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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop zur herkömmlichen
Fluoreszenzmikroskopie (Epi-Fluoreszenz) und zur Totalinternen-Reflexions-Mikroskopie,
mit mindestens einer Lichtquelle für die herkömmliche
Fluoreszenz-Beleuchtung und mindestens einer Lichtquelle für
die evaneszente Beleuchtung, und mit einem Objektiv, wobei das von den
Lichtquellen auf unterschiedlichen Beleuchtungspfaden kommende Beleuchtungslicht über
einen Strahlvereiniger in das Objektiv und von dort zur Probe gelangt.
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Bei
der Totalinternen-Reflexions-Mikroskopie wird das Brechungsverhalten
von Licht beim Übergang von einem optisch dichteren in
ein optisch dünneres Medium genutzt. So ergibt sich beispielsweise
für den Übergang von Deckglas (n1 = 1,518) zu
Wasser (n2 = 1,33) ein kritischer Winkel von 61° der Winkel
der Total-Reflexion. Unter den Bedingungen der Total-Reflexion (Winkel ≥ 61°)
bildet sich im Medium mit geringerem Brechungsindex eine stehende
evaneszente Welle. Die Intensität dieser Well fällt
exponentiell mit dem Abstand zur Grenzfläche ab. Aufgrund
dessen werden von der Grenzfläche weiter entfernte Fluorophore
nicht angeregt. Die Hintergrundfluoreszenz wird erheblich reduziert.
Der Bildkontrast wird dabei verbessert und die Auflösung wird
gleichzeitig deutlich gesteigert. Voraussetzung für die
Nutzung des voranstehend geschilderten Phänomens ist ein
ausreichend großer Unterschied der Brechungsindizes von
Deckglas und Medium.
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Aus
der
US 2002/0097489
A1 ist ein Mikroskop mit evaneszenter Beleuchtung einer
Probe bekannt. Das Mikroskop beinhaltet eine Weißlichtquelle,
deren Licht über eine Schlitzblende durch das Mikroskopobjektiv
hindurch in den eine Probe tragenden Objektträger zur evaneszenten
Beleuchtung eingekoppelt wird. Das Beleuchtungslicht pflanzt sich
in dem Objektträger durch totalinterne Reflektion fort, wobei
die Beleuchtung der Probe nur im Bereich des aus dem Objektträger
herausragenden evaneszenten Feldes erfolgt. Mikroskope dieser Art
sind unter dem Begriff TIRFM (Total Internal Reflection Fluorescent
Microscope) bekannt. Die z-Auflösung von TIRF-Mikroskopen
ist aufgrund des nur ca. 100 nm in die Probe ragenden evaneszenten
Feldes außerordentlich gut.
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Aus
der
DE 101 08 796
A1 ist ein hochaperturiges Objektiv, insbesondere für
TIRF-Anwendungen, bekannt. Das Objektiv besteht aus einer ersten Linse
mit einer positiven Brechkraft, einer zweiten Linse mit negativer
Brechkraft, wobei das Brennweitenverhältnis zwischen den
beiden Linsen im Bereich von – 0,4 und – 0,1 liegt
und die Gesamtbrechkraft größer Null ist. Ferner
beinhaltet das Objektiv zwei positive Linsen, deren Verhältnisdurchmesser
zur Brennweite größer 0,3 und kleiner 0,6 ist.
Ferner beinhaltet das Objektiv eine Negativlinse und einer Sammellinse,
wobei die Negativlinse der Frontgruppe zugewandt ist und das Brennweitenverhältnis
der Negativlinse und der Sammellinse zwischen – 0,5 und – 2
liegt.
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Aus
der
DE 102 17 098
A1 ist eine Auflichtbeleuchtungsanordnung für
die TIRF-Mikroskopie bekannt. Die Auflichtbeleuchtungsanordnung
beinhaltet eine Beleuchtungsquelle, die im Betrieb ein polarisiertes
Beleuchtungsstrahlenbündel abgibt, das unter einem Winkel
zur optischen Achse propagiert und eine Umlenkeinrichtung, die das
Beleuchtungsstrahlenbündel umlenkt und parallel zur optischen Achse
in das Objektiv einkoppelt. Es ist bei dieser Auflichtbeleuchtungsanordnung
vorgesehen, dass das von der Beleuchtungsquelle abgegebene Beleuchtungsstrahlenbündel
s- und p-Polarisationsrichtungen mit einer Phasendifferenz aufweist
und die Umlenkeinrichtung das Beleuchtungsstrahlenbündel x-mal
reflektiert, wobei x = (n × 180° – d)/60°.
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Aus
der
DE 101 43 481
A1 ist ein Mikroskop zur TIRM (Total Internal Reflection
Microscopy) bekannt. Das Mikroskop weist ein Mikroskopgehäuse und
ein Objektiv auf. Das von einer Beleuchtungseinrichtung ausgehende
Beleuchtungslicht kann über einen in das Mikroskopgehäuse
einschiebbaren Adapter eingekoppelt werden.
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Aus
der
US 2004/0001253
A1 ist ein Mikroskop mit einem optischen Beleuchtungssystem,
das ein einfaches Umschalten zwischen evaneszenter Beleuchtung und
Reflektionsbeleuchtung ermöglicht. Das Beleuchtungssystem
beinhaltet eine Laserlichtquelle, deren Licht in eine optische Faser
eingekoppelt wird. Ferner ist eine Auskoppeloptik vorgesehen, die
das aus der Faser austretende Licht in einen hinteren Brennpunkt
des Mikroskopobjektivs fokussiert. Die optische Faser ist in einer
Ebene senkrecht zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs verschiebbar.
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Aus
der
DE 102 29 935
A1 ist eine Einrichtung zur Einkopplung von Licht in einem
Mikroskop bekannt. Dort wird in der Leuchtfeldblendenebene durch
eine als Schieber ausgeführte Lichtleitfaser-Einkopplung
Laserlicht auf das Präparat gerichtet. Die Erfindung ist
insbesondere für das TIRF-Verfahren geeignet.
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In
der Rastermikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet,
um das von der Probe emittierte Detektionslicht, als Reflexions-
oder Fluoreszenzlicht zu beobachten. Der Fokus eines Beleuchtungslichtstrahlenbündels
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 der aktuellen
Spiegelstellung ausgerüstet. Speziell in der konfokalen
Rastermikroskopie wird ein Objekt mit dem Fokus eines Lichtstrahls
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 sog.
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 Beleuchtungslichtstrahlenbündels
zu einem dreidimensionalen Bild führt. Meist wird ein dreidimensionales
Bild durch schichtweise Bilddatennahme erzielt.
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Bei
denen aus dem Stand der Technik bekannten Mikroskopen erfolgt die
Einkopplung der evaneszenten Beleuchtung regelmäßig
im Rahmen zweidimensionaler Lösungen, wenngleich die dort realisierte
Verstelleinheit stets eindimensional ausgeführt ist. So
erfolgt die Einkopplung beispielsweise über einen so genannten
neutralen Teiler, d. h. über einen Spiegel, der in einem
gewissen Umfange reflektiert und ansonsten transmittiert. Des Weiteren
ist die Einkopplung über einen dichroiti schen Teiler bekannt.
Dabei handelt es sich um einen besonderen Spiegel, der bis auf eine
bestimmte Wellenlänge alle anderen Wellenlängen
reflektiert. Ebenso ist es auch bereits bekannt, die Einkopplung über
einen Polarisationsteiler zu bewerkstelligen. Dabei werden die Laser
für die evaneszente Beleuchtung (TIRF-Beleuchtung) und
der Laser für die herkömmliche Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung
orthogonal zueinander polarisiert und zusammengeführt.
Als eindimensionale Möglichkeit zur Einkopplung der erforderlichen Strahlungsquelle
ist es auch bereits bekannt, kleine zusätzliche Spiegel
im Beleuchtungsstrahlengang für die Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung
zu verwenden.
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Die
bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Einkopplung einer
oder mehrerer Strahlungsquellen zur evaneszenten Beleuchtung sind
in der Praxis problematisch, da es durch die Art der Einkopplung
zu Einschränkungen der spezifischen Eigenschaften der jeweils
verwendeten Strahlungsquelle kommt. So hat die Einkopplung über
einen neutralen Teiler den Nachteil, dass Einbußen in der
Leistung sowohl bei der Strahlungsquelle für die evaneszente
Beleuchtung als auch bei der Strahlungsquelle für die Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung
auftreten. Die Einkopplung über einen dichroitischen Teiler
ist nachteilig, da man sich dabei auf eine bestimmte Wellenlänge
bzw. einen bestimmten Wellenlängenbereich festlegen muss.
Will man im Rahmen einer solchen Realisierung die Wellenlänge
wechseln, so muss man auch einen Wechsel des Strahlvereinigers bzw.
Spiegels vornehmen. Die Einkopplung über einen Polarisationsteiler
ruft ebenfalls einen gravierenden Nachteil hervor, da nämlich
alle verwendeten Bausteile polarisationserhaltend ausgelegt sein
müssen. Außerdem bedeutet die Verwendung eines
Polarisationsteilers den Verzicht auf einen weiteren Freiheitsgrad
bei den Strahlungsquellen. Schließlich scheidet die Einkopplung
mittels kleiner zusätzlicher Spiegel im Beleuchtungsstrahlengang
der Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung von vorneherein aus, da es sich
dabei um eine eindimensionale Lösung handelt. Die zusätzlichen
Spiegel führen außerdem zu einer teilweisen Abdeckung
der Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung, so dass auch insoweit diese Möglichkeit
zur Einkopplung nicht akzeptabel ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop
zur herkömmlichen Fluoreszenzmikroskopie (Epi-Fluoreszenz)
und zur Totalinternen-Reflexions-Mikroskopie derart auszugestalten
und weiterzubilden, dass eine Einkopplung der evaneszenten Beleuchtung
ohne die aus dem Stand der Technik bekann ten Nachteile möglich
ist. Außerdem soll die Einkopplung auf konstruktiv einfache
Weise erfolgen und den automatischen Mikroskopbetrieb auch bei wechselnden
Betriebsparametern mit einem Höchstmaß an Flexibilität
ermöglichen.
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Das
erfindungsgemäße Mikroskop löst die voranstehende
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist das
gattungsbildende Mikroskop dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselmechanismus
vorgesehen ist, mit dem unterschiedliche Strahlvereiniger in den
Strahlengang verbringbar und dort positionierbar sind, wobei die über den
Wechselmechanismus in den Strahlengang verbringbaren Strahlvereiniger
jeweils an unterschiedliche Betriebsparameter des Mikroskops angepasst sind.
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Erfindungsgemäß ist
erkannt worden, dass ein flexibler Einsatz des Mikroskops dadurch
erreicht werden kann, dass ein Wechselmechanismus bereitgestellt
wird, der mit mehreren Strahlvereinigern mit unterschiedlichen optischen
Eigenschaften bestückt ist. In Abhängigkeit von
den jeweiligen Betriebsparametern des Mikroskops kann durch Betätigung
des Wechselmechanismus jeweils ein geeigneter Strahlvereiniger in
den Strahlengang verbracht und dort positioniert werden. Zusätzlich
zu der erreichten Flexibilität ist durch die erfindungsgemäße
Anpassung der über den Wechselmechanismus in den Strahlengang verbringbaren
Strahlvereiniger an aktuell eingestellte Betriebsparameter des Mikroskops
ein Leistungsverlust beim Zusammenführen der beiden Beleuchtungspfade
weitestgehend vermieden. Darüber hinaus entfällt
insbesondere die Notwendigkeit, dass sich ein Nutzer aufgrund der
speziellen Eigenschaften eines fest vorgegebenen Strahlvereinigers
auf bestimmte Beleuchtungslichtwellenlängen festlegen muss.
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Bei
den Betriebsparametern kann es sich um nutzerseitig auswahlbare
Parameter handeln. Dabei kann der Wechselmechanismus von vornherein
mit Strahlvereinigern bestückt werden, die optimal an diejenigen
Betriebsparameter angepasst sind, die sich aus den Hauptanwendungen
des Nutzers ergeben.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist eine Steuerung zur automatischen
Festlegung der Betriebsparameter des Mikroskops in Abhängigkeit
von nutzerseitig auswahlbaren Applikationen vorgesehen. So kann
bspw. vorgesehen sein, dass der Nutzer die zu untersuchende Probenart,
eine gewünschte Untersuchungsmethode, etc. vorgibt und
in Abhängigkeit dieser Vorgaben die Betriebsparameter des
Mikroskops, insbesondere Objektive, Lichtquellen sowie Strahlvereiniger
festgelegt und ggf. eingestellt bzw. aktiviert werden.
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Hinsichtlich
der Auswahl eines an die jeweilige Anwendung bzw. an die jeweiligen
Betriebsparameter angepassten Strahlvereinigers kann in Abhängigkeit
von dem verwendeten Objektiv und/oder von den durch die verwendeten
Lichtquellen emittierten Wellenlängen eine Zuordnung über
eine Tabelle realisiert sein. Hierdurch ist für den Nutzer
eine einfache Handhabbarkeit geschaffen, da er nach Auswahl eines
Objektivs sowie der Lichtquellen lediglich den passenden Strahlvereiniger
aus der Tabelle ablesen und über den Wechselmechanismus
in den Strahlengang verbringen muss. Anstelle einer Zuordnung zu einem
einzigen Objektiv kann auch eine Zuordnung zu einer Objektivgruppe
mit mehreren Objektiven erfolgen.
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Im
Hinblick auf eine besonders komfortable und sichere Handhabung kann
vorgesehen sein, dass die Auswahl des Strahlvereinigers im Sinne
einer Zwangskopplung realisiert ist. Eine Zwangskopplung kann insbesondere
mit dem verwendeten Objektiv bzw. einer verwendeten Objektivgruppe und/oder
mit den von den verwendeten Lichtquellen emittierten Wellenlängen
bzw. Wellenlängenbereichen erfolgen. Eine Fehlbedienung
ist somit wirksam vermieden, da nach der Auswahl des Objektivs und der
verwendeten Lichtquellen eine Steuerung dafür sorgt, dass über
eine entsprechende Ansteuerung des Wechselmechanismus automatisch
ein an die aktuellen Betriebsparameter angepasster Strahlvereiniger
in den Strahlengang verbracht wird.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist die Zwangskopplung mittels einer
Softwaresteuerung umgesetzt. Bei einer Softwaresteuerung umfasst
die Software in vorteilhafter Weise ein Programm zum Einlernen der
Strahlvereiniger. Ein solches Programm erlaubt auch Ausführungen,
bei denen eine nutzerseitige Bestückung des Wechselmechanismus mit
Strahlvereinigern vorgesehen ist.
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Im
Rahmen einer konkreten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass der Wechselmechanismus in Form einer Revolvereinrichtung oder
in Form eines Schie bers ausgeführt ist. Eine Drehung des
Revolvers bzw. eine Linearbewegung des Schiebers kann mittels eines
elektrischen Antriebs, bspw. mittels eines Schrittmotors, bewirkt
werden. Der elektrische Antrieb kann mit einem Steuerungsrechner
in Wirkverbindung stehen und von diesem mit geeigneten Steuersignalen
beaufschlagt werden.
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Im
Hinblick auf eine eindeutige Erkennung und Unterscheidung der von
dem Wechselmechanismus aufgenommenen Strahlvereiniger kann vorgesehen
sein, dass jedem Strahlvereiniger ein Transponder zugeordnet ist,
so bspw. ein RFID (Radio Frequency IDenfication)-Chip oder ein Smart
Tag. Die Transponder können mit einer für den
jeweiligen Strahlvereiniger spezifischen Codierung versehen sein.
In diesem Zusammenhang kann des Weiteren eine Leseeinrichtung zum
Auslesen der Transponder per Funk vorgesehen sein. Bevorzugt ist
die Leseeinrichtung in der Nähe des Wechselmechanismus
positioniert. Im Konkreten könnte die Leseeinrichtung bspw.
am Mikroskopgehäuse angebracht sein. Die Leseeinrichtung
kann die ausgelesenen Transpondersignale drahtgebunden oder ebenfalls
per Funk an den Steuerungsrechner übertragen. Auf der Grundlage
der von der Leseeinrichtung empfangenen Signale kann der Steuerungsrechner
geeignete Steuerungssignale zum Verstellen des Wechselmechanismus
generieren.
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In
einer konkreten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass
der Strahlvereiniger als dichroitischer Spiegel ausgeführt
ist. Eine derartige Ausführung erfordert einen minimalen
Justageaufwand, da der Wechselmechanismus an einer nahezu beliebigen
Stelle im Strahlengang des Beleuchtungslichts angeordnet werden
kann. Die Filter können derart gestaltet sein, dass sie
entweder nur eine Wellenlänge bzw. einen schmalen Wellenlängenbereich reflektieren
oder nur eine Wellenlänge bzw. einen schmalen Wellenlängenbereich
durchlassen, je nach dem, ob die Einkopplung des zur evaneszenten
Beleuchtung dienenden Beleuchtungslichts in Reflexion oder in Transmission
erfolgt. Diese Art der Ausgestaltung hat den Vorteil, dass 100%
der Leistung des Laserlichts in beliebiger Polarisation für
die Totalinterne-Reflexionsbeleuchtung zur Verfügung stehen. Gleichzeitig
bleibt die Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung quasi unberührt.
Die einzige Beeinflussung der Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung besteht
darin, dass diejenige Wellenlänge bzw. derjenige schmale
Wellenlängenbereich, der für die Totalinterne-Reflexionsbeleuchtung
verwendet wird, im Spektrum der Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung fehlt.
In der Praxis macht sich dieser Umstand allerdings nicht weiter
bemerkbar, da die dichroitischen Spiegel äußerst schmalbandig
ausgestaltet werden können.
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Im
Rahmen einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen
sein, dass der Strahlvereiniger in der Ebene der Objektivpupille
oder in einer dazu konjugierten Ebene oder zumindest in der Nähe einer
solchen Ebene angeordnet ist. In diesem Fall ist anstelle eines
dichroitischen Spiegels ein Strahlvereiniger einsetzbar, der derart
strukturiert ist, dass er das zur herkömmlichen Fluoreszenzbeleuchtung
dienende Beleuchtungslicht und das zur evaneszenten Beleuchtung
dienende Beleuchtungslicht in geometrisch voneinander getrennten,
vorzugsweise parallel oder koaxial zueinander verlaufenden Strahlengängen
in das Objektiv leitet. Die geometrisch voneinander getrennten Strahlengänge
können nebeneinander verlaufen, vorzugsweise parallel,
oder koaxial zueinander angeordnet sind. Wesentlich ist jedenfalls, dass
der Strahlvereiniger aufgrund seiner Struktur es ermöglicht,
das Beleuchtungslicht zur herkömmlichen Fluoreszenz-Beleuchtung
und das Beleuchtungslicht zur evaneszenten Beleuchtung gemeinsam
einzukoppeln, jedoch in geometrisch voneinander getrennten Strahlengängen,
ohne auf Eigenschaften der Strahlung wie Wellenlänge oder
Polarisation zurückzugreifen. Einbußen in der
Leistung treten dabei nicht auf und es findet auch keine Beschränkung
auf eine eindimensionale Lösung statt.
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Im
Konkreten kann es sich bei den Strahlvereinigern um strukturierte
Spiegel, nämlich um strukturierte Sektionalspiegel handeln.
Die reflektierende Spiegelfläche kann dabei aufgedampft
oder sonst wie erzeugt sein.
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Des
Weiteren ist es denkbar, dass die Strahlvereiniger mit Hilfe des
Wechselmechanismus auf der optischen Achse zwischen der Lichtquelle
für die evaneszente Beleuchtung und dem Objektiv positionierbar
sind. Entsprechend weisen die Strahlvereiniger einen inneren Reflexionsbereich
zum Einspiegeln des zur Fluoreszenz-Beleuchtung dienenden Beleuchtungslichts
und einen äußeren Transmissionsbereich zum Durchlass
des zur evaneszenten Beleuchtung dienenden Beleuchtungslichts auf.
Dadurch ist es möglich, die Beleuchtung für die
normale Fluoreszenz über den Spiegel einzuspiegeln und
die Lichtquelle für die evaneszente Beleuchtung durch den
Spiegel in der Objektivpupille zu positionieren.
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Grundsätzlich
ist es auch möglich, dass die beiden Achsen der Beleuchtungslichtquellen
vertauscht sind. Entsprechend können die Strahlvereiniger
mit Hilfe des Wechselmechanismus auf der optischen Achse zwischen
der Lichtquelle für die herkömmliche Fluoreszenz-Beleuchtung
und dem Objektiv positionierbar sein, wobei die Strahlvereiniger dann
einen inneren Transmissionsbereich für das zur Fluoreszenz-Beleuchtung
dienende Beleuchtungslicht und einen äußeren Reflexionsbereich
für das zur evaneszenten Beleuchtung dienende Beleuchtungslicht
aufweisen. Beliebige Strukturen bzw. Geometrien der jeweiligen Bereiche
der Strahlvereiniger sind denkbar, wobei es lediglich auf die geometrische Trennung
der beiden Strahlengänge für die unterschiedlichen
Arten der Beleuchtung ankommt.
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Wie
bereits zuvor erwähnt, können die Strahlvereiniger
zwei Bereiche zur Bewerkstelligung der geometrischen Trennung der
beiden Strahlengänge aufweisen. Dabei kann der äußere
Bereich der Strahlvereiniger unmittelbar an den inneren Bereich der
Strahlvereiniger anschließen. Es ist denkbar, dass der
innere Bereich der Strahlvereiniger als Kreisfläche und
der äußere Bereich der Strahlvereiniger als Kreisringfläche
ausgebildet sind. Auch ist es möglich, dass der innere
Bereich der Strahlvereiniger als elliptische Fläche und
der äußere Bereich der Strahlvereiniger als elliptische
Ringfläche ausgebildet ist.
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Im
Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann der innere Bereich
der Strahlvereiniger als eckige Fläche, vorzugsweise als
quadratische Fläche, und der äußere Bereich
der Strahlvereiniger als entsprechend angepasste umlaufende eckige
Fläche ausgebildet sein, wobei die äußere
Fläche die innere Fläche insgesamt oder zumindest
bereichsweise umgibt.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass die Strahlvereiniger einen zu
dem zuvor erörterten Aufbau invertierten Aufbau haben können
oder in der Ausgestaltung der jeweiligen Bereiche Modifikationen
in der Form und in der Struktur besitzen. Grundsätzlich
ist vorgesehen, dass der Wechselmechanismus mit unterschiedlichen
Strahlvereinigern bestückt ist, deren Bereich oder deren
Bereiche zum Durchlass der evaneszenten Beleuchtung auf unterschiedliche
Objektive abgestimmt ist bzw. sind. Eine Abstimmung sollte dabei
grundsätzlich stets in Bezug auf die Größe
der Objektivpupille erfolgen. Beliebige sonstige Anpassungen, so
bspw. an den Brechungsindex der die zu untersuchende Probe beinhaltenden Lösung
bzw. der Probe selbst, sind denkbar.
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Darüber
hinaus kann vorgesehen sein, dass die Strahlvereiniger mehr als
zwei, insbesondere vier Kreisringflächen bzw. elliptische
Ringflächen aufweisen, die hinsichtlich der Transmission/Reflexion
von zur Fluoreszenzbeleuchtung und zur evaneszenten Beleuchtung
dienendem Beleuchtungslicht in ihrer Größe und
Position auf unterschiedliche Objektive abgestimmt sind. In diesem
Fall kann ein Objektivwechsel erfolgen, ohne dass eine Betätigung
des Wechselmechanismus für die Strahlvereiniger notwendig
ist.
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Im
Hinblick auf einen effektiven Schutz der zu untersuchenden Proben
bzw. des Bedienpersonals ist auf den Beleuchtungspfaden, vorzugsweise in
unmittelbarer Nähe der Lichtquellen, eine Unterbrechungseinrichtung
zur Verhinderung der Ausbreitung von Beleuchtungslicht angeordnet.
Die Unterbrechungseinrichtung kann konkret als mechanischer Shutter
ausgeführt sein oder durch elektro- und/oder magneto-optische
Modulationsmittel gebildet sein. In besonders vorteilhafter Weise
ist die Unterbrechungseinrichtung mit dem Steuerungsrechner gekoppelt.
Auf diese Weise lässt sich eine automatische Synchronisation
der Unterbrechungseinrichtung mit dem Vorgang des Einbringens und
Positionierens eines Strahlvereinigers im Strahlengang erreichen.
Die Steuerung kann derart ausgelegt sein, dass die Unterbrechungseinrichtung
in einen geschlossenen, d. h. die Lichtausbreitung verhindernden
Zustand gebracht wird, sobald der Wechselmechanismus aktiviert wird.
Sobald ein neuer Strahlvereiniger exakt im Strahlengang positioniert
ist kann eine automatische Freigabe durch Öffnen der Unterbrechungseinrichtung
erfolgen. Auf diese Weise ist effektiv vermieden, dass während
eines Wechselvorgangs vagabundierendes Licht im Strahlengang des Mikroskops
auftritt.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden
Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten
Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung
bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung werden auch im Allge meinen bevorzugte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung
zeigt
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1 in
einer schematischen Ansicht den grundsätzlichen Aufbau
eines erfindungsgemäßen Mikroskop,
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2 in
einer schematischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel
eines in der Anordnung gemäß 1 verwendeten
Wechselmechanismus,
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3 in
einer schematischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel
eines in der Anordnung gemäß 1 verwendeten
Wechselmechanismus.
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1 zeigt
den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Mikroskops, welches sich sowohl zur herkömmlichen Fluoreszenzmikroskopie (Epi-Fluoreszenz)
als auch zur Totalinternen-Reflexions-Mikroskopie eignet. Genauer
gesagt zeigt 1 den Beleuchtungsstrahlengang
in Bezug auf die beiden Betriebsarten. Das Mikroskop umfasst eine Lichtquelle 1 für
die herkömmliche Fluoreszenz-Beleuchtung und eine Lichtquelle 2 für
die evaneszente Beleuchtung, wobei eine Verstelleinheit bzw. ein Scanner 3 vorgesehen
sein kann.
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Des
Weiteren umfasst das Mikroskop ein Objektiv 4, wobei das
von den Lichtquellen 1, 2 auf unterschiedlichen
Beleuchtungspfaden, 5, 6 kommende Beleuchtungslicht über
einen Strahlvereiniger 7 in das Objektiv und von dort zur
Probe 8 gelangt. In dem konkret dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Strahlvereiniger 7 als strukturierter Sektionalspiegel
ausgeführt und in einer zur Ebene der Objektivpupille 9 konjugierten
Ebene angeordnet. Vor den Lichtquellen 1, 2 ist
jeweils eine als mechanischer Shutter ausgebildete Unterbrechungseinrichtung 10 angeordnet.
Schließlich umfasst das Mikroskop einen Steuerungsrechner 11,
dessen Funktionsweise weiter unten im Detail erläutert
wird.
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Die 2 und 3 zeigen
in schematischen Ansichten gemeinsam mit der 1, dass
an der Position des Strahlvereinigers 7 ein Wechselmechanismus 12 vorgesehen
ist, der mit unterschiedlich ausgeführten Strahlvereinigern 7 bestückt
ist. Die Strahlvereiniger 7 sind über den Wechselmechanismus 12 in
den Strahlengang 5, 6 verbringbar und dort positionierbar,
wobei die Strahlvereiniger 7 jeweils an unterschiedliche
Betriebsparameter des Mikroskops angepasst sind. In dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Wechselmechanismus 12 als Schieber 13 ausgeführt,
der mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang der durch
den Doppelpfeil angedeuteten Richtungen linear verschiebbar ist. Der
Schieber 13 umfasst insgesamt vier Aufnahmeplätze 14a bis 14d zur
Aufnahme jeweils eines Strahlvereinigers 7. Der Schieber
kann selbstverständlich eine beliebige andere Anzahl von
Aufnahmeplätzen 14 aufweisen. In der konkret dargestellten Situation
ist der Strahlvereiniger 7, der in Aufnahmeplatz 14a angeordnet
ist, im Strahlengang 5, 6 positioniert.
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3 zeigt
in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform, bei
der der Wechselmechanismus 12 als Revolvereinrichtung 15 mit
ebenfalls vier Aufnahmeplätzen 14a bis 14d für
unterschiedliche Strahlvereiniger 7 ausgeführt
ist. Auch der Revolver 15 kann selbstverständlich
eine beliebige andere Anzahl von Aufnahmeplätzen 14 aufweisen
Mittels eines nicht dargestellten elektrischen Antriebs kann die
Revolvereinrichtung 15 gedreht werden und somit jeder beliebige
Strahlvereiniger 7 in einem der Aufnahmeplätze 14a bis 14d in
den Strahlengang verbracht werden.
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Die 1 zeigt
schematisch die Funktionsweise einer Steuerung zum Betrieb des erfindungsgemäßen
Mikroskops, wobei die Steuerung in dem konkret dargestellten Ausführungsbeispiel
als softwarebasierte Computersteuerung mit einem Steuerungsrechner 11 realisiert
ist. Wie durch die Pfeile schematisch angedeutet werden dem Steuerungsrechner 11 Signale
zugeführt, die Informationen bezüglich des aktuell
in den Strahlengang eingebrachten Objektivs 4 sowie bezüglich
der von der Lichtquelle 2 für die evaneszente
Beleuchtung emittierten Wellenlängen umfassen. Obschon
in der Figur nicht gezeigt, kann eine derartige Kopplung auch mit
der Lichtquelle 1 für die Epi-Fluoreszenz-Beleuchtung vorgesehen
sein. In Abhängigkeit dieser Informationen generiert der
Steuerungsrechner 11 geeignete Steuerungssignale. Mit den
Steuerungssignalen wird der Antrieb des Wechselmechanismus 12 angesteuert,
wodurch automatisch der an die aktuell eingestellten Betriebsparameter
optimal angepasste Strahlvereiniger 7 in den Strahlengang 5, 6 verbracht wird.
Dazu greift der Steuerungsrechner 11 bspw. auf eine Tabelle
zu, in der die konkreten Eigenschaften der in den einzelnen Aufnahmeplätzen 14a bis 14d angeordneten
Strahlvereiniger 7 gespeichert ist. Eine Erkennung der
verschiedenen Strahlteiler 7 kann zudem durch Transponder
erfolgen, die den einzelnen Strahlvereinigern 7 zugeordnet
sind und eine für den jeweiligen Strahlvereiniger 7 spezifische
Codierung umfassen. Zum Auslesen der Transponder ist eine entsprechende
Leseeinrichtung vorgesehen, die bevorzugt am Mikroskopgehäuse
montiert ist.
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In
Bezug auf Merkmale, die sich den Figuren nicht entnehmen lassen,
sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der
Beschreibung verwiesen.
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Schließlich
sei darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten
Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten
Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2002/0097489
A1 [0003]
- - DE 10108796 A1 [0004]
- - DE 10217098 A1 [0005]
- - DE 10143481 A1 [0006]
- - US 2004/0001253 A1 [0007]
- - DE 10229935 A1 [0008]