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Die
Erfindung geht aus von einem Mikroskop nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 29 44 214 ist
ein Fluoreszenzanalysemikroskop bekannt, bei dem eine Probe mit mehreren
Beleuchtungsquellen aus verschiedenen Richtungen beleuchtet wird.
Die Beleuchtungsquellen strahlen hierbei in jeweils unterschiedlichen
Wellenlängenbereichen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskop anzugeben,
bei dem eine Probe möglichst
gleichmäßig ausgeleuchtet
werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Mikroskop, insbesondere einem Fluoreszenzanalysemikroskop,
mit einem Beleuchtungsträger
und daran angeordneten Beleuchtungseinheiten zur Auflichtbeleuchtung
eines Probenbereichs. Es wird vorgeschlagen, dass mindestens drei
Beleuchtungseinheiten zur gleichzeitigen Auf lichtbeleuchtung des
Probenbereichs aus unterschiedlichen Richtungen am Beleuchtungsträger angeordnet
sind. Hierdurch kann der Probenbereich gleichmäßig ausgeleuchtet werden, wodurch – insbesondere
bei der Fluoreszenzanalyse – eine
hohe und gleichmäßige Abstrahlung ohne
Abschattungsbereiche des Probenbereichs erzielt werden kann.
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Zur
Erhöhung
der Symmetrie sind die Beleuchtungseinheiten zweckmäßigerweise
gleich ausgeformt. Die Beleuchtungseinheiten umfassen jeweils mindestens
eine Beleuchtungsquelle. Diese Beleuchtungsquellen sind zweckmäßigerweise
in Art und Abstrahlcharakteristik gleich ausgeführt, wodurch eine gleichmäßige Beleuchtung
des Probenbereichs einfach erreichbar ist. Die Beleuchtungsquellen
sind vorteilhafterweise separat von einer Steuereinheit ansteuerbar,
so dass die gleichmäßige Beleuchtung,
beispielsweise durch eine Kalibrierung, besonders einfach und zuverlässig erreicht
werden kann. Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn am Beleuchtungsträger Beleuchtungseinheiten
mit Beleuchtungsquellen angeordnet sind, die mit verschiedenen Wellenlängenbereichen
strahlen, wodurch bei einem Fluoreszenzanalyseverfahren mehrere
Tests gleichzeitig durchgeführt
werden können.
Die Beleuchtungseinheiten strahlen zweckmäßigerweise jeweils in gleichem
Winkel auf den Probenbereich, wodurch eine besonders homogene Ausleuchtung
erreichbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Beleuchtungseinheiten gleich ausgeformt und an mehreren dafür vorgesehenen
Aufnahmebereichen des Beleuchtungsträgers angeordnet sind. Hierdurch
kann ein modularer Aufbau des Mikroskops erreicht werden, wobei Beleuch tungseinheiten
einfach austauschbar sind und die Beleuchtung des Probenbereichs
besonders einfach und kostengünstig
an gewünschte
Messungen angepasst werden kann. Die Beleuchtungseinheiten sind
vorteilhafterweise am Beleuchtungsträger angesteckt und können zusätzlich daran
verschraubt sein.
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Die
Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung des Probenbereichs kann weiter gesteigert werden,
wenn am Beleuchtungsträger
mindestens vier Beleuchtungseinheiten angeordnet sind, deren Beleuchtungsstrahlengänge ringförmig zum
Probenbereich angeordnet sind. Außerdem kann hierdurch eine kompakte
Anordnung des Mikroskops erreicht werden. Bei einer hohen Anzahl
von Beleuchtungseinheiten am Beleuchtungsträger kann der Beleuchtungsträger ein
Kühlelement,
wie beispielsweise eine Kühlrippe,
aufweisen. Das Kühlelement
weist hierbei eine zur Kühlung
vorgesehene und speziell zur Kühlung
geeignete Formgebung auf.
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Eine
präzise
Ausrichtung von Beleuchtungsstrahlengängen zu einem Detektionsstrahlengang kann
auf einfache Weise erreicht werden, wenn der Beleuchtungsträger einen
Kanal für
einen Detektionsstrahlengang vom Probenbereich zu einer Kamera bildet.
In diesen Kanal kann eine Detektionsoptik eingefügt, beispielsweise eingesteckt
werden, wobei eine aufwendige Justierung der Beleuchtungsstrahlengänge zum
Detektionsstrahlengang entfallen kann.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass das Mikroskop einen Detektionsstrahlengang vom
Probenbereich zu einer Kamera umfasst, wobei der Beleuchtungsträger ringförmig um
den Detektionsstrahlengang angeordnet ist. Hierdurch kann eine kompak te
Anordnung des Mikroskops bei gleichzeitiger homogener Beleuchtung
des Probenbereichs erreicht werden. Ein stabiles, kompaktes und
einfach zu montierendes Mikroskop kann erreicht werden, wenn der
Beleuchtungsträger
einstückig
ausgeführt ist.
Der Beleuchtungsträger
ist zweckmäßigerweise im
Spritzgussverfahren gefertigt. Mit gleichem Vorteil trägt der Beleuchtungsträger zweckmäßigerweise alle
Beleuchtungseinheiten des Mikroskops.
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Die
Kompaktheit des Mikroskops kann weiter gesteigert werden, wenn die
Beleuchtungseinheiten in zwei Kegelanordnungen am Beleuchtungsträger angeordnet
sind. Es kann durch die Kegelformen eine sehr homogene Beleuchtung
des Probenbereichs erzielt werden. Eine Ober- und Unterseite des Beleuchtungsträgers kann
zur kompakten Anordnung von Beleuchtungseinheiten ausgenutzt werden, wenn
eine Kegelspitze einer der Kegelanordnungen oberhalb und eine unterhalb
des Beleuchtungsträgers
zu liegen kommt.
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Die
Kompaktheit des Mikroskops kann weiter gesteigert werden, wenn zumindest
zwei Beleuchtungseinheiten eine Doppeleinheit bilden, deren Beleuchtungsstrahlengänge durch
einen Einkoppelspiegel zusammengeführt sind.
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Eine
besonders präzise
Entkopplung der Beleuchtung des Probenbereichs von der Abstrahlung aus
dem Probenbereich kann erreicht werden, wenn das Mikroskop einen
vom Probenbereich zu einer Kamera reichenden Detektionsstrahlengang
und einen von einer Beleuchtungseinheit zum Probenbereich reichenden
Beleuchtungsstrahlengang umfasst, wobei der Detektionsstrah lengang
und der Beleuchtungsstrahlengang vollständig separat voneinander geführt sind.
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Eine
exakte und verlustarme Ausrichtung von Strahlung aus den Beleuchtungseinheiten,
insbesondere bei Verwendung von Beleuchtungsquellen verschiedener
Abstrahlungswellenlängen,
kann erreicht werden, wenn die Auflichtbeleuchtung jeweils entlang
eines Beleuchtungsstrahlengangs von einer Beleuchtungseinheit zum
Probenbereich erfolgt und die Beleuchtungsstrahlengänge vollständig separat
voneinander geführt
sind.
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Klein
bauende Beleuchtungseinheiten mit für die Fluoreszenzanalyse besonders
geeigneten Abstrahlungscharakteristiken können erreicht werden, wenn
die Beleuchtungseinheiten jeweils eine Beleuchtungsquelle mit zumindest
einer LED umfassen.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren zum Kalibrieren eines Mikroskops. Insbesondere
bei der Fluoreszenzanalyse ist die gleichmäßige und schattenfreie Ausleuchtung
eines Probenbereichs in einer möglichst
genau vorherbestimmten Intensität
von großer
Bedeutung. Hierzu ist das Kalibrieren des Mikroskops sinnvoll. Es
ist die Aufgabe dieses Teils der Erfindung, ein Verfahren zum Kalibrieren
eines Mikroskops anzugeben, mit dem auf einfache Weise eine gleichmäßige Beleuchtung
eines Probenbereichs mit vorgegebener Intensität erreicht werden kann. Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Mikroskops, insbesondere
eines Fluoreszenzanalysemikroskops, mit mehreren einen Probenbereich
aus verschiedenen Richtungen beleuchtenden Beleuchtungseinheiten,
bei dem eine bekannte Probe be leuchtet, deren Bild von einer Bildverarbeitung ausgewertet,
ein in unerwünschter
Weise beleuchteter Teilbereich des Probenbereichs ermittelt und
zumindest ein Beleuchtungsparameter einer der Beleuchtungseinheiten
mittels einer aus der Ermittlung erhaltenen Vorgabe verändert wird.
Es kann eine gleichmäßige Beleuchtung
eines Probenbereichs mit vorgegebener Intensität auf einfache Weise erreicht werden.
Der Beleuchtungsparameter kann die Abstrahlungsintensität einer
Beleuchtungsquelle einer der Beleuchtungseinheiten sein.
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Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Mikroskop zur Fluoreszenzanalyse,
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2 einen
Beleuchtungsträger
des Mikroskops in einer perspektivischen Ansicht mit zwei in einer
Explosionsansicht dargestellten Beleuchtungseinheiten,
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3 den
Beleuchtungsträger
aus 2 in einer Schnittdarstellung mit eingesetzten
Beleuchtungseinheiten,
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4 den
Beleuchtungsträger
aus den 2 und 3 in einer
Seitenansicht und
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5 einen
von Einstrahlungsbereichen überdeckten
Probenbereich in einer schematischen Darstellung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Mikroskop 2 zur Fluoreszenzanalyse
bzw. ein Fluoreszenzanalysemikroskop mit einem Ständer 4,
einem Ständerfuß 6,
beispielsweise zur Auflage auf einen Tisch, und einem Objektträger 8,
in dessen zentraler Position zur Verdeutlichung ein Probenbereich 10 dargestellt
ist. Oberhalb des Probenbereichs 10 ist ein Beleuchtungsmodul 12 zur
Beleuchtung des Probenbereichs 10 positioniert und darüber eine
Kamera 14 und eine Steuereinheit 16, die von dem
Mikroskop 2 automatisch durchführbare Verfahren steuert und
eine Bildverarbeitung zur Analyse aufgenommener Bilder des Probenbereichs 10 umfasst. Oberhalb
der Steuereinheit 16 ist ein Okular 18 angeordnet,
um einem Bediener einen direkten Blick auf den Probenbereich 10 zu
gewähren.
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Das
Beleuchtungsmodul 12 umfasst einen in 2 in
einer perspektivischen Ansicht dargestellten Beleuchtungsträger 20 zur
Aufnahme von 16 Beleuchtungseinheiten 22a, 22b,
von denen in 2 nur zwei gezeigt sind. Die
Beleuchtungseinheiten 22a, 22b sind jeweils an
dafür vorbereiteten
Aufnahmebereichen 24 angeordnet und mit zwei Schrauben in
Schraublöchern 26 jeweils
am Aufnahmebereich 24 gehalten. Zentral durch den Beleuchtungsträger 20 hindurchgeführt ist
ein Kanal 28 für einen
Detektionsstrahlengang 30 (siehe 3) vom Probenbereich 10 zur
Kamera 14.
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Der
Beleuchtungsträger 20 und
daran angeordnete Beleuchtungseinheiten 22a, 22b sind
in 3 geschnitten dargestellt. In den Kanal 28 ist
ein Kamerahalter 32 mit einer Optik 34 eingeführt, in
den die in 2 nicht dargestellte Kamera 14 eingesteckt ist.
Der Kamerahalter 32 umfasst in seinem Inneren eine schematisch
dargestellte Autofokuseinheit 36 mit einem Motor 38,
durch die eine Linse 40 parallel zum Detektionsstrahlengang 30 nach
oben oder unten zur Fokussierung auf den Probebereich 10 bzw. eine
darin angeordnete Probe bewegt werden kann. Die Autofokuseinheit 36 wird
durch die Steuereinheit 16 gesteuert. Der Beleuchtungsträger 20 ist
aus Kunststoff ausgeführt
und mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens einstückig hergestellt. Er trägt alle
ringförmig
bzw. kegelförmig
um den Detektionsstrahlengang 30 angeordneten Beleuchtungseinheiten 22a, 22b.
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Die
jeweils acht Beleuchtungseinheiten 22a, 22b sind – wie in 4 dargestellt
ist – in
zwei Kegelanordnungen um den Detektionsstrahlengang 30 herumgeführt, wobei
der Detektionsstrahlengang 30 in der Kegelachse der Kegelanordnungen
liegt. Hierbei kommt die gedachte Kegelspitze einer der Kegelanordnungen
oberhalb und die gedachte Kegelspitze der anderen Kegelanordnung
unterhalb des Beleuchtungsträgers 20 zu
liegen. Die Kegelflächen der
beiden Kegelanordnungen sind rechtwinklig zueinander ausgeführt. Zwischen
den Kegelanordnungen sind Kühlrippen 42 zur
Kühlung
des Beleuchtungsträgers 20,
die die von Beleuchtungsquellen 44a, 44b, Linsen 46 und
Spektralfiltern 48 erzeugte Wärme an die Umgebung des Be leuchtungsträgers 20 abführen. Von
den Beleuchtungsquellen 44a, 44b zum Probenbereich 10 führt jeweils
ein Beleuchtungsstrahlengang 50a, 50b. Die Beleuchtungsstrahlengänge 50a, 50b werden
in einem Einkoppelspiegel 52 zum Probenbereich 10 hin
vereinigt. Hierbei bildet jeweils eine Beleuchtungseinheit 22a mit
einer in Richtung des Detektionsstrahlengangs 30 gegenüber angeordneten
Beleuchtungseinheit 22b eine Doppeleinheit, deren Strahlengänge 50a bzw. 50b durch
den Einkoppelspiegel 52 zusammengeführt sind. Im Einkoppelspiegel 52 treffen
die Beleuchtungsstrahlengänge 50a, 50b rechtwinklig
aufeinander.
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Die
Beleuchtungsstrahlengänge 50a, 50b sind – nach ihrer
Vereinigung im Einkoppelspiegel 52 – ringförmig und in gleichem Winkel
zum Probenbereich 10 angeordnet. Sie sind von den Beleuchtungsquellen 44a, 44b bis
zum Probenbereich 10 vollständig separat zum Detektionsstrahlengang 30 geführt. Außerdem sind
die Beleuchtungsstrahlengänge 50a aller
Beleuchtungseinheiten 22a von den Beleuchtungsquellen 44a bis
zum Probenbereich 10 vollständig separat voneinander geführt.
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Die
Beleuchtungsquellen 44a, 44b sind Licht emittierende
Dioden (LEDs), wobei jede Beleuchtungseinheit 22a, 22b jeweils
eine LED aufweist. Zur Verbesserung des unten beschriebenen Verfahrens zur
gleichmäßigen Ausleuchtung
des Probenbereichs 10 können
in jeder Beleuchtungseinheit 22a, 22b jeweils
mehrere LEDs, insbesondere in einer Ebene senkrecht zu den Beleuchtungsstrahlengängen 50a, 50b,
angeordnet sein.
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Die
in ihrer Geometrie gleich ausgeführten Beleuchtungseinheiten 22a, 22b sind
in den Beleuchtungsträger 20 eingesteckt und
dort verschraubt. Die Beleuchtungsquellen 44a der Beleuchtungseinheiten 22a können gleich
ausgeführt
sein und im gleichen Wellenlängenbereich
abstrahlen. Das Gleiche gilt für
die Beleuchtungsquellen 44b der Beleuchtungseinheiten 22b.
Die Beleuchtungsquellen 44b sind jedoch zweckmäßigerweise
in ihrem Spektralbereich unterschiedlich zu den Beleuchtungsquellen 44a,
um durch die Einkopplung der Beleuchtungsstrahlengänge 50b in
die Beleuchtungsstrahlengänge 50a mit
Hilfe des Einkoppelspiegels 52 die Einkoppelverluste zu
minimieren. Es ist jedoch auch möglich,
die Beleuchtungsquellen 44a, 44b in mehr als zwei
Spektralbereiche aufzuteilen, um simultan mehrere Fluoreszenzanalysen
durchführen zu
können.
Hierbei sind insbesondere mindestens vier Farben bzw. unterschiedliche
Spektralbereiche von Vorteil, um gleichzeitig mehrere Analysen durchführen zu
können
und zusätzlich
genügend
Beleuchtungsquellen 44a, 44b pro Farbe zur Verfügung zu haben,
um den Probenbereich 10 mit dem unten beschriebenen Verfahren
gleichmäßig ausleuchten
zu können.
Hierzu sind die Beleuchtungsquellen 44a, 44b durch
die Steuereinheit 16 separat ansteuerbar. Die Spektralfilter 48 sind
in ihrem Spektralbereich auf die Beleuchtungsquellen 44a, 44b abgestimmt.
Der Einkoppelspiegel 52 ist für Strahlung des Spektralbereichs
der Beleuchtungsquellen 44a transmittierend und für Strahlung
des Spektralbereichs der Beleuchtungsquelle 44b reflektierend
ausgeführt.
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Zum
Kalibrieren des Mikroskops 2 wird eine bekannte Standardprobe 54 (siehe 5)
in den Probenbereich 10 eingebracht. Diese Standardprobe 54 enthält Strukturen,
die durch die Bildverarbeitung der Steuereinheit 16 erkannt
werden, wodurch in einem Autofokusverfahren die Autofokuseinheit 36 angesteu ert,
die Linse 40 optimal positioniert und die Standardprobe 54 fokussiert
wird. Anschließend
wird die Standardprobe 54 bzw. der Probenbereich 10 durch
einige oder alle der Beleuchtungseinheiten 22a, 22b beleuchtet.
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Beispielsweise
strahlen alle Beleuchtungsquellen 44a in einem Spektralbereich
bzw. mit einer Farbe, und alle Beleuchtungsquellen 44b in
einem anderen Spektralbereich. In diesem Fall wird beispielsweise
zuerst die Standardprobe 54 mit den Beleuchtungsquellen 44a beleuchtet.
Jede Doppeleinheit aus jeweils einer Beleuchtungseinheit 22a, 22b beleuchtet
nun den Probenbereich 10 mit einem Beleuchtungsfeld 56,
so dass der Probenbereich 10 mit acht sich überdeckenden
Beleuchtungsfeldern 56 beleuchtet ist. Die Standardprobe 54 wird
von der Bildverarbeitung der Steuereinheit 16 auf ihre
Helligkeit hin untersucht, wobei z.B. festgestellt wird, dass ein
Teilbereich 58 des Probenbereichs 10 nur ungenügend beleuchtet
ist. Nun werden diejenigen Beleuchtungsfelder 56, die den
Teilbereich 58 zumindest teilweise überdecken, relativ zu den anderen Beleuchtungsfeldern 56 in
der Weise heller beleuchtet, dass der Teilbereich 58 im
Verhältnis
zum gesamten Probenbereich 10 in einer erwünschten
Weise beleuchtet wird, so dass nunmehr der gesamte Probenbereich 10 wie
gewünscht
gleichmäßig ausgeleuchtet
ist. Anschließend
wird die Standardprobe 54 mit allen Beleuchtungsquellen 44b beleuchtet,
die die gleichen Beleuchtungsfelder 56 wie die Beleuchtungsquellen 44a erzeugen,
und das Verfahren wird für
diese Beleuchtungsquellen 44b analog durchgeführt. Das
Verfahren zum Kalibrieren kann jedoch auch für mehrere verwendete Spektralbereiche gleichzeitig
durchgeführt
werden.
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Bei
Verwendung mehrerer LEDs pro Beleuchtungseinheit 22a, 22b kann
jedes Beleuchtungsfeld 56 nicht nur insgesamt, sondern
auch regional in seiner Helligkeit variiert werden, wodurch der gesamte
Probenbereich 10 mit Hilfe des Kalibrierverfahrens besonders
gleichmäßig ausgeleuchtet
werden kann.
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Mit
der so erreichten Kalibrierung der Ausleuchtung des Probenhereichs 10 können mit
dem Mikroskop 2 quantitative Auswertungen besonders zuverlässig reproduzierbar
und einfach durchgeführt werden.
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- 2
- Mikroskop
- 4
- Ständer
- 6
- Ständerfuß
- 8
- Objektträger
- 10
- Probenbereich
- 12
- Beleuchtungsmodul
- 14
- Kamera
- 16
- Steuereinheit
- 18
- Okular
- 20
- Beleuchtungsträger
- 22a
- Beleuchtungseinheit
- 22b
- Beleuchtungseinheit
- 24
- Aufnahmebereich
- 26
- Schraubenloch
- 28
- Kanal
- 30
- Detektionsstrahlengang
- 32
- Kamerahalter
- 34
- Optik
- 36
- Autofokuseinheit
- 38
- Motor
- 40
- Linse
- 42
- Kühlrippe
- 44a
- Beleuchtungsquelle
- 44b
- Beleuchtungsquelle
- 46
- Linse
- 48
- Spektralfilter
- 50a
- Beleuchtungsstrahlen
-
- gang
- 50b
- Beleuchtungsstrahlen
-
- gang
- 52
- Einkoppelspiegel
- 54
- Standardprobe
- 56
- Beleuchtungsfeld
- 58
- Teilbereich