DE102014110341A1 - Method and apparatus for microscopically examining a sample - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikroskopischen Untersuchen einer Probe (5). Das Verfahren beinhaltet den Schritt des In-Kontakt-bringens der Probe (5) mit einem optisch transparenten Medium (12), das einen höheren Brechungsindex aufweist, als die Probe (5), des Erzeugens eines Beleuchtungslichtbündels (13) und des Lenkens des Beleuchtungslichtbündels (13) durch ein Beleuchtungsobjektiv (1), das das Beleuchtungslichtbündel fokussiert. Anschließend erfolgt das Umlenken des Beleuchtungslichtbündels (13) in Richtung auf die zu untersuchende Probe (5) mit einem an einem Detektionsobjektiv (2) angeordneten Umlenkmittel, derart dass das Beleuchtungslichtbündel auf eine Grenzfläche (10) zwischen dem optisch transparenten Medium (12) und der Probe (5) trifft und dort zur evaneszenten Beleuchtung der Probe (5) totalreflektiert wird. Schließlich erfolgt das Detektieren des von der Probe (5) ausgehenden und durch das Detektionsobjektiv (2) verlaufenden Fluoreszenzlichtes.The invention relates to a method for microscopically examining a sample (5). The method includes the step of contacting the sample (5) with an optically transparent medium (12) having a higher refractive index than the sample (5), generating an illuminating light beam (13) and directing the illuminating light beam (13) by an illumination lens (1), which focuses the illumination light beam. Subsequently, the deflecting of the illumination light beam (13) in the direction of the sample to be examined (5) with a deflection on a detection lens (2) arranged deflection such that the illumination light beam on an interface (10) between the optically transparent medium (12) and the Sample (5) meets and there is totally reflected to the evanescent illumination of the sample (5). Finally, the detection of the fluorescent light emanating from the sample (5) and passing through the detection objective (2) takes place.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikroskopischen Untersuchen einer Probe. The invention relates to a method for microscopically examining a sample.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens. The invention also relates to a device for carrying out such a method.
Bei mikroskopischen Fluoreszenz-Untersuchungen von Proben werden diese zumeist direkt mit einem Beleuchtungslichtbündel beleuchtet, um die Probe im beleuchteten Bereich optisch anzuregen und anschließend das von der Probe ausgehende Fluoreszenzlicht zu detektieren. In der Rastermikroskopie wird der Fokus eines Beleuchtungslichtbündels zumeist mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung, die beispielsweise einen oder mehrere Kippspiegel beinhalten kann, mäanderförmig über oder durch die Probe geführt und die Probe so Probenpunkt für Probenpunkt abgerastert. In microscopic fluorescence investigations of samples, these are usually illuminated directly with an illuminating light beam in order to optically excite the sample in the illuminated area and subsequently to detect the fluorescent light emanating from the sample. In scanning microscopy, the focus of an illumination light bundle is usually meander-shaped over or through the sample with the aid of a controllable beam deflection device, which may for example contain one or more tilt mirrors, and the sample is thus scanned sample by sample point.
Alternativ zu einer direkten Probenbeleuchtung ist es auch möglich, die Probe evaneszent beleuchten. Hierbei wird das Anregungslicht an einer Grenzfläche zur Probe totalreflektiert, wobei die Anregung der Probe durch das mit der Eindringtiefe abklingende evaneszente elektromagnetische Feld erfolgt. Für diese Art der Probenuntersuchung hat sich der Begriff TIRFM (total internal reflection fluorescence microscopy) eingebürgert. As an alternative to direct sample illumination, it is also possible to illuminate the sample evanescently. In this case, the excitation light is totally reflected at an interface to the sample, wherein the excitation of the sample is carried out by evanescent electromagnetic field decaying with the penetration depth. For this type of sample analysis, the term TIRFM (total internal reflection fluorescence microscopy) has become common.
Aus
Darüber hinaus haben die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen hinsichtlich der evaneszenten Probenbeleuchtung oftmals den Nachteil, dass der genaue Ort der Probenbeleuchtung nicht flexibel und hinreichend präzise eingestellt werden kann. In addition, the methods and devices known from the prior art with regard to the evanescent sample illumination often have the disadvantage that the exact location of the sample illumination can not be adjusted flexibly and with sufficient precision.
Darüber hinaus haben die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen den Nachteil, dass die Proben vor einer mikroskopischen Untersuchung bei evaneszenter Beleuchtung aufwendig in speziellen Probenkammern oder zwischen Deckgläsern angeordnet und präpariert werden müssen, bevor die Probenkammer oder die Anordnungen von Deckgläsern, zwischen denen die Probe mechanisch eingeklemmt ist, auf den Objekttisch eines Mikroskops gelegt werden kann. Oftmals werden gerade die Randbereiche der Probe, die an der Grenzfläche anliegen, an der die Totalreflektion stattfinden soll, durch die andauernde Druckbelastung geschädigt, so dass das die nachfolgende mikroskopische Untersuchung zumindest negativ beeinflusst oder sogar ganz unmöglich gemacht wird. In addition, the methods and devices known from the prior art have the disadvantage that the samples before microscopic examination with evanescent lighting consuming in special sample chambers or between coverslips must be arranged and prepared before the sample chamber or the arrangements of coverslips between them the sample is mechanically clamped, can be placed on the stage of a microscope. Often just the edge regions of the sample, which abut the interface at which the total reflection should take place, are damaged by the continuous pressure load, so that the subsequent microscopic examination is at least adversely affected or even made completely impossible.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum mikroskopischen Untersuchen einer Probe anzugeben, das flexibel für unterschiedliche Proben und Anordnungen von Proben einsetzbar und insbesondere probenschonend ausführbar ist. It is the object of the present invention to specify a method for the microscopic examination of a sample which can be used flexibly for different samples and arrangements of samples and can be carried out in particular in a manner that protects the sample.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die folgenden Schritte beinhaltet:
- a. In-Kontakt-bringen der Probe mit einem optisch transparenten Medium, das einen höheren Brechungsindex aufweist als die Probe,
- b. Erzeugen eines Beleuchtungslichtbündels,
- c. Lenken des Beleuchtungslichtbündels durch ein Beleuchtungsobjektiv, das das Beleuchtungslichtbündel fokussiert,
- d. Umlenken des Beleuchtungslichtbündels, das das Beleuchtungsobjektiv durchlaufen hat, in Richtung auf die zu untersuchende Probe mit einem an einem Detektionsobjektiv angeordneten Umlenkmittel, derart dass das Beleuchtungslichtbündel auf eine Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe trifft und dort zur evaneszenten Beleuchtung der Probe totalreflektiert wird,
- e. Detektieren des von der Probe ausgehenden und durch das Detektionsobjektiv verlaufenden Fluoreszenzlichtes. Beispielsweise mit einem Detektor, der ein zur Lichtleistung des Fluoreszenzlichts proportionales elektrisches Signal erzeugt.
- a. Contacting the sample with an optically transparent medium having a higher refractive index than the sample,
- b. Generating an illumination light beam,
- c. Directing the illumination light beam through an illumination objective that focuses the illumination light beam,
- d. Redirecting the illumination light bundle, which has passed through the illumination objective, in the direction of the sample to be examined with a deflecting means arranged on a detection objective, such that the illumination light beam strikes an interface between the optically transparent medium and the sample and is totally reflected there to evanescent illumination of the sample .
- e. Detecting the emanating from the sample and passing through the detection lens fluorescent light. For example, with a detector that generates an electrical signal proportional to the light output of the fluorescent light.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, eine mikroskopische Probe nach dem oben genannten Verfahren bei evaneszenter Beleuchtung abzubilden. It is a further object of the present invention to provide a device which makes it possible to image a microscopic sample according to the above-mentioned method with evanescent illumination.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die ein Beleuchtungsobjektiv und ein Detektionsobjektiv, an dem ein Umlenkmittel zum Umlenken eines Beleuchtungslichtbündels auf eine Grenzfläche zwischen einem optisch transparenten Medium und einer Probe angeordnet ist, aufweist. This object is achieved by a device which has an illumination objective and a detection objective, on which a deflection means for deflecting an illumination light beam is arranged on an interface between an optically transparent medium and a sample.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine evaneszente Probenbeleuchtung mit besonders großer Effizienz ermöglicht ist. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass das Beleuchtungslichtbündel aufgrund der Umlenkung mit dem Umlenkmittel, die nach dem Durchlaufen des Beleuchtungsobjektivs erfolgt, einfach und zuverlässig unter dem erforderlichen Einfallswinkel zum Bewirken einer totalinternen Reflektion auf die Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe gelenkt werden kann. The invention has the advantage that an evanescent sample illumination with particularly large Efficiency is possible. This is particularly due to the fact that the illumination light beam due to the deflection with the deflection means, which takes place after passing through the illumination lens, can be easily and reliably directed at the required angle of incidence to effect a total internal reflection on the interface between the optically transparent medium and the sample ,
Darüber hinaus hat die Erfindung den weiteren, besonderen Vorteil, dass der Auftreffort auf die Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe einfach und ohne die Gefahr geändert werden kann, dass der Grenzwinkel der Totalreflektion ungewollt durchschritten wird, was weiter unten noch im Detail erläutert ist. In addition, the invention has the further, particular advantage that the impact on the interface between the optically transparent medium and the sample can be changed easily and without the risk that the critical angle of total reflection is passed through unintentionally, which will be explained in more detail below is.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus vorteilhaft auch in der Weise ausgeführt werden kann, dass eine Probe vollkommen ohne Druckbelastung der zur untersuchenden Randfläche in eine Untersuchungsposition verbracht werden kann und erst unmittelbar vor dem Erzeugen einer mikroskopischen Abbildung mit dem optisch transparenten Medium in Kontakt gebracht wird, so dass die mikroskopische Untersuchung einer weitgehend unbelasteten Probe ermöglicht ist. Auch dies ist weiter unten insbesondere im Zusammenhang mit einigen Ausführungsbeispielen genauer erläutert. In addition, the method according to the invention can advantageously also be carried out in such a way that a sample can be brought into an examination position completely without pressure loading of the edge surface to be examined and only brought into contact with the optically transparent medium immediately before the generation of a microscopic image, so that the microscopic examination of a largely unloaded sample is possible. This is further explained below in particular in connection with some embodiments.
Um das Beleuchtungslichtbündel mit dem für eine totalinterne Reflektion erforderlichen Einfallswinkel auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium zuverlässig ausrichten zu können, wird die Grenzfläche vorzugsweise in einem von Null Grad verschiedenen Winkel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs und/oder des Detektionsobjektivs ausgerichtet. Besonders flexibel und vielseitig einsetzbar ist eine Ausführung, bei der die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium senkrecht zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs und/oder des Detektionsobjektivs ausgerichtet ist. Insbesondere eine solche Ausrichtung erlaubt es, die Probe und insbesondere ein und denselben Probenbereich der Probe aus unterschiedlichen Richtungen und insbesondere jeweils mit demselben Einfallswinkel zu beleuchten. Dies erfolgt beispielsweise, um die Fluoreszenzeigenschaften der Probe in Abhängigkeit von der Polarisation des Beleuchtungslichts, insbesondere in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Ebene der Linearpolarisation des Beleuchtungslichts, zu untersuchen. In order to be able to reliably align the illuminating light bundle with the angle of incidence required for total internal reflection on the interface between the specimen and the optically transparent medium, the boundary surface is preferably aligned at an angle other than zero to the optical axis of the illuminating objective and / or the detection objective. Particularly flexible and versatile is an embodiment in which the interface between the sample and the optically transparent medium is aligned perpendicular to the optical axis of the illumination objective and / or the detection objective. In particular, such an alignment makes it possible to illuminate the sample and in particular one and the same sample area of the sample from different directions and in particular in each case with the same angle of incidence. This is done, for example, to investigate the fluorescence properties of the sample as a function of the polarization of the illumination light, in particular as a function of the orientation of the plane of the linear polarization of the illumination light.
Insbesondere hierfür kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Beleuchtungslichtbündel nach dem Umlenken in einer Ebene verläuft, die einen von Null Grad verschieden Winkel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs aufweist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Beleuchtungslichtbündel derart abgelenkt wird, dass es unter einem Einfallswinkel im Bereich von 55 bis 70 Grad, insbesondere im Bereich von 60 bis 64 Grad, auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium trifft. Innerhalb dieser Bereiche ist eine evaneszente Probenbeleuchtung der meisten biologischen Proben bei ausreichender Eindringtiefe möglich. In particular, for this purpose, it can be advantageously provided that the illumination light bundle after deflection extends in a plane which has an angle different from zero degrees to the optical axis of the illumination objective. For example, it can be provided that the illumination light beam is deflected such that it strikes the interface between the sample and the optically transparent medium at an angle of incidence in the range of 55 to 70 degrees, in particular in the range of 60 to 64 degrees. Within these areas, evanescent sample illumination of most biological samples is possible with sufficient penetration depth.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Auftreffort und/oder der Einfallswinkel und/oder die Einfallsrichtung des Beleuchtungslichtbündels auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium während der mikroskopischen Untersuchung verändert. In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the impact location and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence of the illumination light beam are changed to the interface between the sample and the optically transparent medium during the microscopic examination.
Ein Ändern des Auftreffortes ermöglicht es beispielsweise, nacheinander unterschiedliche Probenbereiche zu beleuchten und zu untersuchen, indem das von diesen Probenbereichen ausgehende Fluoreszenzlicht einem Flächendetektor zur Erfassung eines zweidimensionalen Bildes, wie beispielsweise einem CCD-Detektor, zugeführt und eine Abbildung des jeweiligen Probenbereiches erzeugt wird. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, die mit dem optisch transparenten Medium in Kontakt stehende Randfläche der Probe systematisch entlang einer Scanbahn abzuscannen und jedem dabei überstrichenen Probenbereich eine Flächenabbildung zuzuordnen. Aus den gewonnen Bildinformationen für die einzelnen Probenbereiche kann dann ein Gesamtabbild der Probe rekonstruiert werden. Beispielsweise kann der Auftreffort des Beleuchtungslichtbündels auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium kontinuierlich entlang einer, insbesondere mäanderförmigen, Scanbahn verändert werden. Auf diese Weise kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die beleuchtete Fläche in aller Regel kleiner ist, als das Beobachtungsfeld des Detektionsobjektivs. Durch Aneinanderreihen mehrerer Abbildungen unterschiedlicher Probenbereiche kann das gesamte Beobachtungsfeld des Detektionsobjektivs ausgenutzt werden. Changing the location of incidence makes it possible, for example, to sequentially illuminate and examine different sample areas by supplying the fluorescent light emanating from these sample areas to an area detector for detecting a two-dimensional image, such as a CCD detector, and to generate an image of the respective sample area. In particular, it is possible, for example, to scan the peripheral surface of the sample which is in contact with the optically transparent medium systematically along a scanning path and to assign a surface image to each sample region which has been swept thereby. From the obtained image information for the individual sample areas, an overall image of the sample can then be reconstructed. For example, the point of incidence of the illumination light beam on the interface between the sample and the optically transparent medium can be changed continuously along a, in particular meandering, scan path. In this way, the fact can be taken into account that the illuminated area is usually smaller than the field of view of the detection objective. By juxtaposing several images of different sample areas, the entire field of view of the detection objective can be utilized.
Allerdings bleibt eine solche Vorgehensweise wohl eher besonderen Anwendungen vorbehalten, während zumeist lediglich ein ausreichend großer Beleuchtungsfokus erzeugt wird, um simultan den gesamten interessierenden Probenbereich evaneszent beleuchten zu können und um simultan mit einem Flächendetektor zur Erfassung eines zweidimensionalen Bildes, wie beispielsweise einem CCD-Detektor, ein Abbild des Probenbereichs zu erzeugen. However, such a procedure is probably reserved for special applications, while usually only a sufficiently large illumination focus is generated in order to be able to evanescently illuminate the entire sample area of interest simultaneously and simultaneously with an area detector for acquiring a two-dimensional image, such as a CCD detector, for example. to create an image of the sample area.
Um einen möglichst großen Beleuchtungsfleck zu erhalten, sollte der Fokus des Beleuchtungslichtbündels in Beleuchtungslichtausbreitungsrichtung möglichst lang sein und einen möglichst großen Fokusdurchmesser aufweisen. Ein in Beleuchtungslichtausbreitungsrichtung langer Fokus ist wichtig, weil der Beleuchtungsfleck auf der Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe auf Grund des großen Einfallswinkels, unter dem das Beleuchtungslichtbündel auf die Grenzfläche trifft, langgezogen ist. Bei einem im Querschnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung kreisrunden Beleuchtungslichtbündel ist die Auftrefffläche auf der Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe naturgemäß elliptisch. Insoweit sollte die Fokuslänge vorzugsweise größer als das Doppelte der großen Halbachse der Ellipse der Auftrefffläche sein. Ein großer Fokusdurchmesser wirkt sich insbesondere in Richtung der kleinen Halbachsen aus. In order to get the largest possible illumination spot, the focus of the Lighting beam in the illumination light propagation direction should be as long as possible and have the largest possible focus diameter. A long focus in the illumination light propagation direction is important because the illumination spot on the interface between the optically transparent medium and the sample is elongated due to the large angle of incidence at which the illumination light beam strikes the interface. In the case of an illumination light bundle which is circular in cross section perpendicular to the direction of propagation, the incident surface on the interface between the optically transparent medium and the sample is of course elliptical. In that regard, the focal length should preferably be greater than twice the large semiaxis of the ellipse of the impact surface. A large focus diameter has an effect especially in the direction of the small half-axes.
Um einen möglichst großen Fokusdurchmesser und einen in Ausbreitungsrichtung möglichst langen Fokus erzeugen zu können, weist das Beleuchtungsobjektiv vorzugsweise eine geringe numerische Apertur von beispielsweise 0,05 auf. Mit einem solchen Objektiv könnte ganz ungefähr und abhängig anderen Parametern, wie dem gewählten Einfallswinkel zur Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe, eine Auftrefffläche von ca. 100 m mal 10 m beleuchtet werden. In order to be able to generate the largest possible focus diameter and a focal length that is as long as possible in the propagation direction, the illumination objective preferably has a low numerical aperture of, for example, 0.05. With such an objective, an incident surface of approximately 100 m by 10 m could be illuminated quite roughly and depending on other parameters, such as the chosen angle of incidence to the interface between the optically transparent medium and the sample.
Um insbesondere in Richtung der kleinen Halbachsen eine Vergrößerung der Auftrefffläche zu erreichen, kann statt eines kreisrunden Beleuchtungslichtbündels ein entsprechend orientierter Lichtstreifen, also ein im Querschnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung längliches Beleuchtungslichtbündel, oder ein Quasi-Lichtstreifen in das Beleuchtungsobjektiv eingekoppelt werden, was weiter unten im Detail erläutert ist. In order to achieve an enlargement of the incident surface, in particular in the direction of the small semiaxes, instead of a circular illuminating light bundle, a correspondingly oriented light stripe, that is to say a lighting bundle that is oblong in cross section perpendicular to the propagation direction, or a quasi-stripe of light can be coupled into the illumination objective, which will be described in more detail below is explained.
Bei einer besonderen Ausführung wird, alternativ oder zusätzlich zu einer Veränderung des Auftreffortes, der Einfallswinkel des Beleuchtungslichtbündels auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium geändert. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Eindringtiefe des evaneszenten Feldes in die Probe und/oder die Größe des mit dem Beleuchtungslichtbündel beleuchteten Flecks zu variieren. In a particular embodiment, as an alternative or in addition to a change in the location of incidence, the angle of incidence of the illuminating light beam is changed to the interface between the sample and the optically transparent medium. In this way it is possible, for example, to vary the penetration depth of the evanescent field into the sample and / or the size of the spot illuminated by the illuminating light bundle.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Veränderung des Auftreffortes und/oder zu einer Veränderung des Einfallswinkels kann auch die Einfallsrichtung des Beleuchtungslichtbündels auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium verändert werden. Dies kann insbesondere erfolgen, um mit der Einfallsrichtung gleichzeitig auch die Linearpolarisationsrichtung des auf die Grenzfläche treffenden Lichtes zu drehen, wenn beispielsweise von der Linearpolarisationsrichtung abhängige Eigenschaften der Probe untersucht werden sollen. As an alternative or in addition to a change in the point of incidence and / or a change in the angle of incidence, the direction of incidence of the illuminating light bundle can also be changed to the interface between the sample and the optically transparent medium. This can be done in particular in order to simultaneously rotate the direction of incidence of the linear polarization direction of the light striking the interface, if, for example, properties of the sample which depend on the linear polarization direction are to be investigated.
Um den Auftreffort und/oder den Einfallswinkel und/oder die Einfallsrichtung des Beleuchtungslichtbündels auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium verändern zu können, kann insbesondere eine hinsichtlich des Ablenkwinkels einstellbare Strahlablenkeinrichtung verwendet werden. Diese kann beispielsweise einen kardanisch aufgehängten Kippspiegel oder zwei um unterschiedliche Drehachsen drehbare Kippspiegel beinhalten. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Beleuchtungslichtbündel mit der Strahlablenkeinrichtung relativ zu dem Beleuchtungsobjektiv und/oder relativ zu dem Umlenkmittel bewegt wird. In order to be able to change the point of incidence and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence of the illuminating light bundle to the interface between the specimen and the optically transparent medium, it is possible in particular to use a beam deflecting device which can be adjusted with respect to the deflection angle. This can include, for example, a gimbal-mounted tilting mirror or two tilting mirrors that can be rotated about different axes of rotation. In particular, it can be provided that the illumination light beam is moved with the beam deflection device relative to the illumination objective and / or relative to the deflection means.
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung einer einstellbaren Strahlablenkeinrichtung ist es auch möglich, dass der Auftreffort und/oder der Einfallswinkel und/oder die Einfallsrichtung des Beleuchtungslichtbündels auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium durch Bewegen der Probe relativ zu dem Beleuchtungsobjektiv und/oder relativ zu dem Beleuchtungslichtbündel verändert wird. Hierzu kann insbesondere ein vorzugsweise in drei Raumrichtungen verschiebbarer Probentisch verwendet werden. As an alternative or in addition to the use of an adjustable beam deflection device, it is also possible that the incidence and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence of the illumination light beam on the interface between the sample and the optically transparent medium by moving the sample relative to the illumination objective and / or is changed relative to the illumination light beam. For this purpose, in particular, a sample table, which can preferably be displaced in three spatial directions, can be used.
Neben den genannten Möglichkeiten zum Verändern des Auftreffortes, des Einfallswinkels und/oder der Einfallsrichtung ist es auch möglich, diese Parameter durch Bewegen des Umlenkmittels relativ zur Probe zu verändern. Dies kann alternativ oder auch zusätzlich zur Verwendung einer Strahlablenkeinrichtung und/oder zu einem Bewegen der Probe erfolgen. Bei einer besonderen Ausführung ist das Umlenkmittel an dem Detektionsobjektiv unbeweglich befestigt. Insbesondere, um jedoch den Auftreffort und/oder den Einfallswinkel und/oder die Einfallsrichtung ändern zu können, kann das Umlenkmittel vorteilhaft beweglich an dem Detektionsobjektiv angeordnet, insbesondere befestigt, sein. In addition to the possibilities mentioned for changing the point of incidence, the angle of incidence and / or the direction of incidence, it is also possible to change these parameters by moving the deflecting means relative to the sample. This can be done alternatively or in addition to the use of a beam deflecting device and / or to move the sample. In a particular embodiment, the deflection means is immovably attached to the detection lens. In particular, however, in order to be able to change the impact location and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence, the deflecting means can advantageously be movably arranged on the detection objective, in particular fastened thereto.
Bei einer besonderen Ausführung ist das Umlenkmittel im Frontbereich und/oder in der Nähe der Frontlinse angeordnet. In a particular embodiment, the deflection means is arranged in the front region and / or in the vicinity of the front lens.
Bei einer besonderen Ausführung ist das Umlenkmittel als Spiegel mit mehreren Facetten ausgebildet. Insbesondere eine solche Ausführung ermöglicht es, den Auftreffort und/oder den Einfallswinkel und/oder die Einfallsrichtung des Beleuchtungslichtbündels auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem optisch transparenten Medium dadurch zu verändern, dass – beispielsweise mittels einer einstellbaren Strahlablenkeinrichtung oder durch Bewegen des Umlenkmittels – nacheinander unterschiedliche Facetten beleuchtet werden. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Facetten räumlich unterschiedlich ausgerichtet sind, um jeweils eine Reflexion in eine andere Raumrichtung bewirken zu können. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, dass das Umlenkmittel eine kegelstumpfförmige Spiegelfläche aufweist. Eine solche Ausführung erlaubt es, das Beleuchtungslichtbündel kontinuierlich und eine Kegeloberfläche beschreibend um eine durch den Auftreffort verlaufende Achse rotieren zu können. In a particular embodiment, the deflection means is designed as a mirror with several facets. In particular, such an embodiment makes it possible to change the point of incidence and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence of the illumination light beam on the interface between the sample and the optically transparent medium in that - for example by means of an adjustable beam deflector or by moving the deflection - successively different facets are illuminated. Here can be provided in particular that the facets are spatially differently aligned in order to effect each a reflection in another spatial direction. Alternatively, it is also possible, for example, for the deflection means to have a frustoconical mirror surface. Such an embodiment makes it possible to rotate the illuminating light bundle continuously and descriptively around a cone surface around an axis running through the point of impact.
Wie erläutert, bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine ganze Reihe von Möglichkeiten zum Einstellen des Auftreffortes und/oder des Einfallswinkels und/oder der Einfallsrichtung, was den ganz besonderen Vorteil hat, dass der Benutzer das Verfahren individuell an die jeweils vorliegenden probenspezifischen oder untersuchungsspezifischen Anforderungen anpassen kann. As explained, the method according to the invention offers a whole range of possibilities for setting the point of incidence and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence, which has the very special advantage that the user can adapt the method individually to the particular sample-specific or examination-specific requirements ,
Für den Fall, dass der Auftreffort geändert wird, insbesondere auch wenn ein Abrastern der Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe erfolgt, kann zur Erzeugung einer aus mehreren Abbildungen zusammengesetzten Gesamtabbildung der Probe eine Zuordnung des jeweiligen Auftreffortes zu jeweils einem Probenbereich erfolgen. In the event that the impact location is changed, in particular even if a scanning of the interface between the optically transparent medium and the sample takes place, an assignment of the respective impact location to a respective sample area can be carried out to produce an overall image of the sample composed of several images.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für jeden Auftreffort unter Berücksichtigung des Einfallswinkels und/oder des Brechungsindexes der Probe und/oder des Brechungsindexes des optisch transparenten Mediums und/oder der Wellenlänge des Beleuchtungslichtbündels und/oder dem Durchmesser des Auftreffortes ein zugehöriger Probenbereich ermittelt wird. Bei einer solchen Ermittlung werden vorzugsweise Fehler, insbesondere systembedingte Fehler, korrigiert oder kompensiert. Insbesondere kann eine Kompensation oder Korrektur von räumlichen Abweichungen des tatsächlichen Verlaufs des Beleuchtungslichtbündels relativ zu einem nach den Grundsätzen der geometrischen Optik zu erwartenden Strahlenverlauf, wie beispielsweise durch den Goos-Hähnchen-Effekt, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt auch eine Kompensation oder eine Korrektur der Fehler, die durch eine Abweichung der Dicke des optisch transparenten Mediums, insbesondere eines Deckglases, von einer Solldicke hervorgerufen würden. Beispielsweise ist es nicht selten, dass die tatsächliche Dicke eines Deckglases erheblich von der Standarddicke von zumeist 170 m abweicht. Derartige Kompensationen und die Berücksichtigung derartiger Korrekturfaktoren haben den Vorteil, dass eine besonders gute Auflösung der Abbildung der zu untersuchenden Probe erreicht werden kann. In particular, it can be provided that for each impact location, taking into account the angle of incidence and / or the refractive index of the sample and / or the refractive index of the optically transparent medium and / or the wavelength of the illumination light beam and / or the diameter of the impact location, an associated sample area is determined. In such a determination, errors, in particular system-related errors, are preferably corrected or compensated. In particular, a compensation or correction of spatial deviations of the actual course of the illumination light beam relative to a to be expected according to the principles of geometric optics beam path, such as by the Goos-chicken effect, take place. Preferably, a compensation or a correction of the errors, which would be caused by a deviation of the thickness of the optically transparent medium, in particular a cover glass, from a desired thickness. For example, it is not uncommon for the actual thickness of a cover glass to deviate significantly from the standard thickness of, for the most part, 170 m. Such compensations and the consideration of such correction factors have the advantage that a particularly good resolution of the image of the sample to be examined can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausführung wird jedem Auftreffort und/oder jedem zugeordneten Probenbereich jeweils wenigstens eine spezifische, insbesondere zweidimensionale, Abbildung zugeordnet, die durch Detektion des während der Beleuchtung des jeweiligen Auftreffortes von der Probe ausgehenden Detektionslichts gewonnen wurde. In an advantageous embodiment, each impact location and / or each assigned sample area is assigned at least one specific, in particular two-dimensional, image which was obtained by detecting the detection light emanating from the sample during the illumination of the respective impact location.
Unter dem Begriff Abbildung wird insbesondere eine Reproduktion der Probe oder eines Teils der Probe in Form von, beispielsweise mittels eines PC, darstellbaren Daten und/oder in Form eines mit dem Auge sichtbaren Bildes verstanden. The term image is understood in particular to mean a reproduction of the sample or a part of the sample in the form of data that can be displayed, for example by means of a PC, and / or in the form of an image visible to the naked eye.
Der Detektor kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass er für jeden Pixel ein zur Lichtleistung des empfangenen Detektionslichts proportionales elektrisches Signal erzeugt. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der Detektor – simultan oder sequentiell – spezifisch Fluoreszenzlicht unterschiedlicher Wellenlängen empfängt und jeweils entsprechende elektrische Detektionssignale erzeugt. Beispielsweise kann es sich bei dem Detektor um einen CMOS-Sensor handeln, der in der Lage ist, Fluoreszenzlicht wellenlängenabhängig in unterschiedlichen Schichten (Kanälen) unabhängig voneinander zu detektieren. Alternativ kann der Detektor mehrere CCD-Detektoren beinhalten, denen mit dichroitischen Strahlteilern jeweils Detektionslicht unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zugeleitet wird. Insbesondere für eine Detektion von Fluoreszenzlicht unterschiedlicher Wellenlängen kann das Anregungslichtbündel mehrere Anregungslichtwellenlängen, beispielsweise eines Mehrfarblasers oder mehrerer Einzellaser oder einer Weißlichtquelle, beinhalten. In particular, the detector may be designed such that it generates an electrical signal proportional to the light output of the received detection light for each pixel. In particular, it can also be provided that the detector - simultaneously or sequentially - specifically receives fluorescent light of different wavelengths and respectively generates corresponding electrical detection signals. For example, the detector may be a CMOS sensor which is capable of detecting fluorescence light independently of wavelength in different layers (channels). Alternatively, the detector may include a plurality of CCD detectors to which detection light of different wavelength ranges is fed with dichroic beam splitters. In particular for a detection of fluorescent light of different wavelengths, the excitation light beam may include a plurality of excitation light wavelengths, for example a multi-color laser or a plurality of individual lasers or a white light source.
Wie bereits erwähnt, kann das Beleuchtungslichtbündel im Querschnitt kreisrund sein. Bei einer solchen Ausführung ist die Auftrefffläche auf der Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe naturgemäß langgezogen und elliptisch. Es ist jedoch, wie ebenfalls bereits erwähnt, auch möglich, dass das Beleuchtungslichtbündel die Form eines Lichtstreifens aufweist. Eine solche Strahlform kann beispielsweise mit einer im Strahlengang des Beleuchtungslichtbündels angeordneten Zylinderoptik erreicht werden. Alternativ ist es auch möglich, einen Quasi-Lichtstreifen dadurch zu erzeugen, dass ein im Querschnitt im wesentlichen rundes Beleuchtungslichtbündel beispielsweise mit Hilfe einer Strahlablenkeinrichtung in einer Raumrichtung derart schnell hin und her gewedelt wird, dass es von einem mittels einer Zylinderoptik erzeugten Lichtstreifen nicht mehr zu unterscheiden ist. As already mentioned, the illuminating light beam may be circular in cross section. In such an embodiment, the impact surface on the interface between the optically transparent medium and the sample is naturally elongate and elliptical. However, as already mentioned, it is also possible that the illuminating light beam has the shape of a light stripe. Such a beam shape can be achieved, for example, with a cylinder optic arranged in the beam path of the illumination light bundle. Alternatively, it is also possible to produce a quasi-light strip in that a cross-sectionally substantially round illumination light bundle, for example with the aid of a beam deflection device in a spatial direction, is moved back and forth in such a rapid manner that it can no longer be generated by a light strip generated by means of a cylinder optics is different.
Die Verwendung eines Beleuchtungslichtbündels in Form eines Lichtstreifens ermöglicht es, die Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Medium und der Probe großflächig zu beleuchten. The use of an illumination light beam in the form of a light strip makes it possible to illuminate the interface between the optically transparent medium and the sample over a large area.
Eine besonders flexibel einsetzbare und präzise arbeitende Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs und die optische Achse des Detektionsobjektivs zueinander parallel oder koaxial ausgerichtet sind, wobei vorzugsweise das Detektionsobjektiv und das Beleuchtungsobjektiv mit ihren jeweiligen Frontlinsen einander zugewandt sind. Bei einer solchen Ausführung kann die zu untersuchende Probe in dem Zwischenraum zwischen dem Beleuchtungsobjektiv und dem Detektionsobjektiv angeordnet werden, wobei in vorteilhafter Weise viel Raum zum Führen und Lenken des Beleuchtungslichtbündels, insbesondere im Hinblick auf eine Beleuchtung der Grenzfläche aus unterschiedlichen Richtungen oder mit unterschiedlichen Einfallswinkeln, verbleibt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Anpassung der Untersuchungsbedingungen an die jeweiligen Erfordernisse gegeben ist. A particularly flexible and precisely working arrangement for carrying out the method according to the invention results when the optical axis of the illumination lens and the optical axis of the detection lens are aligned parallel or coaxial with each other, preferably the detection lens and the illumination lens with their respective front lenses facing each other. In such an embodiment, the sample to be examined can be arranged in the intermediate space between the illumination objective and the detection objective, with advantageously a lot of space for guiding and directing the illumination light bundle, in particular with regard to illuminating the interface from different directions or with different angles of incidence, remains. This has the particular advantage that there are a large number of possibilities for adapting the examination conditions to the respective requirements.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieselbe Probe mit derselben Vorrichtung und einer anderen Untersuchungsmethode untersucht. Eine derartige Vorgehensweise hat den ganz besonderen Vorteil, dass mit unterschiedlichen Untersuchungsmethoden unabhängig voneinander Informationen über die Probe gewonnen werden können, beispielweise um diese Informationen gegeneinander abzugleichen oder um möglichst viele Informationen über die Probe zu Sammeln. Hierbei verbleibt die Probe vorzugsweise in dem Raum zwischen dem Beleuchtungsobjektiv und dem Detektionsobjektiv. In a very particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the same sample is examined with the same device and another examination method. Such a procedure has the very special advantage that information about the sample can be obtained independently of one another with different examination methods, for example in order to compare this information with one another or to gather as much information about the sample as possible. In this case, the sample preferably remains in the space between the illumination objective and the detection objective.
Zusätzlich zu einer Untersuchung, bei der eine wie oben beschriebene evaneszente Beleuchtung der Probe erfolgt, kann vorteilhaft eine SPIM-Untersuchung (SPIM: Single Plane Illumination Microscopy) durchgeführt werden, bei der das Beleuchtungslichtbündel, insbesondere in Form eines Lichtstreifens oder eines Quasi-Lichtstreifens, direkt und ohne Totalreflektion auf und durch die Probe gelenkt wird. Mittels eines solchen Lichtstreifens oder Quasi-Lichtstreifen wird eine Schicht der Probe vollständig durchleuchtet, wobei eine Detektion des senkrecht von dieser Schicht ausgehenden und durch das Detektionsobjektiv kollimierten Detektionslichts erfolgt. Um hierbei eine Ortsinformation bezüglich der einzelnen Probenorte der Schicht erhalten zu können, wird vorzugsweise ein Flächendetektor, beispielsweise ein CCD-Detektor, verwendet. Durch sukzessives Verschieben des Lichtstreifens relativ zur Probe kann Schicht für Schicht durchleuchtet und ein Schichtstapel von ortsaufgelösten Detektionssignalen und damit eine dreidimensionale Rekonstruktion der Probe erzeugt werden. In addition to a study in which an evanescent illumination of the specimen as described above takes place, a single plane illumination microscopy (SPIM) examination can advantageously be carried out, in which the illuminating light bundle, in particular in the form of a light stripe or a quasi light stripe, directed directly and without total reflection on and through the sample. By means of such a light stripe or quasi-light stripe, a layer of the sample is completely transilluminated, with detection of the detection light emanating vertically from this layer and collimated by the detection objective. In order to be able to obtain location information regarding the individual sample locations of the layer, an area detector, for example a CCD detector, is preferably used. By successive shifting of the light strip relative to the sample, it is possible to screen-through layer by layer and to produce a layer stack of spatially resolved detection signals and thus a three-dimensional reconstruction of the sample.
Insbesondere für eine SPIM-Untersuchung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Beleuchtungslichtbündel mittels eines weiteren, an dem Beleuchtungsobjektiv angeordneten Umlenkmittels nach dem Durchlaufen des Beleuchtungsobjektivs unmittelbar zur Probe umgelenkt wird. Dies vorzugsweise derart, dass sich der Lichtstreifen unter einem von Null Grad verschiedenen Winkel zur optischen Achse des Detektionsobjektivs, insbesondere unter einem Winkel von 90 Grad zur optischen Achse des Detektionsobjektivs, ausbreitet. Vorzugsweise ist die Ebene, in der sich der umgelenkte Lichtstreifen beziehungsweise Quasi-Lichtstreifen ausbreitet, senkrecht zur optischen Achse des Detektionsobjektivs ausgerichtet. Eine solche Ausrichtung ermöglicht eine besonders präzise Bildrekonstruktion, bei der aufwändige geometrische Korrekturrechnungen weitgehend vermieden sind. In particular for a SPIM examination, it may be advantageously provided that the illumination light bundle is deflected directly to the sample by means of a further deflection means arranged on the illumination objective after passing through the illumination objective. This is preferably such that the light strip propagates at an angle other than zero to the optical axis of the detection objective, in particular at an angle of 90 degrees to the optical axis of the detection objective. The plane in which the deflected light strip or quasi-light stripe propagates is preferably aligned perpendicular to the optical axis of the detection objective. Such an alignment allows a particularly precise image reconstruction, in which complex geometric correction calculations are largely avoided.
Bei einer besonderen Ausführung sind an dem Detektionsobjektiv wenigstens zwei Umlenkmittel angeordnet von denen eines für die Umlenkung des Beleuchtungslichtbündels zur evaneszenten Probenbeleuchtung dient, während das weitere Umlenkmittel zum Umlenken des, insbesondere zu einem Lichtstreifen oder Quasi-Lichtstreifen geformten, Beleuchtungslichtbündels für eine SPIM-Untersuchung dient. In a particular embodiment, at least two deflecting means are arranged on the detection objective, one of which serves for deflecting the illuminating light bundle for evanescent sample illumination, while the further deflecting means serves to redirect the illuminating light bundle, in particular to a light stripe or quasi-stripe, for a SPIM examination ,
Um zwischen einer evaneszenten Probenbeleuchtung und einer direkten Probenbeleuchtung umschalten zu können, können die Umlenkmittel derart beweglich an dem Detektionsobjektiv angeordnet sein, dass wahlweise das eine oder das weitere Umlenkmittel in den Strahlengang des Beleuchtungslichtbündels eingeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das Beleuchtungslichtbündel mit Hilfe einer hinsichtlich des Ablenkwinkels einstellbaren Strahlablenkeinrichtung auf das jeweils gewünschte Umlenkmittel zu lenken. In order to be able to switch between an evanescent sample illumination and a direct sample illumination, the deflection means can be movably arranged on the detection objective such that either the one or the further deflection means can be introduced into the beam path of the illumination light beam. Alternatively or additionally, it is also possible to direct the illuminating light bundle to the respectively desired deflection means with the aid of a beam deflecting device which can be adjusted with respect to the deflection angle.
Zumeist ist es von Vorteil, wenn das Beleuchtungslichtbündel derart in das Beleuchtungsobjektiv eingekoppelt wird, dass es außermittig durch das Beleuchtungsobjektiv verläuft, weil ein solcher Strahlverlauf es ermöglicht, die Probe auf oder wenigstens nahe der optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs und/oder des Detektionsobjektivs zu positionieren, wobei die Möglichkeit gewahrt ist, die Probe aus ganz unterschiedlichen Richtungen beleuchten zu können. In most cases, it is advantageous if the illumination light beam is coupled into the illumination objective in such a way that it passes eccentrically through the illumination objective because such a beam path makes it possible to position the sample on or at least close to the optical axis of the illumination objective and / or the detection objective, while being able to illuminate the sample from very different directions.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform einer zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung ist das transparente optische Medium selbst das Umlenkmittel oder zumindest Teil des Umlenkmittels. Insbesondere eine solche Ausführung ermöglicht es, die Probe zunächst mechanisch vollkommen unbelastet, beispielsweise in einer wassergefüllten Petrischale zwischen dem Beleuchtungsobjektiv und dem Detektionsobjektiv zu positionieren, wobei vorzugsweise das Beleuchtungsobjektiv in einer inversen Mikroskopanordnung räumlich unterhalb der Probe angeordnet ist, während sich das Detektionsobjektiv oberhalb der Probe befindet. Erst unmittelbar vor der eigentlichen Untersuchung kann in einer solchen Anordnung das transparente optische Medium zusammen mit dem Detektionsobjektiv so weit in Richtung auf die Probe bewegt werden, bis dieses an der Probe anliegt und so die Voraussetzung für eine evaneszente Probenbeleuchtung geschaffen sind. Auf diese Weise wird wirkungsvoll vermieden, dass die Probe bereits lange vor der eigentlichen Untersuchung, beispielsweise durch Einklemmen zwischen Deckgläsern druckbelastet wird, wodurch gerade die zu untersuchenden Randbereiche der Probe nachhaltig geschädigt werden können, was insbesondere bei lebenden Proben von enormen Nachteil ist. In a particularly advantageous embodiment of a device suitable for carrying out the method according to the invention, the transparent optical medium itself is the deflection means or at least part of the deflection means. In particular, such an embodiment makes it possible to initially mechanically completely unloaded the sample, for example, to position in a water-filled Petri dish between the illumination objective and the detection objective, wherein Preferably, the illumination objective is arranged in an inverted microscope arrangement spatially below the sample while the detection objective is located above the sample. Only in such an arrangement can the transparent optical medium, together with the detection objective, be moved in the direction of the sample until immediately before the actual examination, until it rests against the sample, thus creating the prerequisite for evanescent sample illumination. In this way, it is effectively avoided that the sample is pressure-loaded long before the actual examination, for example by pinching between coverslips, whereby just the edge areas of the sample to be examined can be sustainably damaged, which is an enormous disadvantage especially for living samples.
Das Umlenkmittel kann insbesondere einen Block aus transparentem Material, insbesondere ein Prisma, aufweisen. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das aus dem Beleuchtungsobjektiv austretende Beleuchtungslichtbündel durch eine Hypotenusenfläche des Prismas in das Prisma eingekoppelt und an einer verspiegelten Kathetenfläche des Prismas in Richtung auf die an der Hypotenusenfläche anliegende Probe derart reflektiert wird, dass das Beleuchtungslichtbündel an der Hypotenusenfläche als Grenzfläche zur Probe totalreflektiert wird. Das von der Probe ausgehende Fluoreszenzlicht verläuft durch das Prisma zu dem Detektionsobjektiv, das das Detektionslicht kollimiert. The deflection means may in particular comprise a block of transparent material, in particular a prism. In this case, it can be provided, for example, that the illuminating light bundle emerging from the illumination objective is coupled into the prism through a hypotenuse surface of the prism and reflected on a mirrored catheter surface of the prism in the direction of the specimen attached to the hypotenuse surface in such a way that the illuminating light bundle at the hypotenuse surface serves as an interface is totally reflected to the sample. The fluorescent light emanating from the sample passes through the prism to the detection objective, which collimates the detection light.
Zwischen dem optisch transparenten Medium, das, wie erwähnt, beispielsweise aus einem Block aus transparentem Material gebildet sein kann, und dem Detektionsobjektiv befindet sich vorzugsweise ein Mittel zum Anpassen der Brechungsindizes, wie beispielsweise ein Immersionsöl. Between the optically transparent medium, which may be formed, as mentioned, for example, from a block of transparent material, and the detection objective is preferably a means for adjusting the refractive indices, such as an immersion oil.
Eine solche Anordnung erlaubt es insbesondere, das Detektionsobjektiv relativ zu der Probe und relativ zu dem anliegenden Block aus transparentem Material bewegen zu können, wozu eine entsprechende Verstelleinrichtung zum Einstellen des Abstandes des Blocks aus transparentem Material relativ zu dem Detektionsobjektiv vorhanden sein kann. Eine solche Verstellmöglichkeit, beispielsweise mit einem Gewindetrieb, hat den Vorteil, dass bei der evaneszenten Beleuchtung auftretende Effekte, wie beispielsweise der Goos-Hähnchen-Effekt, kompensiert werden können. Such an arrangement makes it possible, in particular, to be able to move the detection objective relative to the sample and relative to the adjacent block of transparent material, for which purpose a corresponding adjustment device for adjusting the distance of the block of transparent material relative to the detection objective can be present. Such an adjustment, for example, with a screw, has the advantage that occurring in the evanescent lighting effects, such as the Goos chicken effect, can be compensated.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung ist das optisch transparente Medium, das gleichzeitig als Umlenkmittel fungiert, insbesondere unmittelbar an eine Frontlinse des Detektionsobjektivs angekoppelt. Die Ankopplung kann beispielsweise durch die Verwendung eines optischen Kits zwischen der Frontlinse des Detektionsobjektivs und dem entsprechend gegengeformten Block aus transparentem Material realisiert sein. Beispielsweise kann die Frontlinse als Halbkugellinse ausgebildet sein, an die ein entsprechend gegengeformter mit einer halbkugelförmigen, konkaven Ankoppelfläche ausgestatteter Block aus transparentem Material, beispielsweise mit einem optischen Kit, angekoppelt ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das optisch transparente Medium, das gleichzeitig als Umlenkmittel fungiert, eine Frontlinse des Detektionsobjektivs beinhaltet und/oder dass das Umlenkmittel als Frontlinse des Detektionsobjektivs fungiert. Diese Lösungen haben den ganz besonderen Vorteil, dass Verluste an Detektionslicht durch ungewollte Reflektionen auf dem Lichtweg des Detektionslichts über das optisch transparente Medium und die Frontlinse des Detektionsobjektivs vermieden oder zumindest minimiert sind. In another advantageous embodiment, the optically transparent medium, which also acts as deflection means, is coupled in particular directly to a front lens of the detection objective. The coupling can be realized for example by the use of an optical kit between the front lens of the detection lens and the corresponding counter-molded block of transparent material. For example, the front lens may be formed as a hemispherical lens, to which a correspondingly counter-molded with a hemispherical, concave coupling surface block of transparent material, for example with an optical kit, is coupled. Alternatively, it can also be provided that the optically transparent medium, which simultaneously acts as a deflection means, includes a front lens of the detection objective and / or that the deflection means functions as a front lens of the detection objective. These solutions have the very particular advantage that losses of detection light due to unwanted reflections on the light path of the detection light via the optically transparent medium and the front lens of the detection objective are avoided or at least minimized.
Wie bereits erwähnt, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Umlenkmittel einen Block aus transparentem Material aufweist, wobei wenigstens eine Außenfläche des Blocks, insbesondere die Außenfläche des Blocks, die dazu ausgebildet und angeordnet ist, an einer Probe anzuliegen, als Einkoppelfenster für das Beleuchtungslichtbündel fungiert. As already mentioned, it may be advantageously provided that the deflection means comprise a block of transparent material, wherein at least one outer surface of the block, in particular the outer surface of the block, which is designed and arranged to abut a sample, acts as a coupling window for the illumination light bundle ,
Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass eine, vorzugsweise andere, Außenfläche des Blocks als Spiegel ausgebildet ist oder einen Spiegel aufweist, um das Beleuchtungslichtbündel umzulenken. Wie bereits erwähnt, kann insbesondere für eine Untersuchung der selben Probe auf der Basis einer anderen Untersuchungsmethode ein weiteres Umlenkmittel zum Umlenken des Beleuchtungslichtbündels, insbesondere eines Beleuchtungslichtbündels in Form eines Lichtstreifens oder Quasi-Lichtstreifens, vorhanden, insbesondere an dem Detektionsobjektiv angeordnet, sein. Insbesondere können das Umlenkmittel und/oder das weitere Umlenkmittel beweglich an dem Detektionsobjektiv befestigt sein, beispielsweise um den Auftreffort und/oder den Einfallswinkel und/oder die Einfallsrichtung des Beleuchtungslichtbündels ändern zu können und/oder um geometrische Korrekturen, beispielsweise zur Korrektur des Goos-Hähnchen-Effekts, vornehmen zu können. Insbesondere zu diesen Zwecken kann, wie bereits erwähnt, die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine hinsichtlich des Ablenkwinkels einstellbare Strahlablenkeinrichtung aufweisen. As also already mentioned, it can be provided that one, preferably another, outer surface of the block is designed as a mirror or has a mirror in order to deflect the illumination light bundle. As already mentioned, in particular for an examination of the same sample on the basis of another examination method, a further deflecting means for deflecting the illuminating light bundle, in particular an illuminating light bundle in the form of a light stripe or quasi-light stripe, may be present, in particular arranged on the detection objective. In particular, the deflecting means and / or the further deflecting means can be movably fastened to the detection objective, for example in order to be able to change the point of incidence and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence of the illuminating light bundle and / or geometric corrections, for example for correcting the Goos chicken Effect to be able to make. In particular, for these purposes, as already mentioned, the device for carrying out the method according to the invention may have a beam deflection device which can be adjusted with respect to the deflection angle.
Insbesondere kann es sich bei der Strahlablenkeinrichtung auch um die Strahlablenkeinrichtung eines Rastermikroskops, insbesondere eines konfokalen Rastermikroskops handeln. In particular, the beam deflection device may also be the beam deflection device of a scanning microscope, in particular a confocal scanning microscope.
Eine Vorrichtung, die geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, kann vorteilhaft auf der Basis eines Rastermikroskops, insbesondere eines konfokalen Rastermikroskops, aufgebaut sein. Hierbei bietet sich insbesondere die Verwendung eines inversen Mikroskopstatives an. Von besonderem Vorteil ist insoweit die Verwendung eines (möglicherweise in einem Labor ohnehin vorhandenen) Rastermikroskops zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. An apparatus which is suitable for carrying out the method according to the invention can advantageously be based on a scanning microscope, in particular a confocal scanning microscope, be constructed. In particular, the use of an inverted microscope stand is suitable. Of particular advantage in this respect is the use of a (possibly already present in a laboratory anyway) scanning microscope for carrying out the method according to the invention.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen: In the drawing, the subject invention is shown schematically and will be described with reference to the figures below, wherein the same or equivalent elements are usually provided with the same reference numerals. Showing:
Die Vorrichtung weist ein Beleuchtungsobjektiv
Die zu untersuchende Probe
Zwischen dem Deckglas
Das Deckglas
Das von der Probe
Es ist insbesondere für eine gute Auflösung wichtig, dass der Fokus des Beleuchtungslichtbündels
Darüber hinaus ist es auch möglich, die Deckgläser
Insbesondere um zu gewährleisten, dass die numerische Apertur des Detektionsobjektivs
Die Probe
Wie bei dem in
Auch bei der in
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das optisch transparente Medium
Die
Die Vorrichtung ist zusätzlich dazu ausgebildet, eine Untersuchung an derselben Probe
Das weitere Umlenkmittel
Zum Einstellen einer korrekten Fokuslage und/oder zum Kompensieren von besonderen geometrischen Effekten, wie sie insbesondere bei einer evaneszenten Probenbeleuchtung auftreten können, sind das erste Umlenkmittel
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Komponenten hinsichtlich ihrer räumlichen Position relativ zu einander justiert werden können, beispielsweise um die Fokuslage korrekt einzustellen und/oder den Auftreffort und/oder den Einfallswinkel und/oder die Einfallsrichtung einstellen zu können. Also in this embodiment, it is advantageous if the individual components can be adjusted relative to each other in terms of their spatial position, for example, to adjust the focus position correctly and / or to be able to adjust the point of incidence and / or the angle of incidence and / or the direction of incidence.
Die
Um einen möglichst großen Beleuchtungsfleck
Die
Durch Bewegen der Probe
Die zu untersuchende Probe
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise mit einer (in dieser Figur nicht dargestellten) Strahlablenkeinrichtung das Beleuchtungslichtbündel
Die zu untersuchende Probe
Der kegelstupfförmigen Spiegel
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Umlenkmittel
Das Beleuchtungsobjektiv
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Beleuchtungsobjektiv lighting lens
- 2 2
- Detektionsobjektiv detection objective
- 3 3
- Umlenkmittel deflecting
- 4 4
- Kegelstumpfförmige Spiegelfläche Truncated cone-shaped mirror surface
- 5 5
- Probe sample
- 6 6
- Erstes Deckglas First cover glass
- 7 7
- Zweites Deckglas Second cover glass
- 8 8th
- wässriges Nährmedium aqueous nutrient medium
- 9 9
- Dichtung poetry
- 10 10
- Grenzfläche interface
- 11 11
- Immersionsöl Immersion oil
- 12 12
- Transparentes optisches Medium Transparent optical medium
- 13 13
- Beleuchtungslichtbündel Illumination light beam
- 14 14
- Detektionslicht detection light
- 15 15
- Verspiegelte Fläche Mirrored surface
- 16 16
- Außenfläche outer surface
- 17 17
- Behältnis container
- 18 18
- Erstes Umlenkmittel First deflection
- 19 19
- Weiteres Umlenkmittel Further deflection
- 20 20
- Optisch transparentes Medium Optically transparent medium
- 21 21
- Verspiegelte Fläche Mirrored surface
- 22 22
- Außenfläche outer surface
- 23 23
- Zweite Spiegelfläche Second mirror surface
- 24 24
- Befestigungseinrichtung fastening device
- 25 25
- Auftrefffläche incident
- 26 26
- große Halbachse big half-axle
- 27 27
- kleine Halbachse small half-axle
- 28 28
- Auftreffort impingement
- 29 29
- Facettenspiegel facet mirror
- 30 30
- Facetten facets
- 31 31
- kegelstupfförmiger Spiegel cone-shaped mirror
- 32 32
- einstellbare Strahlablenkeinrichtung adjustable beam deflection device
- 33 33
- ebener Spiegel level mirror
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10344410 A1 [0005] DE 10344410 A1 [0005]
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---|---|---|---|---|
DE10344410A1 (en) | 2003-09-25 | 2005-04-28 | Leica Microsystems | Scanning microscope with evanescent illumination |
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---|---|---|---|---|
DE10344410A1 (en) | 2003-09-25 | 2005-04-28 | Leica Microsystems | Scanning microscope with evanescent illumination |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017119169B4 (en) | 2016-08-22 | 2023-07-27 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Method and device for SPIM analysis of a sample |
DE102017115661A1 (en) * | 2017-07-12 | 2019-01-17 | Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg | Optical sensor |
US10359365B2 (en) | 2017-07-12 | 2019-07-23 | Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg | Optical sensor |
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