DE102016117675A1

DE102016117675A1 - Beleuchtungsmodul für ein Mikroskop

Info

Publication number: DE102016117675A1
Application number: DE102016117675.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Schumann
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: DE102016117675B4

Abstract

Beschrieben ist ein Beleuchtungsmodul (12) für ein Mikroskop (10) mit einem Fokussiertrieb (20), durch den ein Detektionsobjektiv (24) des Mikroskops (10) längs seiner optischen Achse (O) verschiebbar ist. Das Beleuchtungsmodul umfasst eine Lichtquellenanordnung (34), die ausgebildet ist, eine lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung (48) zu erzeugen, und ein Beleuchtungsobjektiv (36), das ausgebildet ist, eine Probe (26) mit der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung (48) zu beleuchten. Das Beleuchtungsmodul (12) hat eine Ankoppelvorrichtung (38), die ausgebildet ist, das Beleuchtungsmodul (12) zur gleichlaufenden Verschiebung mit dem Detektionsobjektiv (24) an den Fokussiertrieb (20) des Mikroskops (10) anzukoppeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul für ein Mikroskop mit einem Fokussiertrieb, durch den ein Detektionsobjektiv des Mikroskops längs einer optischen Achse verschiebbar ist, umfassend eine Lichtquellenanordnung, die ausgebildet ist, eine lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung zu erzeugen, und ein Beleuchtungsobjektiv, das ausgebildet ist, eine Probe mit der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung zu beleuchten. Ferner betrifft die Erfindung ein Mikroskop mit einem solchen Beleuchtungsmodul.
Die Lichtblatt- oder Lichtscheibenmikroskopie, kurz SPIM (Single Plane Illumination Microscopy) oder LSFM (Light Sheet Fluorescence Microscopy), ist ein lichtmikroskopisches Verfahren, bei dem nur eine dünne Schicht innerhalb der Probe mit einer lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung beleuchtet wird. Die Lichtblattmikroskopie bietet gegenüber herkömmlichen Verfahren, die auf dem Gebiet der Weitfeldmikroskopie oder der Rastermikroskopie angewandt werden, eine Reihe von Vorteilen. Gegenüber rastermikroskopischen Verfahren besitzt die Lichtblattmikroskopie deutliche Geschwindigkeitsvorteile, da sie als Weitfeldtechnik die Parallelisierung in der Bildgebung nutzt. Im Vergleich zu herkömmlichen Weitfeldmethoden hat sie infolge der selektiven Beleuchtung der Fokusebene des Detektionsstrahlengangs den Vorteil einer besseren Tiefenauflösung. Indem die Beleuchtung auf den Fokusbereich der Detektion beschränkt wird, kann die phototoxische Wirkung der Beleuchtung auf lebende biologische Proben minimiert werden. Dies macht die Lichtblattmikroskopie zu einer geeigneten Technik für die schnelle dreidimensionale Abbildung sowohl fixierter als auch lebender Proben.
Es ist eine Vielzahl von Anordnungen zur Lichtblattmikroskopie bekannt. In den meisten dieser Anordnungen sind sowohl der Detektionsstrahlengang als auch der Beleuchtungsstrahlengang liegend, d.h. horizontal angeordnet, wobei die Probe von oben in den Probenraum eingebracht wird. Eine solche Anordnung ist nicht kompatibel mit dem Aufbau klassischer Mikroskope, die als Plattform für eine Vielzahl von mikroskopischen Anwendungen dienen und für die eine große Menge an Zubehör zur Verfügung steht.
Anordnungen zur Lichtblattbeleuchtung in einem inversen Mikroskop sind beispielsweise in T. Bruns et al., Journal of Biomedical Optics 17 (10), 101518, (2012) beschrieben. Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, dass aufgrund der gewählten Geometrie eine Verwendung von Immersionsobjektiven mit großem Arbeitsabstand nicht möglich ist, da das Immersionsmedium bei einem großen Arbeitsabstand über das Objektiv ablaufen würde. Die Eindringtiefe in die Probe ist somit begrenzt. Des Weiteren sehen diese bekannten Anordnungen keine Lösung für das Problem vor, dass bei der Bildgebung in Proben, die einen vom Brechungsindex des Immersionsmediums abweichenden Brechungsindex aufweisen, die Fokus- oder Detektionsebene und die Lichtblattebene aufgrund der optischen Weglängenänderung axial, d.h. längs der optischen Achse des Detektionsstrahlengangs, auseinander laufen.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Beleuchtungsmodul anzugeben, das zusammen mit einem Mikroskop flexibel zur Lichtblatterzeugung einsetzbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein mit einem solchen Beleuchtungsmodul ausgestattetes Mikroskop anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 10. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht ein Beleuchtungsmodul für ein Mikroskop mit einem Fokussierantrieb vor, durch den ein Detektionsobjektiv des Mikroskops längs seiner optischen Achse verschiebbar ist. Das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul umfasst eine Lichtquellenanordnung, die ausgebildet ist, eine lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung zu erzeugen, und ein Beleuchtungsobjektiv, das ausgebildet ist, eine Probe mit der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung zu beleuchten. Das Beleuchtungsmodul weist ferner eine Ankoppelvorrichtung auf, die ausgebildet ist, das Beleuchtungsmodul zur gleichlaufenden Verschiebung mit dem Detektionsobjektiv an den Fokussiertrieb des Mikroskops anzukoppeln.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul lässt sich über die Ankoppelvorrichtung derart mit einem Mikroskop kombinieren, dass dessen Fokussiertrieb nicht nur auf das Mikroskopobjektiv wirkt, welches in einer lichtblattmikroskopischen Anwendung das Detektionsobjektiv bildet, sondern auch auf das in dem Beleuchtungsmodul enthaltene Beleuchtungsobjektiv. Durch diese Kombination von Beleuchtungsmodul und Mikroskop wird somit gleichsam ein Lichtblattmikroskop geschaffen, dessen für die Detektion und die Beleuchtung separat vorgesehene Objektive gleichlaufend oder synchron verschoben werden. Dieser Objektivgleichlauf bedeutet zum einen, dass das an dem Beleuchtungsmodul vorhandene Beleuchtungsobjektiv längs einer Richtung bewegt wird, die parallel zur optischen Detektionsachse liegt, längs der das Detektionsobjektiv des Mikroskops verschoben wird. Zum anderen bedeutet die gleichlaufende oder synchrone Objektivverschiebung, dass beide Objektive mit ein- und derselben Geschwindigkeit bewegt werden.
Die Ankopplung des an dem Beleuchtungsmodul ausgebildeten Beleuchtungsobjektivs an den Fokussiertrieb des Mikroskops stellt somit sicher, dass die dem Detektionsobjektiv zugeordnete Fokus- oder Detektionsebene und die dem Beleuchtungsobjektiv zugeordnete Beleuchtungsebene unabhängig vom Fokussierzustand, d.h. unabhängig von der Einstellung des Fokussiertriebs, stets lagerichtig aufeinander ausgerichtet bleiben. Diese Koplanarität von Detektionsebene und Beleuchtungsebene erleichtert die lichtblattmikroskopische Bildgebung erheblich.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Beleuchtungsmodul eine Ausrichteinheit auf, die ausgebildet ist, die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung bei Ankopplung des Beleuchtungsmoduls an den Fokussiertrieb auf eine Detektionsebene des Mikroskops auszurichten. Diese Ausführungsform dient der Vermeidung probeninduzierter Aberrationen, die insbesondere durch eine Brechungsindexfehlanpassung zustande kommen. So kann es bei der Abbildung einer Objektebene, die tief im Inneren der Probe liegt, dazu kommen, dass sich die detektierte Objektebene im Detektionsstrahlengang längs dessen optischer Achse verschiebt. Die vorstehend genannte Ausrichteinheit kann in einem solchen Fall dazu genutzt werden, die Koplanarität von Beleuchtungsebene und Detektionsebene sicherzustellen.
Vorzugsweise umfasst die Ausrichteinheit eine Rasteranordnung mit mindestens einem beweglichen Rasterelement, das die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung ablenkt, um diese auf die Detektionsebene auszurichten. Vorzugsweise sind mindestens zwei Rasterelemente vorgesehen, die miteinander gekoppelt bewegt werden, um die gewünschte Ablenkung zu erzielen. Als Rasterelemente sind beispielsweise Risley-Drehprismen oder Drehspiegel verwendbar, die auf Galvanometermotoren, Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren montiert sind. Bei der Verwendung von Prismen ist aufgrund deren Dispersion eine von der Wellenlänge des Beleuchtungslichts abhängige Ansteuerung wünschenswert.
Vorzugsweise ist eine Pupille der Rasteranordnung koplanar mit einer Pupille des Beleuchtungsobjektivs angeordnet. Mit anderen Worten ist die Rasteranordnung telezentrisch ausgebildet. Dadurch wird ein Verkippen des Lichtblattes gegenüber der Detektionsebene verhindert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Ausrichteinheit ein Fernrohr, das ausgebildet ist, die Pupille des Beleuchtungsobjektivs verkleinert abzubilden. Das Fernrohr ist vorteilhafterweise ein Galilei-Fernrohr. Durch die Verwendung eines Galilei-Fernrohrs entsteht also ein verkleinerte virtuelles Pupillenbild, an dessen Ort eine entsprechend klein ausgeführte Rasteranordnung beispielsweise in Form zweier miteinander gekoppelter Abtastspiegel angeordnet werden kann, um die gewünschte aberrationskorrigierende Ausrichtung der Beleuchtungslichtverteilung auf die Detektionsebene zu erzielen.
Obgleich für die gewünschte Pupillenabbildung grundsätzlich auch die Verwendung eines Kepler-Fernrohrs denkbar ist, hat die bevorzugte Ausführung unter Einsatz eines Galilei-Fernrohrs insbesondere unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Ankopplung des Beleuchtungsmoduls an den Fokussiertrieb des Mikroskops einen erheblichen Vorteil. So kann die Ausrichteinheit mit Hilfe eines Galilei-Fernrohrs in einer geringeren Baulänge realisiert werden, als dies mit einem Keppler-Fernrohr möglich ist. Diese geringere Baulänge hat auch eine entsprechend geringere Hebelwirkung bei Befestigung des Beleuchtungsmoduls an dem Fokustrieb zur Folge, so dass letzterer eine geringere Kraft zum Tragen und Verschieben des Beleuchtungsmoduls aufwenden muss.
In einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Ausrichteinheit eine Verschiebevorrichtung, die ausgebildet ist, das Beleuchtungsobjektiv zur Ausrichtung der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung senkrecht zu seiner optischen Achse, d.h. parallel zur optischen Detektionsachse zu verschieben. In dieser Ausführungsform wird also das Beleuchtungsobjektiv des Beleuchtungsmoduls zum einen über den an dem Mikroskop vorhandenen Fokussiertrieb gemeinsam mit dem Detektionsobjektiv verschoben. Zum anderen sorgt die Verschiebevorrichtung zusätzlich dafür, dass das Beleuchtungsobjektiv relativ zu dem Detektionsobjektiv bewegt wird, um ein etwa durch eine Brechungsindexfehlanpassung verursachtes Auseinanderlaufen von Detektionsebene und Beleuchtungsebene zu kompensieren.
Vorzugsweise ist die Verschiebevorrichtung Teil der Ankoppelvorrichtung und ausgebildet, das Beleuchtungsmodul als Ganzes zu verschieben. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Beleuchtungsmoduls.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Lichtquellenanordnung eine anamorphotische Optik, beispielsweise eine Zylinderlinse. Mittels einer solchen anamorphotischen Optik lässt sich das Beleuchtungslicht in die Pupille des Beleuchtungsobjektivs fokussieren, um die gewünschte lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung zu erzeugen.
Die Lichtblatterzeugung kann jedoch auch in anderer Weise erfolgen, etwa mittels eines oder mehrerer Rasterelemente, die zum Beispiel eine Spiegelanordnung bilden. Bei der Lichtblatterzeugung mittels solcher Rasterelemente tastet ein Beleuchtungslichtstrahl die Probe in einer Richtung senkrecht zur Detektionsebene des Detektionsobjektivs ab. Durch diese Abtastbewegung baut der Beleuchtungslichtstrahl gleichsam ein Lichtblatt auf. Die Rasterelemente können hierbei sowohl eine telezentrische Anordnung oder eine nichttelezentrische Anordnung bilden. Mit Hilfe einer telezentrischen Anordnung lässt sich zusätzlich der Ausbreitungswinkel des Beleuchtungslichtstrahls relativ zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs einstellen. Eine telezentrische Anordnung ist beispielsweise aus zwei Spiegeln gebildet, die sich um zwei senkrecht zueinander liegende Achsen verkippen lassen. Auch die Verwendung von insgesamt vier Spiegeln ist denkbar, wobei je zwei Spiegel eine Spiegelgruppe mit parallelen Kippachsen bilden und die Kippachsen der beiden Spiegelgruppen orthogonal zueinander angeordnet sind. Dabei sind die Spiegel z.B. Teil eines mikroelektromechanischen Spiegelsystems. Auch die Verwendung von kardanisch gelagerten Spiegeln oder auf Galvanometern angeordneten Spiegeln ist denkbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Mikroskop vorgesehen, das ein Detektionsobjektiv, einen Fokussiertrieb zum Bewegen des Detektionsobjektivs längs dessen optischer Achse sowie mindestens ein an den Fokussiertrieb angekoppeltes Beleuchtungsmodul vorstehend beschriebener Art umfasst.
Die erfindungsgemäße Ankopplung des Beleuchtungsmoduls an den Fokussiertrieb eines Mikroskops ermöglicht in besonders flexibler Weise die Realisierung eines Lichtblattmikroskops, ohne dass an dem Mikroskop selbst wesentliche Modifizierungen vorzunehmen wären.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Mikroskop, an dem das Beleuchtungsmodul angebracht wird, ein so genanntes Fixed-Stage-Mikroskop, d.h. ein Mikroskop mit feststehendem Mikroskoptisch, wobei das Detektionsobjektiv des Mikroskops mittels des Fokussiertriebs längs einer optischen Achse relativ zu dem Mikroskoptisch bewegbar ist. Ein solches Fixed-Stage-Mikroskop wird derzeit insbesondere in der Elektrophysiologie eingesetzt. Dort dient es der Abbildung von ortsfesten Proben z.B. in sogenannten Patch-Clamp-Anordnungen, mit denen sich der Strom durch einzelne Ionenkanäle in der Zellmembran einer Zelle darstellen lässt.
Bei einem Fixed-Stage-Mikroskop befindet sich ein Objektivrevolver oder eine Objektivaufnahme, der bzw. die ein oder mehrere Mikroskopobjektive trägt und mittels des Fokussiertriebs axial verschiebbar ist, in aufrechter Anordnung über der Probe. Vielfach ist der Objektivrevolver von Fixed-Stage-Mikroskopen auch austauschbar realisiert, was eine Nachrüstung bzw. temporäre Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung erleichtert. In der Regel ist der in das Fixed-Stage-Mikroskop integrierte Fokussiertrieb so antriebsstark, dass er bei entferntem Objektivrevolver bzw. entfernter Objektivaufnahme über ausreichend Kraft verfügt, um zusätzliche Anordnungen zu tragen. Dieser Umstand wird nun erfindungsgemäß dazu genutzt, nicht nur ein Detektionsobjektiv, das an die Stelle des Objektivrevolvers bzw. der Objektivaufnahme tritt, sondern auch das Beleuchtungsmodul an den Fokussiertrieb zu koppeln, um das Detektionsobjektiv und das Beleuchtungsobjektiv gleichlaufend oder synchron längs der optischen Detektionsachse zu verschieben.
Der applikative Vorteil der erfindungsgemäßen Ankopplung des Beleuchtungsmoduls an ein Fixed-Stage-Mikroskop liegt darin, dass ein solches Mikroskop in besonders einfacher Weise mit einer Lichtblattbeleuchtung nachgerüstet werden kann. Somit können für ein Fixed-Stage-Mikroskop etablierte Komponenten wie ein Tubus mit Dokumentationssystem und eine Durchlichtbeleuchtungseinheit unter Anwendung herkömmlicher Kontrastierverfahren genutzt werden. Ein Beispiel hierfür ist etwa der differenzielle Interferenzkontrast mit Infrarotbeleuchtung. Des Weiteren sind für Fixed-Stage-Mikroskope Objektive mit einem großen geometrischen Fluss, der sich durch eine hohe numerische Apertur, geringe Vergrößerung und großes Sehfeld auszeichnet, bei großem Arbeitsabstand verfügbar. Diese Objektive lassen sich zusammen mit der erfindungsgemäßen Lichtblattbeleuchtung für eine schnelle Digitalisierung großer Probenvolumina einsetzen, insbesondere in Kombination mit optischen Klärungsmethoden.
Vorzugsweise weist das Mikroskop eine mit dem Fokussiertrieb gekoppelte Montageplatte auf, an der sowohl das Detektionsobjektiv des Mikroskops als auch die Ankoppelvorrichtung des Beleuchtungsmoduls angebracht sind.
In einer weiteren Ausführungsform hat das Mikroskop eine Durchlichtbeleuchtungseinheit, die auf der dem Detektionsobjektiv abgewandten Seite des Mikroskoptisches angeordnet ist. Das Mikroskop lässt sich so wie ein herkömmliches Fixed-Stage-Mikroskop verwenden, wenn keine Lichtblattbeleuchtung gewünscht ist.
Vorzugsweise sind das Detektionsobjektiv und das Beleuchtungsmodul anstelle eines Objektivrevolvers oder einer Objektivaufnahme an den Fokussiertrieb angekoppelt. Wie schon weiter oben angedeutet, ist in diesem Fall sichergestellt, dass der Fokussiertrieb über ausreichend Antriebskraft verfügt, um das Detektionsobjektiv und das Beleuchtungsmodul zu halten und gemeinsam längs der optischen Detektionsachse zu verschieben.
In einer möglichen Ausführungsform sind mindestens zwei Beleuchtungsmodule vorgesehen, deren Beleuchtungsobjektive die Probe aus zwei entgegengesetzten Richtungen beleuchten. Durch diese beidseitige Lichtblattbeleuchtung lassen sich beispielsweise Streifenartefakte aufgrund von Abschattung und Streuung innerhalb der Probe vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß aus einem Fixed-Stage-Mikroskop und einem daran angekoppelten Beleuchtungsmodul gebildeten Anordnung zur Lichtblattmikroskopie;
2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Lichtblattmikroskopie;
3 eine Ausrichteinheit mit zwei beweglichen Rasterspiegeln in einem x-z-Schnitt;
4 die Ausrichteinheit nach 3 mit verkippten Rasterspiegeln in einem x-z-Schnitt;
5 die Ausrichteinheit nach den 3 und 4 in einem y-z-Schnitt; und
6 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der die Ausrichteinheit als eine in die Ankoppelvorrichtung integrierte Verschiebevorrichtung ausgeführt ist.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung zur Lichtblattmikroskopie, die aus einem Mikroskop 10 und einem Beleuchtungsmodul 12 gebildet ist.
Das Mikroskop 10 umfasst einen Mikroskoptubus 14 mit Okularen 16 und 18 sowie einem Dokumentationssystem 44. Das Mikroskop 10 weist ferner einen in 1 rein schematisch dargestellten Fokussiertrieb 20 auf, der mit einer Montageplatte 22 gekoppelt ist. An der Montageplatte 22 ist ein Detektionsobjektiv 24 angebracht, über das sich eine Probe 26 abbilden lässt, wie in 1 durch einen mit 28 bezeichneten Detektionskegel angedeutet ist. Die Probe 26 befindet sich in einer Probenkammer, die Teil eines feststehenden Mikroskoptisches 30 ist. In der schematischen Darstellung nach 1 ist nur der die Probenkammer umfassende Teil des Mikroskoptisches 30 dargestellt. Unterhalb des Mikroskoptisches 30 befindet sich schließlich eine Durchlichtbeleuchtungseinheit 32.
Das vorstehend beschriebene Mikroskop 10 bildet mit seinem feststehenden Mikroskoptisch 30 im Wesentlichen ein herkömmliches Fixed-Stage-Mikroskop. Es ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich dadurch abgeändert, dass der Fokussiertrieb 20 nicht mit einem bei einem Fixed-Stage-Mikroskop üblicherweise vorhandenen Objektivrevolver gekoppelt ist, sondern über die Montageplatte 22 mit dem eigens für die lichtblattmikroskopische Anwendung vorgesehenen Detektionsobjektiv 24. Über den Fokussiertrieb 20 lässt sich das Detektionsobjektiv 24 längs der optischen Achse O relativ zu dem feststehenden Mikroskoptisch 30 verschieben. Da der Fokussiertrieb 20 an sich dafür ausgelegt ist, eine Mikroskopkomponente relativ hohen Gewichts wie einen Objektivrevolver zu verstellen, verfügt er über eine ausreichend große Antriebskraft, um zusätzlich zu dem Detektionsobjektiv 24 weitere Komponenten zu tragen und zu verstellen. Dieser Umstand wird erfindungsgemäß in nachstehend erläuterter Weise zur Ankopplung des Beleuchtungsmoduls 12 an das Fixed-Stage-Mikroskop 10 genutzt.
An dieser Stelle ist jedoch ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung eines Fixed-Stage-Mikroskops beschränkt ist, bei dem der Objektivrevolver abgenommen und durch ein Objektiv der in 1 gezeigten Art ersetzt ist. Sofern der Fokussiertrieb 20 ausreichend antriebsstark ist, um sowohl den Objektivrevolver (oder eine entsprechende Objektivaufnahme) als auch das Beleuchtungsmodul 12 zu tragen, kann der Objektivrevolver auch an dem Fixed-Stage-Mikroskop montiert bleiben und jeweils eines der an dem Objektivrevolver gehaltenen Objektive in der lichtblattmikroskopische Anwendung selektiv als Detektionsobjektiv genutzt werden.
Das Beleuchtungsmodul 12 umfasst eine Lichtquellenanordnung 34, ein Beleuchtungsobjektiv 36 sowie eine Ankoppelvorrichtung 38. Die Lichtquellenanordnung 34 dient der Erzeugung einer lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung 48, mit der das Beleuchtungsobjektiv 36, das über ein Dichtungselement 46 mit der Probenkammer gekoppelt ist, die Probe 26 beleuchtet.
Das Beleuchtungsmodul 12 ist über die Ankoppelvorrichtung 38 mit der Montageplatte 22 und damit mit dem Fokussiertrieb 20 verbunden ist. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Ankoppelvorrichtung 38 aus einer einstückigen Schenkelanordnung gebildet, die zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Schenkelteile 40 und 42 umfasst. Dabei greift der Schenkelteil 40 an der Montageplatte 22 und der Schenkelteil 42 an der Lichtquellenanordnung 34 an. Indem das Beleuchtungsmodul 12 über die Ankoppelvorrichtung 38 und die Montageplatte 22 mit dem Fokussiertrieb 20 in Wirkverbindung steht, kann letzterer dazu genutzt werden, das Beleuchtungsmodul 12 als Ganzes im Gleichlauf mit dem Detektionsobjektiv 24 parallel zur optischen Achse O zu verschieben, wie in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Durch diesen Objektivgleichlauf ist gewährleistet, dass die von dem Beleuchtungsmodul 12 in die Probe 26 eingestrahlte lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung 48 relativ zu dem Detektionsobjektiv 24 ortsfest bleibt. Dies bedeutet, dass eine dem Beleuchtungsobjektiv 36 zugeordnete Beleuchtungsebene B, welche die optische Achse O‘ des Beleuchtungsobjektivs 36 beinhaltet und senkrecht zur optischen Achse O des Detektionsobjektivs 24 liegt, stets in Deckung mit einer dem Detektionsobjektiv 24 zugeordneten Detektionsebene D ist. Mit Hilfe des Fokussiertriebs 20 lassen sich so die Beleuchtungsebene B und die Detektionsebene D gemeinsam längs der optischen Achse O des Detektionsobjektivs 24 durch die Probe 26 bewegen.
2 zeigt eine gegenüber der Anordnung nach 1 abgewandelte Ausführungsform, bei der zusätzlich zu dem Beleuchtungsmodul 12 ein weiteres Beleuchtungsmodul 12‘ mit dem Fokussiertrieb 20 gekoppelt ist. Dieses weitere Beleuchtungsmodul 12‘ ist baugleich dem Modul 12 und weist dementsprechend eine Lichtquellenanordnung 34‘, ein Beleuchtungsobjektiv 36‘ und eine Ankoppelvorrichtung 38‘ mit zwei Schenkelteilen 40‘ und 42‘ auf. Die beiden Beleuchtungsmodule 12, 12‘ sind so angeordnet, dass ihre Beleuchtungsobjektive 36 bzw. 36‘ die Probe 26 aus entgegengesetzten Richtungen jeweils mit der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung beleuchten. Diese beidseitige Beleuchtung mittels der beiden Beleuchtungsmodule 12, 12‘ kann insbesondere zur Vermeidung von Streifenartefakten aufgrund von Abschattung und Streuung genutzt werden.
Wie weiter oben erläutert, kann es durch probeninduzierte Aberrationen, insbesondere durch eine Brechungsindexfehlanpassung zu einer unerwünschten Verschiebung der Detektionsebene D längs der optischen Achse O des Detektionsstrahlengangs kommen, insbesondere wenn die dem Detektionsobjektiv 24 zugeordnete Detektionsebene D tief im Inneren der Probe 26 liegt. Im Fall einer solchen Verschiebung der Detektionsebene D ist deren Koplanarität mit der Beleuchtungsebene B nicht mehr gewährleistet. Um ein solches Auseinanderlaufen von Detektionsebene D und Beleuchtungsebene B längs der optischen Achse O des Detektionsstrahlenganges zu vermeiden, ist in dem erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodul 12 (bzw. 12‘) ein geeigneter Kompensationsmechanismus vorgesehen, der in einer speziellen Ausführungsform in den 3 bis 5 dargestellt ist.
Die 3 bis 5 zeigen einen Teil des Beleuchtungsmoduls 12 in verschiedenen Schnittansichten, wobei für diese Schnittansichten auf ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z Bezug genommen wird. Die Achse z bezeichnet eine zur optischen Achse O‘ parallele Achse. Demgegenüber bezeichnen x und y Achsen, die senkrecht zur Achse O‘ liegen.
Die in den 3 bis 5 gezeigte Anordnung umfasst eine Zylinderlinse 50, die Teil der Lichtquellenanordnung 34 ist und der Erzeugung der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung dient, eine Ausrichteinheit 52, die den vorstehend genannten Kompensationsmechanismus zur Sicherstellung der Koplanarität zwischen der Detektionsebene D und der Beleuchtungsebene B bildet, sowie das Beleuchtungsobjektiv 36. Die Ausrichteinheit 52 weist eine aus zwei Rasterspiegeln 56 und 58 gebildete Rasteranordnung 54 sowie ein Galilei-Fernrohr 60 auf, das in an sich bekannter Weise aus einem Linsenelement 62 negativer Brechkraft und einem Linsenelement 64 positiver Brechkraft besteht. Wie in den 3 und 4 durch die Doppelpfeile angedeutet, lassen sich die Rasterspiegel 56 und 58 jeweils um eine zur y-Achse parallele Achse verkippen.
Das Galilei-Fernrohr 60 hat die Funktion, ein verkleinertes virtuelles Bild einer Pupille 66 des Objektivs 36 zu erzeugen. Die Rasteranordnung 54 ist koplanar zu diesem virtuellen Pupillenbild angeordnet. Durch die verkleinerte Pupillenabbildung lassen sich die Abmessungen der Rasterspiegel 56, 58 entsprechend begrenzen.
Die Rasteranordnung 54 ist telezentrisch, d.h. die Verkippung der Rasterelemente 56, 58 bewirken eine telezentrische Abtastbewegung des in den Figuren mit 68 bezeichneten Beleuchtungslichtbündels. Diese Abtastbewegung des Beleuchtungslichtbündels 68 ist in 4 veranschaulicht. Wie ein Vergleich der 3 und 4 zeigt, wird durch diese telezentrische Abtastbewegung die Beleuchtungsebene B senkrecht aus der optischen O‘ heraus verschoben. Diese Verschiebung kann genutzt werden, um eine probeninduzierte Verschiebung der Detektionsebene D zu kompensieren.
In 6 ist schließlich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls 12 gezeigt, bei der die Ausrichteinheit zur Kompensation einer Verschiebung der Detektionsebene D durch eine in die Ankoppelvorrichtung 38 integrierte Verschiebevorrichtung realisiert ist. Letztere hat die Funktion, das Beleuchtungsmodul 12 als Ganzes in einer Richtung parallel zur optischen Achse O des Detektionsstrahlengangs relativ zu dem Detektionsobjektiv 24 zu verschieben. In der Ausführungsform nach 6 führt also das Beleuchtungsmodul 12 zwei voneinander entkoppelte Bewegungen parallel zur optischen Achse O aus, nämlich eine gemeinsame Bewegung mit dem Detektionsobjektiv 24, die durch den Fokussiertrieb 20 bewirkt wird, sowie eine davon entkoppelte Bewegung relativ zu dem Detektionsobjektiv 24, die durch die vorstehend genannte Verschiebevorrichtung bewirkt wird.
Die Verschiebevorrichtung kann beispielsweise in der Weise realisiert werden, dass der Schenkelteil 42 über einen geeigneten Antrieb in einer Richtung parallel zur optischen Achse O relativ zu dem Schenkelteil 40 bewegt wird.
Bezugszeichenliste

10: Fixed-Stage-Mikroskop
12, 12‘: Beleuchtungsmodul
14: Mikroskoptubus
16, 18: Okulare
20: Fokussiertrieb
22: Montageplatte
24: Detektionsobjektiv
26: Probe
28: Detektionskegel
30: Mikroskoptisch
32: Durchlichtbeleuchtungseinheit
34, 34‘: Lichtquellenanordnung
36, 36‘: Beleuchtungsobjektiv
38, 38‘: Ankoppelvorrichtung
40, 40‘, 42, 42‘: Schenkelteile
44: Dokumentationssystem
46: Dichtungselement
48: Lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung
50: Zylinderlinse
52: Ausrichteinheit
54: Rasteranordnung
56, 58: Rasterspiegel
60: Galilei-Fernrohr
62, 64: Linsenelemente
66: Objektivpupille
68: Beleuchtungslichtbündel
O, O‘: Optische Achsen
D: Detektionsebene
B: Beleuchtungsebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

T. Bruns et al., Journal of Biomedical Optics 17 (10), 101518, (2012) [0004]

Claims

Beleuchtungsmodul (12) für ein Mikroskop (10) mit einem Fokussiertrieb (20), durch den ein Detektionsobjektiv (24) des Mikroskops (10) längs seiner optischen Achse (O) verschiebbar ist, umfassend: eine Lichtquellenanordnung (34), die ausgebildet ist, eine lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung (48) zu erzeugen, und ein Beleuchtungsobjektiv (36), das ausgebildet ist, eine Probe (26) mit der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung (48) zu beleuchten, gekennzeichnet durch eine Ankoppelvorrichtung (38), die ausgebildet ist, das Beleuchtungsmodul (12) zur gleichlaufenden Verschiebung mit dem Detektionsobjektiv (24) an den Fokussiertrieb (20) des Mikroskops (10) anzukoppeln.
Beleuchtungsmodul (12) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausrichteinheit (52), die ausgebildet ist, die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung (48) bei Ankopplung des Beleuchtungsmoduls (12) an den Fokussiertrieb (20) auf eine Detektionsebene (D) des Mikroskops (10) auszurichten.
Beleuchtungsmodul (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinheit (52) eine Rasteranordnung (54) mit mindestens einem beweglichen Rasterelement (56, 58) umfasst, das die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung (48) zu deren Ausrichtung auf die Detektionsebene (D) ablenkt.
Beleuchtungsmodul (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pupille die Rasteranordnung koplanar mit einer Pupille (66) des Beleuchtungsobjektivs (36) angeordnet ist.
Beleuchtungsmodul (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinheit (52) ein Fernrohr (60) enthält, das ausgebildet ist, die Pupille (36) des Beleuchtungsobjektivs (36) verkleinert abzubilden.
Beleuchtungsmodul (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fernrohr ein Galilei-Fernrohr ist.
Beleuchtungsmodul (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinheit eine Verschiebevorrichtung (40, 42) umfasst, die ausgebildet ist, das Beleuchtungsobjektiv (36) zur Ausrichtung der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung (48) senkrecht zu seiner optischen Achse (O‘) zu verschieben.
Beleuchtungsmodul (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebevorrichtung (40, 42) Teil der Ankopplungsvorrichtung (38) und ausgebildet ist, das Beleuchtungsmodul (12) als Ganzes zu verschieben.
Beleuchtungsmodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenanordnung (34) eine anamorphotische Optik (50) enthält.
Mikroskop (10) mit einem Detektionsobjektiv (24), einem Fokussiertrieb (20) zum Verschieben des Detektionsobjektivs (24) längs dessen optischer Achse (O) und mindestens einem an den Fokussiertrieb (20) angekoppelten Beleuchtungsmodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Mikroskop (10) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen feststehenden Mikroskoptisch (30), wobei das Detektionsobjektiv (24) mittels des Fokussiertriebs (20) längs seiner optischer Achse (O) relativ zu dem Mikroskoptisch (30) bewegbar ist.
Mikroskop (10) nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine mit dem Fokussiertrieb (20) gekoppelte Montageplatte (22), an der sowohl das Detektionsobjektiv (24) des Mikroskops (10) als auch die Ankoppelvorrichtung (38) des Beleuchtungsmoduls (12) angebracht sind.
Mikroskop (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Durchlichtbeleuchtungseinheit (32), die auf der dem Detektionsobjektiv (24) abgewandten Seite des Mikroskoptisches (30) angeordnet ist.
Mikroskop (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsobjektiv (24) und das Beleuchtungsmodul (12) anstelle eines Objektivrevolvers oder einer Objektivaufnahme an den Fokussiertrieb (20) angekoppelt sind.
Mikroskop (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens zwei Beleuchtungsmodule (12), deren Beleuchtungsobjektive (36) die Probe (26) aus zwei entgegengesetzten Richtungen beleuchten.