DE102018108657A1

DE102018108657A1 - Mikroskop mit strukturierter Beleuchtung

Info

Publication number: DE102018108657A1
Application number: DE102018108657.1A
Authority: DE
Inventors: Norbert Leclerc
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2038-04-13
Also published as: DE102018108657B4

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Auflösung eines Mikroskops mit einer Auflösung unterhalb des Abbe-Limits. Die Verbesserung wird durch die Stabilisierung der projizierten Streifenmuster auf die Probe mittels eines geschlossenen Regelkreises erreicht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein eine strukturierte Beleuchtung für Lichtmikroskope. Bei der strukturierten Beleuchtung wird das zu betrachtende Objekt z.B. mit verschiedenen Streifenmustern beleuchtet. Dabei werden Teilbilder eines jeden Musters angefertigt. Aus diesen Teilbildern lässt sich mit relativ aufwendigen mathematischen Berechnungen ein mikroskopisches Bilde mit einer erhöhten Auflösung rekonstruieren.
Stand der Technik
In einem gängigen Verfahren werden 6 Teilbilder angefertigt, drei Teilbilder mit einem Streifenmuster das jeweils um genau eine Drittel Streifenperiode verschoben wird. Danach wird das Streifenmuster um 90° gedreht und weitere drei Teilbilder mit jeweils einem Drittel Streifenperiodenversatz aufgenommen.
Die Streifenperiode ist klein, im Bereich von wenigen µm oder darunter. Die Streifen werden üblicherweise durch Interferenz erzeugt. Der optische Weg ist dabei relativ lang und mehrere optische Elemente werden benötigt. Damit die Streifen während der Aufnahmen zeitlich stabil auf das Objekt abgebildet werden können, ist eine hohe Anforderung an die mechanische Stabilität des Aufbaus gestellt. Thermische Einflüsse können leicht zu einem Wandern der Streifen führen. Eine ungenaue Streifenpositionierung kann die Auflösung mindern. Ein Driften der Streifenposition von einer Bildaufnahme zur nächsten kann die Reproduzierbarkeit der Bildaufnahme beeinträchtigen.
Aus DE102016007839A1 ist ein SIM Mikroskop bekannt. Nachteilig ist, dass die Lichtmuster auf der Probe während der Aufnahme driften können. Um eine Beeinträchtigung der Aufnahme zu minimieren müssen sehr hohe Anforderungen an die mechanische Stabilität des Mikroskops gestellt werden. Außerdem kann die mangelnde Reproduzierbarkeit der Position der Streifen einen erhöhten Rechenaufwand zur Berechnung des mikroskopischen Bildes aus den Teilbildern erfordern. Aus CN106990519A ist ein SIM bekannt. Ein weiteres SIM ist bekannt aus CN106770147A . Ein weiteres SIM ist bekannt aus CN106707485A . Ein weiteres SIM ist bekannt aus W02017068620A1 . Ein weiteres SIM ist bekannt aus CN105549192. Ein weiteres SIM ist bekannt aus DE102015116598A1 . Ein weiteres SIM ist bekannt aus W02016151666A1 . Ein weiteres SIM ist bekannt aus CN205450432A . Ein weiteres SIM ist bekannt aus W02016125281A1 . Ein weiteres SIM ist bekannt aus EP2887116A1 . Ein weiteres SIM ist bekannt aus W02015033514A1 . Ein weiteres SIM ist bekannt aus W02015052936A1 .Ein weiteres SIM ist bekannt aus JP2015055706A . Ein weiteres SIM ist bekannt aus W02013108626A1 . Ein weiteres SIM ist bekannt aus WO2014048571A1 . Alle diese Anordnungen weisen die in diesem Absatz genannten Nachteile auf.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Anforderungen an die mechanische Stabilität eines Lichtmikroskops mit strukturierter Beleuchtung zu minimieren, um eine kostengünstige Herstellung zu ermöglichen. Eine strukturierte Beleuchtung wird als „Structured Illumination“, abgekürzt SI, bezeichnet. Diese Art der Mikroskopie wird als „Structured Illumination Microscopy“, abgekürzt SIM, bezeichnet. Im deutschen Sprachtraum wird eine strukturierte Beleuchtung auch als modulierte Beleuchtung bezeichnet. Damit ist eine räumliche Modulation gemeint.
Außerdem soll der Rechenaufwand zur Berechnung eines hochaufgelösten Bildes verringert werden.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 8 und eine Verwendung nach Anspruch 9.
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Rechenaufwand abzusenken und gleichzeitig die Bildqualität zu erhöhen. Insbesondere für die wiederholte Aufnahme von Bildserien mit jeweils 6 Bildern ist es von Vorteil, wenn die Streifen exakt an selben Stelle bleiben, da dann viel Rechenzeit gespart werden kann. Das Streifenmuster kann mit einer rückgekoppelten Messung der Streifenposition an der korrekten Position aktiv gehalten werden.
Bei einer Fluoreszenzanwendung kann ein schneller ortsaufgelöster Detektor eingesetzt werden, der das rückreflektierte Anregungslicht der Probe analysiert. Dieses Signal kann zur Regelung der Streifenposition verwendet werden, indem es auf das Stellelement für die Streifenposition, das für die Verschiebung der Streifen eingesetzt wird, rückgekoppelt wird (closed loop control).
Der Weg von der Probe zum Streifenpositionsdetektor kann kurz und stabil gestaltet werden, so dass sich insgesamt eine deutliche Stabilitätsverbesserung ergibt.
Beschreibung
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Aufnahme wenigstens eines mikroskopischen Bildes mit einer Auflösung. Unter einem mikroskopischen Bild kann ein Bild verstanden werden, welches mit einem optischen Mikroskop aufgenommen wird. Bevorzugt kann die Auflösung des Bildes kleiner sein, als das Abbe-Limit bei einem herkömmlichen Lichtmikroskop zulässt. Unter einer kleineren Auflösung im Vergleich zum herkömmlichen Lichtmikroskop ist zu verstehen, dass feinere Strukturen im Vergleich zum herkömmlichen Lichtmikroskop aufgelöst werden können. Die Auflösung ist die optische oder räumliche Auflösung. Darunter versteht man in der Mikroskopie den Abstand, den zwei Strukturen mindestens haben müssen, um nach der optischen Abbildung noch als getrennte Bild-Strukturen wahrnehmbar zu sein.
Die Vorrichtung kann vorteilhaft als SI - Mikroskop ausgebildet sein. Darunter ist eine Vorrichtung zu verstehen, die nach dem SIM Prinzip arbeitet.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine Lichtquelle. Die Lichtquelle kann ein Laser sein. Der Laser kann bevorzugt einzelmodig sein. Die Lichtquelle kann auch als LED ausgebildet sein. Es können auch mehrere Lichtquellen vorhanden sein.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Lichtmustererzeuger. Der Lichtmustererzeuger ist dazu vorgesehen, ein von der Lichtquelle ausgehendes Licht so zu formen, dass ein Muster auf eine Probe und/oder einen Probenträger entsteht. Unter einem Muster kann eine ortsabhängige Lichtstärke verstanden werden, wobei die Ortsabhängigkeit regelmäßig sein kann. Es kann sich um ein geometrisches Muster, beispielsweise ein Streifenmuster oder eine Punktmatrix handeln. Die Probe bzw. der Probenträger können in einer xy-Ebene angeordnet sein. Der Lichtmustererzeuger kann ein optisches Gitter umfassen. Mit dem optischen Gitter kann durch Beugung und/oder durch Interferenz ein Muster erzeugt werden. Das Gitter kann als Transmissionsgitter oder Reflexionsgitter ausgebildet sein. Das Gitter kann als Blazegitter ausgebildet sein. Das Gitter kann als holografisches Gitter ausgebildet sein. Das Gitter kann Chirpgitter ausgebildet sein. Das Gitter kann als dreidimensionales Gitter, beispielsweise als Bragggitter, ausgebildet sein. Um das Lichtmuster an der vorgesehenen Stelle entstehen zu lassen, kann der Lichtmustererzeuger weitere optische Elemente, beispielsweise optische Linsen, umfassen. Beispielsweise kann ein Strahlaufweitungssystem vorgesehen sein, welches aus dem Licht der Lichtquelle ein paralleles Strahlenbündel mit einem bestimmten Querschnitt bereitstellt. In diesem Strahlenbündel kann das Gitter angeordnet sein. Außerdem kann ein zweites Objektiv, welches beispielsweise als Sammellinse ausgebildet sein kann, vorgesehen sein, um beispielsweise ein Fraunhofer'sches Beugungsbild in der Probenebene zu erzeugen. Es ist aber auch möglich, dass der Lichtmustererzeuger aus einem Gitter besteht. Dabei kann es sich um ein selbstfokussierendes Gitter handeln. Vorteilhaft ist es ebenso möglich, das Objektiv des Mikroskops zur Herstellung des Fraunhofer'schen Beugungsbildes des Gitters auf der Probe zu verwenden. Es ist aber auch möglich, ein Fresnel'sches Beugungsbild zu verwenden. Dann kann man gegebenenfalls auf ein Objektiv zur Herstellung der Fraunhoferschen Fernfeldbedingung verzichten.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Detektor. Der Detektor kann beispielsweise wenigstens eine Photodiode, eine Photodiodenzeile oder einen zweiten Bildsensor umfassen. Der zweite Bildsensor kann beispielsweise als CCD Sensor, CMOS-Sensor oder Vidicon-Röhre ausgebildet sein. Der Detektor kann außerdem ein Positionsbestimmungsmodul umfassen. Dieses kann dazu vorgesehen sein, aus den detektierten Bilddaten des zweiten Bildsensors eine Istposition des Musters zu bestimmen. Der Detektor kann auch als Helligkeitsdetektor, beispielsweise als Photodiode, ausgebildet sein, der eine Helligkeit an einer bestimmten Stelle der Probe bzw. des Probenträgers bestimmt. Diese Helligkeit kann von der Position des Musters abhängen. Dadurch kann mittels der Helligkeitsdetektion indirekt die Position des Musters bestimmt werden.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens ein Stellglied. Das Stellglied ist dazu vorgesehen, die Position des Musters auf der Probe bzw. dem Probenträger zu verändern. Dabei kann es sich um einen Linearversteller oder ein piezoelektrisches Stellelement handeln. Das Stellglied kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, das Gitter und/oder ein anderes optisches Bauteil des Lichtmustererzeugers und/oder den gesamten Lichtmustererzeuger zu verschieben.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens ein Elektronikmodul. Das Elektronikmodul kann als Analogmodul ausgebildet sein. Der Regler kann als Analogregler ausgebildet sein. Das Elektronikmodul kann aber auch zur digitalen Datenverarbeitung vorgesehen sein. Das Elektronikmodul kann eine CPU oder einen Computer umfassen. Der Computer kann beispielsweise als Einchip-Mikrorechner ausgebildet sein. In diesem Computer können beispielsweise die Steuereinheit und/oder der Regler und/oder das Positionsbestimmungsmodul per Software und/oder Hardware implementiert sein.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen ersten Bildsensor. Der erste Bildsensor ist dazu vorgesehen, wenigstens ein Teilbild von der Probe aufzunehmen. Der erste Bildsensor kann beispielsweise als CCD Sensor, CMOS-Sensor oder Vidicon-Röhre ausgebildet sein. Die Beobachtungsrichtung kann eine Richtung z sein. Das kann die optische Achse des Objektivs des Mikroskops sein. Die Richtungen x, y und z können ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden. Zusätzlich zum Objektiv des Mikroskops können noch weitere optische Elemente, beispielsweise Linsen, vorhanden sein, beispielsweise eine Sammellinse vor dem Bildsensor und/oder eine weitere Sammellinse vor dem Detektor, um das zweite Licht bzw. das dritte Licht auf den Bildsensor bzw. den Detektor zu fokussieren.
Der Detektor ist dazu vorgesehen, die Position des Musters auf der Probe bzw. dem Probenträger zu detektieren und die detektierte Position als Regelgröße der Elektronikmodul zuzuführen. Zu diesem Zweck kann der zweite Bildsensor über eine übliche Datenschnittstelle mit der CPU bzw. dem Computer verbunden sein.
Eine Detektion der Position des Musters auf dem Probenträger kann besonders vorteilhaft sein. Bei einem standardisierten Probenträger kann dann nämlich das Detektorsignal unabhängig von der jeweiligen Probe sein. Die derart detektierte Position kann dadurch genauer reproduziert werden im Vergleich zu einer Detektion der Position des Musters auf der Probe. Bei großflächigen Proben ist das aber nicht immer möglich. Dann kann man ebenso auf eine Detektion der Position des Musters auf der Probe zurückgreifen.
Das Elektronikmodul ist dazu vorgesehen, die Position des Musters auf der Probe bzw. dem Probenträger auf wenigstens eine vorgegebene Sollposition zu regeln. Dazu kann ein Regler vorgesehen sein.
Zum Regeln der Position des projizierten Musters der strukturierten Beleuchtung während der Aufnahme eines Teilbildes auf eine von der Steuereinheit vorgegebene Sollposition kann ein geschlossener Regelkreis verwendet werden. Der Regelkreis kann

a. einen Detektor zum Erfassen einer Position eines auf eine Probe oder einen Probenträger projizierten Musters einer Beleuchtung,
b. wenigstens ein Elektronikmodul, umfassend einen Regler und eine Steuereinheit
c. ein Stellglied zur Veränderung der Position des projizierten Musters auf der Probe und/oder dem Probenträger,

Das Stellglied, der Lichtmustererzeuger und der Detektor können eine Regelstrecke darstellen. Die erfasste Position kann die Rückführungsgröße bzw. der Istwert sein. Die Sollposition des Musters kann die Führungsgröße sein. Die vom Regler an das Stellglied übermittelte Größe kann die Stellgröße sein. Die Sollposition kann zeitabhängig sein. Sie kann beispielsweise von einer Steuereinheit vorgegeben werden. Für die Aufnahme jedes Teilbildes kann eine vorbestimmte Sollposition vorgesehen sein.
Alternativ kann der Regler auch derart ausgebildet sein, dass er zwei Bilddatensätze direkt vergleichen kann. Dann können die Bilddaten des zweiten Bildsensors direkt dem Regler als Rückführungsgröße zugeführt werden. Die Steuereinheit kann in diesem Fall dem Regler Soll-Bilddaten als Führungsgröße zuführen. In diesem Fall kann auf ein Positionsbestimmungsmodul verzichtet werden. Allerdings kann der Regelungsalgorithmus dann komplizierter sein.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung dazu vorgesehen ist, nacheinander mehrere Teilbilder mit jeweils zueinander versetzten Positionen des Musters aufzunehmen und aus den Teilbildern das Bild zu generieren. Auf diese Weise kann das SIM Verfahren ausgeführt werden und eine hohe Auflösung des Bildes erreicht werden.
Vorteilhaft kann die Vorrichtung zur sequentiellen Aufnahme einer Bildfolge vorgesehen sein. Die sequentielle Bildfolge kann beispielsweise eine Videosequenz sein. Die Bildfolge kann aber auch die Aufnahme mehrerer Einzelbilder umfassen, um beispielsweise Veränderungen des beobachteten Objekts zu untersuchen.
Die Vorrichtung kann zur Aufnahme von Fluoreszenzbildern vorgesehen sein. Dabei kann das Licht zur Anregung wenigstens einer Fluoreszenzstrahlung in der Probe vorgesehen sein. Der Detektor kann vorteilhaft dazu vorgesehen sein, die Position des Musters der Anregungsstrahlung zu detektieren Der erste Bildsensor kann dazu vorgesehen sein, die Fluoreszenzstrahlung aufzunehmen. Alternativ kann der Detektor dazu vorgesehen sein, eine Fluoreszenzstrahlung zu detektieren.
Das Muster kann durch Interferenz entstehen. Das Muster kann ein Streifenmuster sein. Ebenfalls vorteilhaft kann das Muster ein Punktmuster sein. Das Muster kann eine strukturierte Beleuchtung der Probe darstellen.
Die Vorrichtung kann vorteilhaft dazu vorgesehen sein, nacheinander einen ersten Satz mehrerer Teilbilder mit jeweils linear versetzten ersten Positionen des Musters aufzunehmen einen zweiten Satz mehrerer Teilbilder mit jeweils linear versetzten zweiten Positionen des Musters aufzunehmen, und aus den Teilbildern das Bild zu generieren, wobei die zweiten Positionen gegenüber den ersten Positionen um einen Drehwinkel verdreht sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufnahme wenigstens eines mikroskopischen Bildes umfasst

a. Erzeugen wenigstens eines Lichts mit Hilfe wenigstens einer Lichtquelle,
b. Erzeugen eines Musters an einer ersten Position auf einer Probe und/oder einem Probenträger,
c. Detektieren einer ersten Ist - Position des Musters,
d. Regeln der ersten Ist - Position des Musters auf der Probe und/oder dem Probenträger auf eine erste Soll - Position mittels eines Elektronikmoduls und eines Stellglieds, wobei die Ist - Position des Musters mittels des Stellglieds veränderbar ist,
e. Aufnehmen wenigstens eines ersten Teilbildes mittels eines Bildsensors bei der ersten Position des Musters
f. Erzeugen des Musters an einer zweiten Position auf der Probe und/oder dem Probenträger,
g. Detektieren einer zweiten Ist - Position des Musters,
h. Regeln der zweiten Ist - Position des Musters auf der Probe und/oder dem Probenträger auf eine zweite Soll - Position mittels des Elektronikmoduls und des Stellglieds,
i. Aufnehmen wenigstens eines zweiten Teilbildes mittels des Bildsensors bei der zweiten Position des Musters,
j. Berechnen des mikroskopischen Bildes aus wenigstens dem ersten und dem zweiten Teilbild.

Bevorzugt kann die Auflösung des Bildes kleiner sein, als das Abbe-Limit bei einem herkömmlichen Lichtmikroskop zulässt. Bei dem Schritt f kann es sich um dasselbe Muster handeln wie im Schritt b, wobei dasselbe Muster im Schritt f lediglich an einer anderen Position erzeugt wird.
Aus mehreren Teilbildern kann das mikroskopische Bild berechnet werden. Das mikroskopische Bild kann mehr Bildinformation enthalten bzw. eine kleinere Auflösung aufweisen als ein einzelnes Teilbild.
Die Figuren zeigen Folgendes:

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.

Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine Vorrichtung 1 zur Aufnahme wenigstens eines mikroskopischen Bildes mit einer Auflösung. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle 2, einen Lichtmustererzeuger 3, einen Detektor 4, ein Stellglied 5, ein Elektronikmodul 6 und einen Bildsensor 10. Der Lichtmustererzeuger ist dazu vorgesehen, ein von der Lichtquelle ausgehendes Licht 11 so zu formen, dass ein Muster 12 auf eine Probe 13 und/oder einen Probenträger 14 entsteht. Der Lichtmustererzeuger beeinflusst das einfallende erste Licht 11 derart, dass das vom Lichtmustererzeuger ausgehende Licht 15 erste Licht durch Interferenz gebeugter Strahlen am Probenort das Muster erzeugt. Die Bezugszeichen 11 und 15 bezeichnen beide das erste Licht, nämlich Bezugszeichen 11 das erste Licht bezüglich der Ausbreitungsrichtung vor dem Lichtmustererzeuger 3 und 15 das erste Licht nach dem Lichtmustererzeuger. Das Stellglied 5 ist dazu vorgesehen, die Position des Musters auf der Probe bzw. dem Probenträger zu verändern. Vorgesehen sind eine lineare Verschiebung in einer Richtung senkrecht zu z. Außerdem kann eine Drehung um eine in z Richtung verlaufende-Achse vorgesehen sein. Der Detektor 4 ist dazu vorgesehen, die Position des Musters 12 auf der Probe bzw. dem Probenträger zu detektieren und die detektierte Position als Regelgröße dem Elektronikmodul 6 zuzuführen. Das Elektronikmodul ist dazu vorgesehen, die Position des Musters auf der Probe bzw. dem Probenträger auf wenigstens eine vorgegebene Sollposition zu regeln. Das Elektronikmodul 6 umfasst einen Regler 7. Dieser kann beispielsweise als Linearregler, PI oder PID Regler oder als regelbasierter Regler, der auch als Fuzzy Regler bezeichnet werden kann, ausgebildet sein. Weiterhin umfasst das Elektronikmodul eine Steuereinheit, welche den Sollwert für die Position des Musters vorgibt. Außerdem umfasst das Elektronikmodul ein Positionsbestimmungsmodul 9, welches aus dem Detektorsignal eine Istposition des Musters bestimmt. Der Lichtmustererzeuger 3 ist mittels des Stellglieds 5 in einer Richtung x oder y senkrecht zur Beobachtungsrichtung z verschiebbar, wobei die Verschiebung von dem Regler 7 gesteuert wird.
Von der Lichtquelle 2 geht ein erstes Licht 11 aus. In der Probe wird durch das auf die Probe treffende erste Licht 15 eine Fluoreszenzstrahlung angeregt. Die Anregung ist infolge des Musters ortsabhängig. Durch die Anregung entsteht ein drittes Licht 17 mit einer größeren Wellenlänge, als der des ersten Lichts. Der Bildsensor ist dazu vorgesehen, wenigstens ein mikroskopisches Teilbild von der Probe bei dem dritten Licht, d.h. ein Floureszenzteilbild aufzunehmen.
In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels wird mit dem Bildsensor von der Probe zurückgeworfenes erstes Licht aufgenommen. Das dritte Licht 17 ist in diesem Fall von der Probe zurückgeworfenes erstes Licht 15 und weist die gleiche Wellenlänge wie das erste Licht auf.
Zu Positionsbestimmung des Musters wird ein von der Probe kommendes zweites Licht 16 benutzt. Dabei handelt es sich um zurückgeworfenes erstes Licht 15 und weist dieselbe Wellenlänge auf, wie das erste Licht. In einer zweiten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels wird Fluoreszenzlicht als zweites Licht verwendet. Dieses kann eine größere Wellenlänge aufweisen als das erste Licht.
Die Vorrichtung umfasst ein Objektiv 18, welches gleichzeitig als Mikroskopobjektiv zur Beobachtung der Probe und als Fourieroptik zur Herstellung der Fernfeldbedingung für die Erzeugung des Musters als Interferenzmuster durch Fraunhofersche Beugung und zur Abbildung des Interferenzmusters auf den Detektor dient. Zur Auskopplung des auf den Bildsensor fallenden Lichts dient hier ein erster Spiegel 19. Der erste Spiegel kann beispielsweise als Notch-Filter oder als Kantenspiegel oder als Polarisator oder als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein. Zur Auskopplung des auf den Detektor fallenden Lichts dient ein zweiter Spiegel 20. Der zweite Spiegel kann beispielsweise als Notch-Filter oder als Kantenspiegel oder als Polarisator oder als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein. Es können noch weitere, nicht dargestellte, optische Elemente, beispielsweise Linsen, vorhanden sein, beispielsweise eine Fourierlinse vor dem Bildsensor 10 und/oder eine weitere Fourierlinse vor dem Detektor 4, um das zweite 16 bzw. das dritte Licht 17 auf den Bildsensor bzw. den Detektor zu fokussieren.
Bezugszeichenliste

1.: Vorrichtung zur Aufnahme wenigstens eines mikroskopischen Bildes
2.: Lichtquelle
3.: Lichtmustererzeuger
4.: Detektor
5.: Stellglied
6.: Elektronikmodul
7.: Regler
8.: Steuereinheit
9.: Positionsbestimmungsmodul
10.: Bildsensor
11.: Erstes Licht
12.: Muster
13.: Probe
14.: Probenträger
15.: Erstes Licht, Anregungsstrahlung
16.: Zweites Licht
17.: Drittes Licht, Fluoreszenzstrahlung
18.: Objektiv
19.: Erster Spiegel
20.: Zweiter Spiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016007839 A1 [0004]
CN 106990519 A [0004]
CN 106770147 A [0004]
CN 106707485 A [0004]
WO 2017068620 A1 [0004]
DE 102015116598 A1 [0004]
WO 2016151666 A1 [0004]
CN 205450432 A [0004]
WO 2016125281 A1 [0004]
EP 2887116 A1 [0004]
WO 2015033514 A1 [0004]
WO 2015052936 A1 [0004]
JP 2015055706 A [0004]
WO 2013108626 A1 [0004]
WO 2014048571 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zur Aufnahme wenigstens eines mikroskopischen Bildes mit einer Auflösung, umfassend wenigstens eine Lichtquelle (2), wenigstens einen Lichtmustererzeuger (3), wenigstens einen Detektor (4), wenigstens ein Stellglied (5), wenigstens ein Elektronikmodul (6), wenigstens einen Bildsensor (10), wobei der Lichtmustererzeuger (3), dazu vorgesehen ist, ein von der Lichtquelle ausgehendes Licht (11) so zu formen, dass ein Muster (12) auf eine Probe (13) und/oder einen Probenträger (14) entsteht, und das Stellglied dazu vorgesehen ist, die Position des Musters (12) auf der Probe (13) bzw. dem Probenträger (14) zu verändern, und der Detektor dazu vorgesehen ist, die Position des Musters auf der Probe bzw. dem Probenträger zu detektieren und die detektierte Position als Regelgröße dem Elektronikmodul zuzuführen, und das Elektronikmodul dazu vorgesehen ist, die Position des Musters auf der Probe bzw. dem Probenträger auf wenigstens eine vorgegebene Sollposition zu regeln, und der Bildsensor (10) dazu vorgesehen ist, wenigstens ein Teilbild von der Probe aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu vorgesehen ist, nacheinander mehrere Teilbilder mit jeweils zueinander versetzten Positionen des Musters aufzunehmen und aus den Teilbildern das mikroskopische Bild zu generieren.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur sequentiellen Aufnahme einer Bildfolge vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht zur Anregung wenigstens einer Fluoreszenzstrahlung in der Probe vorgesehen ist und dass der Detektor dazu vorgesehen ist, die Position des Musters der Anregungsstrahlung (15) zu detektieren und der Bildsensor dazu vorgesehen ist, die Fluoreszenzstrahlung (17) aufzunehmen.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein Streifenmuster ist
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster durch Interferenz entsteht.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu vorgesehen ist, nacheinander einen ersten Satz mehrerer Teilbilder mit jeweils linear versetzten ersten Positionen des Musters aufzunehmen und einen zweiten Satz mehrerer Teilbilder mit jeweils linear versetzten zweiten Positionen des Musters aufzunehmen, und aus den Teilbildern das Bild zu generieren, wobei die zweiten Positionen gegenüber den ersten Positionen um einen Drehwinkel verdreht sind.
Verfahren zur Aufnahme wenigstens eines mikroskopischen Bildes mit einer Auflösung unterhalb des Abbe-Limits, umfassend a. Erzeugen wenigstens eines Lichts (11) mit Hilfe wenigstens einer Lichtquelle (2), b. Erzeugen eines Musters (12) an einer ersten Position auf einer Probe (13) und/oder einem Probenträger (14), c. Detektieren einer ersten Ist - Position des Musters (12), d. Regeln der ersten Ist - Position des Musters auf der Probe und/oder dem Probenträger auf eine erste Soll - Position mittels eines Elektronikmoduls (6) und eines Stellglieds (5), wobei die Ist - Position des Musters mittels des Stellglieds veränderbar ist, e. Aufnehmen wenigstens eines ersten Teilbildes mittels eines Bildsensors (10) bei der ersten Position des Musters f. Erzeugen des Musters an einer zweiten Position auf der Probe und/oder dem Probenträger, g. Detektieren einer zweiten Ist - Position des Musters, h. Regeln der zweiten Ist - Position des Musters auf der Probe und/oder dem Probenträger auf eine zweite Soll - Position mittels des Elektronikmoduls und des Stellglieds, i. Aufnehmen wenigstens eines zweiten Teilbildes mittels des Bildsensors bei der zweiten Position des Musters, j. Berechnen des mikroskopischen Bildes aus wenigstens dem ersten und dem zweiten Teilbild.
Verwendung eines geschlossenen Regelkreises umfassend a. einen Detektor (4) zum Erfassen einer Position eines auf eine Probe (13) und/oder einen Probenträger (14) projizierten Musters (12) einer strukturierten Beleuchtung, b. wenigstens ein Elektronikmodul (6), umfassend einen Regler (7) und eine Steuereinheit (8) c. ein Stellglied (5) zur Veränderung der Position des projizierten Musters (12) auf der Probe und/oder dem Probenträger, zum Regeln der Position des projizierten Musters der strukturierten Beleuchtung während der Aufnahme eines Teilbildes auf eine von der Steuereinheit vorgegebene Sollposition.