmikroskopie
wird aus dem Licht einer Lichtquelle, beispielsweise einer Bogenlampe,
mit Hilfe eines Farbfilters, dem sog. Anregungsfilter, der Anteil
in den mikroskopischen Strahlengang eingekoppelt, der den gewünschten
Wellenlängenbereich
zur Fluoreszenzanregung aufweist. Die Einkopplung in den Strahlengang
des Mikroskops erfolgt mit Hilfe eines dichroitischen Strahlteilers,
der das Anregungslicht zur Probe reflektiert, während er das von der Probe
ausgehende Fluoreszenzlicht weitgehend ungehindert passieren lässt. Das
von der Probe rückgestreute
Anregungslicht wird mit einem Sperrfilter zurückgehalten, der für die Fluoreszenzstrahlung
jedoch durchlässig ist.
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In
der konfokalen Scanmikroskopie kann im Falle der Zweiphotonenanregung
(oder Mehrphotonenanregung) auf eine Detektionsblende verzichtet werden, da
die Anregungswahrscheinlichkeit vom Quadrat der Photonendichte und
damit vom Quadrat der Beleuchtungslichtintensität abhängt, die naturgemäß im Fokus
viel höher
ist als in den Nachbarregionen. Das zu detektierende Fluoreszenzlicht
stammt daher mit großer
Wahrscheinlichkeit zum aller größten Teil
aus der Fokusregion, was eine weitere Differenzierung von Fluoreszenzphotonen
aus dem Fokusbereich von Fluoreszenzphotonen aus den Nachbarbereichen
mit einer Blendenanordnung überflüssig macht.
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Bei
allen genannten Mikroskopen und mikroskopischen Verfahren ist es
wichtig, die Probe ausschließlich
mit Licht der gewünschten
Anregungswellenlängen
zu beleuchten. Wenn Licht anderer Wellenlängen auf die Probe trifft,
wird die Probe über
unerwünschte Übergänge angeregt
und somit unerwünschtes
Fluoreszenzlicht erzeugt. Es ist darüber hinaus auch nachteilig,
wenn Fremdlicht direkt zu den Detektoren eines Scanmikroskops gelangt,
da Fremdlicht von echtem Detektionslicht nicht unterschieden werden
kann. Dieser Aspekt spielt ganz besonders bei konfokalen Scanmikroskopen
mit Non-Descan-Detektion eine Rolle.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, die Augen einerseits an die Dunkelheit
zu adaptieren, um auch schwach leuchtende Details gut zu erkennen, während andererseits
die Augen beim Aufschauen vom Mikroskopokular wieder der Umgebungsbeleuchtung
ausgesetzt sind.
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Um
die Beleuchtung der Probe mit Licht unerwünschter Wellenlängen und
das direkte Auftreffen von Fremdlicht in die Detektoren zu vermeiden
und um außerdem
eine Adaption der Augen zu erzielen, wird oft die Raumbeleuchtung
abgeschaltet. Dies führt
zu dem Nachteil, dass der Benutzer die Bedienelemente des Mikroskops
nicht mehr sieht. Ganz besonders bei aufwendigen Mikroskopen, wie
beispielsweise bei konfokalen Laser-Rastermikroskopen, die viele Bedienelemente
aufweisen, ist eine vollständige
Abdunklung der Umgebung mit Hinblick auf die Bedienbarkeit nicht
möglich.
Daher wird die Raumbeleuchtung oft allenfalls reduziert und somit ein
Kompromiss eingegangen. Oft werden bei eingeschaltetem Raumlicht
die Mikroskopelemente eingestellt, um anschließend in dunkler Umgebung die Probe
zu untersuchen. Dies hat den Nachteil, dass Änderungen der Betriebsparameter
während
der Untersuchung nicht mehr vorgenommen werden können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop
zu schaffen, dass den aufgezeigten Widerspruch löst.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Mikroskop, das die Merkmale des kennzeichnenden Teils
des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass insbesondere bei fluoreszierenden
Proben, die nur wenige Fluoreszenzphotonen emittieren, falsche Beobachtungs-
und Untersuchungsergebnisse durch ungewollte Direktanregung mit
Umgebungslicht und durch direkt zu den Detektoren gelangendes Umgebungslicht
vermieden sind. Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, dass eine
wiederholte, ermüdende
und zeitraubende Adaption der Augen an wechselnde Umgebungsbeleuchtungen
unnötig
ist
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Bedienelemente des Mikroskops
selbstleuchtend, beispielsweise aus einem lumineszierenden Material,
ausgebildet. Die Bedienelemente sind in einer anderen Ausgestaltungsform
mit lumineszierendem, fluoreszierenden oder phosphoreszierendem
Material ganz oder teilweise beschichtet, wie es beispielsweise
von Zifferblättern
von Armbanduhren her bekannt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante
ist eine Bedienelementbeleuchtung vorgesehen, die nur die zur Bedienung
notwendigen Bedienelemente befeuchtet.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Bedienelemente
mit einer eingebauten Hintergrundbeleuchtung, wie sie beispielsweise
von Stereoanlagen bekannt sind, versehen,. Diese Hintergrundbeleuchtung
ist vorzugsweise sowohl manuell, als auch automatisch abschalt-
oder in der Lichtleistung variierbar. Eine Abschaltung erfolgt bei Scanmikroskopen
in einer Ausgestaltungsform automatisch, nämlich beim Start des Scanvorgangs.
Am Ende eines Scanvorgangs erfolgt einer automatische Wiedereinschaltung.
Auch eine automatische Dunkelschaltung des Bildschirms oder der
Raumbeleuchtung ist vorgesehen.
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Bedienelemente
sind beispielsweise: Drehknöpfe
und Taster zum Einstellen der Fokussierung, der Objektivrevolver,
die Versteller des Probentisches, die Anzeige der Tischposition,
Filterräder
bzw. die zugeordneten Einstellvorrichtungen, die Steuereinrichtungen
der Probenbeleuchtung, die Tastatur, die Maus und der Monitor bzw.
das Display des Steuerungs-PC, die Elemente zur Einstellung der
Detektorverstärkung
(z. B. Drehpotentiometer).
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Vor
den Detektoren sind Bandpassfilter angeordnet, die Licht der Wellenlängen der
Bedienelementbeleuchtung bzw. der Bedienelemente nicht transmittieren.
Die Hilfsmittel zum Sichtbarmachen können beispielsweise Standard
CCD-Kameras sein, die üblicherweise
auch im IR-Bereich empfindlich sind und deren Bild beispielsweise
in eine Videobrille übertragen
wird.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figur nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt:
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Fig.:
ein konfokales Rastermikroskop mit beleuchteten Bedienelementen.
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Die
einzige Figur zeigt ein Mikroskop 1, das als konfokales
Scanmikroskop ausgestaltet ist. Das Mikroskop 1 weist ein
Mikroskopstativ 3, einen Scanner 5, eine Lichtquelle 7 und
sechs Bedienelemente 61 bis 71, nämlich einen
Revolver 35, einen Monitor 11, eine Panelbox 57,
eine Tastatur 59, einen Stellknopf 55 und eine
hintergundbeleuchtete LCD-Anzeige 59 auf. Die Funktionen
der Bedienelemente 61 bis 71 und deren Ausgestaltung
ist im folgenden beschrieben: Das Mikroskop wird mit dem PC 9 gesteuert.
An dem PC 9 ist der Monitor 11 angeschlossen, der
einerseits zum Darstellen des Bildes 13 der Probe 15 und
andererseits zum Anzeigen der eingestellten Mikroskopparameter dient.
Das von der Lichtquelle 7, die als Laser 17 ausgeführt ist,
kommende Probenbeleuchtungslicht 19 weist eine Wellenlänge von
ca. 800 nm auf und wird von einer nicht dargestellten Optik auf
die Anregungsblende 21 fokussiert, um anschließend vom
einem Strahlteiler 23 zur Strahlablenkeinrichtung 25,
die einen kardanisch aufgehängten
Spiegel 27 beinhaltet, reflektiert zu werden. Durch die
nicht gezeigte Scanoptik und die ebenfalls nicht gezeigte Tubusoptik
und das Objektiv 29, wird das zu einem Strahl geformte
Probenbeleuchtungslicht 19 über bzw. durch die Probe 15 geführt. Das
Objektiv 29 ist zusammen mit weiteren Objektiven 31, 33 in
einem Revolver 35 untergebracht. Der Revolver 35 ist
phosphoreszierend beschichtet, so dass er im Dunkeln sichtbar ist
und ein Objektivwechsel ermöglicht
ist. Der Objektivrevolver weist außerdem phosphoreszierende Markierungen
auf, die im Dunkeln erkennbar sind und Aufschluss über das aktuell
im Strahlengang befindliche Objektiv geben. Das von der Probe ausgehende
Detektionslicht 37 gelangt durch das Objektiv 29 und über die
Strahlablenkeinrichtung 25 zurück zum Strahlteiler 23,
passiert diesen und die Detektionsblende 38 und trifft
auf das räumlich
spektral aufspaltende Prisma 39 des Multibanddetektors 40,
der die beiden Detektoren 41 und 43 beinhaltet.
Die Detektoren 41, 43 sind als Photomultiplier
ausgeführt.
Die Systemparameter, wie beispielsweise Verstärkerspannung der Detektoren 41, 43,
der maximale Ablenkwinkel der Strahlablenkeinrichtung 25,
die Einstellung der Detektionsbänder
des Multibanddetektors 39, werden mit Hilfe einer Panelbox 45,
die sechs individuell belegbare und beleuchtete Drehknöpfe 47 aufweist,
und mit Hilfe einer Tastatur 49, die hintergrundbeleuchtete
Tasten 51 aufweist, eingestellt. In den Drehknöpfen ist
je eine nicht gezeigte Leuchtdiode angebracht, deren Licht durch
das teiltransparent ausgeführte
Kunststoffmaterial der Drehknöpfe 47 durchscheint.
In der Tastatur 49 sind mehrere Glühbirnen zur Hintergrundbeleuchtung
angebracht. Die Tasten 51 sind derart ausgestaltet, dass
das durchscheinende Licht die Funktion der Taste erkennen lässt. Die
Tasten weisen hierzu unterschiedliche Materialdicken mit unterschiedlichen
Farb- und Transparenzeigenschaften auf.
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Der
Probentisch 53 auf dem die Probe 15 positioniert
ist lässt
sich durch drehen am Stellknopf 55 zum Zwecke der Fokussierung
vertikal verschieben. Der Stellknopf 55 weist einen phosphoreszierenden Ring 57 auf,
der die Position des Stellknopfes im Dunkeln erkennen lässt. Zur
Anzeige der aktuellen Einstellung der Fokussierung ist die hintergrundbeleuchtete
LCD-Anzeige 59 vorgesehen.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es
ist jedoch selbstverständlich,
dass Änderungen
und Abwandlungen durchgeführt
werden können,
ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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- 1
- Mikroskop
- 3
- Mikroskopstativ
- 5
- Scanner
- 7
- Lichtquelle
- 9
- PC
- 11
- Monitor
- 13
- Bild
- 15
- Probe
- 17
- Laser
- 19
- Probenbeleuchtungslicht
- 21
- Anregungsblende
- 23
- Strahlteiler
- 25
- Strahlablenkeinrichtung
- 27
- kardanisch
aufgehängter
Spiegel
- 29
- Objektiv
- 31
- Objektiv
- 33
- Objektiv
- 35
- Revolver
- 37
- Detektionslicht
- 38
- Detektionsblende
- 39
- Prisma
- 40
- Multibanddetektor
- 41
- Detektor
- 43
- Detektor
- 45
- Panelbox
- 47
- Drehknöpfe
- 49
- Tastatur
- 51
- Tasten
- 53
- Probentisch
- 55
- Stellknopf
- 57
- phosphoreszierender
Ring
- 59
- hintergrundbeleuchtete
LCD-Anzeige
- 61
- Bedienelement
- 63
- Bedienelement
- 65
- Bedienelement
- 67
- Bedienelement
- 69
- Bedienelement
- 71
- Bedienelement