DE102018129832A1

DE102018129832A1 - Farbstrahlteileranordnung, Mikroskopsystem und Verfahren zur mikroskopischen Abbildung

Info

Publication number: DE102018129832A1
Application number: DE102018129832.3A
Authority: DE
Inventors: Florian Fahrbach
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: DE102018129832B4; WO2019110365A1

Abstract

Es wird eine Farbstrahlteileranordnung (100) mit einem ersten Strahlteilerprisma (A1), das eine erste Prismenfläche (A1-1), eine zweite Prismenfläche (A1-2), eine dritte Prismenfläche (A1-3) und eine vierte Prismenfläche (A1-4) aufweist, vorgeschlagen, wobei eine Ebene, in der die erste Prismenfläche (A1-1) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die zweite Prismenfläche (A1-2) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, eine Ebene, in der die dritte Prismenfläche (A1-3) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die vierte Prismenfläche (A1-4) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, die Ebene, in der die erste Prismenfläche (A1-1) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einen stumpfen Winkel mit einem ersten Winkelbetrag mit der Ebene, in der die vierte Prismenfläche (A1-4) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einschließt, die Ebene, in der die zweite Prismenfläche (A1-2) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einen stumpfen Winkel mit dem ersten Winkelbetrag mit der Ebene, in der die dritte Prismenfläche (A1-4) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einschließt, in oder parallel zu der Ebene, in der die erste Prismenfläche (A1-1) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, eine erste dichroitische Schicht (1) mit einer ersten spektralen Selektivität angeordnet ist, und in oder parallel zu der Ebene, in der die zweite Prismenfläche (A1-2) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, eine zweite dichroitische Schicht (1) mit einer zweiten spektralen Selektivität angeordnet ist Ein entsprechendes Mikroskopsystem (200) und ein entsprechendes Verfahren sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Farbstrahlteileranordnung, ein Mikroskopsystem und ein Verfahren zur mikroskopischen Abbildung gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Die farbselektive Detektion ist für die Mikroskopie, insbesondere die Fluoreszenzmikroskopie, von hoher Bedeutung, da hierbei häufig mehrere Farbstoffe gleichzeitig in einer Probe verwendet werden. Zur farbselektiven Detektion in der Fluoreszenzmikroskopie und der Mikroskopie generell sind aus dem Stand der Technik mehrere unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Grundsätzlich lässt sich zwischen einer sequenziellen und einer gleichzeitigen bzw. parallelen Detektion mehrerer Farben bzw. Farbkanäle unterscheiden. Wenngleich nachfolgend überwiegend auf die Fluoreszenzmikroskopie Bezug genommen wird, gelten die entsprechenden Erläuterungen jedoch auch für andere mikroskopische Untersuchungsverfahren.
Für eine sequenzielle Detektion können Monochromkameras verwendet werden. Um sicherzustellen, dass mittels dieser jeweils lediglich ein Fluoreszenzkanal detektiert wird, erfolgt eine Auswahl des jeweils zu detektierenden Fluoreszenzfarbstoffs beispielsweise durch das Einschalten eines jeweils passenden einbandigen Fluoreszenzteilerwürfels in die Auflichtachsenebene des Mikroskops. Auf diese Weise kann die jeweils korrekte Kombination aus Anregungs- und Emissionswellenlängenbereich sichergestellt werden. Ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Anregungs- und Detektionsmodalitäten ist jedoch hierbei vergleichsweise langsam. Die Umschaltzeit zwischen den jeweiligen Emissionswellenlängenbereichen beträgt typischerweise ca. 300 bis 400 ms, was sich insbesondere für die Untersuchung beweglicher Objekte wie insbesondere lebender Zellen häufig als nicht ausreichend schnell erweist.
Um eine schnellere Detektion unter Verwendung einer einzelnen Monochromkamera zu ermöglichen, kann auch ein Mehrband-Fluoreszenzteilerwürfel eingesetzt werden, der alle in Frage kommenden Anregungswellenlängenbereiche zur Probe und entsprechend alle in Frage kommenden Emissionswellenlängenbereiche zur Kamera gelangen lässt. Die Auswahl des jeweils detektierten Fluoreszenzfarbstoffs kann dabei über ein schnell schaltbares Emissionsfilterrad zwischen Mikroskop und Kamera erfolgen. Gleichzeitig wird über ein ebenfalls schnell schaltbares Anregungsfilterrad oder eine schnell modulierbare Lichtquelle (z.B. LED) die Anregung passend ausgewählt. Als Nachteil an entsprechender Verfahren und Vorrichtungen bleibt ihre teilweise, insbesondere bei Lebendzellexperimenten, immer noch nicht ausreichend schnelle Schaltzeit zwischen den unterschiedlichen Anregungs- und Detektionsmodalitäten.
Zur gleichzeitigen Detektion können auch Farbkameras mit Bayer- oder Foveon-Sensoren verwendet werden. Dabei kann ein Mehrband-Fluoreszenzteilerwürfel eingesetzt werden, der wie bei der soeben beschriebenen schnellen sequenziellen Detektion alle in Frage kommenden Anregungswellenlängenbereiche zur Probe und alle in Frage kommenden Emissionswellenlängenbereiche zur Kamera gelangen lässt. Die Farbfähigkeit der Kamera lässt die Detektion der verschiedenen Emissionswellenlängenbereiche in verschiedenen Farbkanälen zu. Der Nachteil an entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch die geringe Detektionseffizienz, da jeder Kamerapixel nur einen Teil des in einem entsprechenden Bereich auftreffenden Beobachtungslichts detektieren kann: Bei einem Bayer-Sensor, in dem ein schachbrettartige Farbmaske eingesetzt wird, steht für die Detektion jeder einzelnen Farbe naturgemäß jeweils nur ein gewisser Teil der die Gesamtsensitivität ausschlaggebenden Sensorfläche zur Verfügung. Ungeachtet der aufgrund der fehlenden Farbmaske theoretisch höheren Sensitivität eines Foveon-Sensors liefert dieser häufig in der Praxis keine Vorteile.
Zur gleichzeitigen Detektion können auch einzelne Monochromkameras eingesetzt werden. Wie zuvor kann dabei ein Mehrband-Fluoreszenzteilerwürfel eingesetzt werden, der alle in Frage kommenden Anregungswellenlängenbereiche zur Probe und alle in Frage kommenden Emissionswellenlängenbereiche zur Kamera gelangen lässt. Zwischen Mikroskop und Kamera wird jedoch ein optisches Zwischenmodul angeordnet, das das Zwischenbild des Mikroskops optional verkleinert und spektral teilt, so dass mehrere Kopien des Zwischenbildes in verschiedenen Spektralbereichen nebeneinander auf den Kamerasensor abgebildet werden. Zur spektralen Teilung werden in derartigen Anordnungen häufig wechselbare, dichroitische Teilerplättchen eingesetzt.
Schließlich können auch mehrere Monochromkameras zur Fluoreszenzdetektion eingesetzt werden. Wiederum kann ein Mehrband-Fluoreszenzteilerwürfel eingesetzt werden, der alle in Frage kommenden Anregungswellenlängenbereiche zur Probe und alle in Frage kommenden Emissionswellenlängenbereiche zu den Kameras gelangen lässt. Zwischen Mikroskop und Kamera wird hier ein optisches Zwischenmodul angeordnet, das das Zwischenbild des Mikroskops spektral teilt, so dass verschiedene Spektralbereiche auf verschiedene Kameras abgebildet werden. Auch hier können wechselbare, dichroitische Teilerplättchen bzw. entsprechende Teilerschichten eingesetzt werden.
Verfahren und Vorrichtungen der soeben beschriebenen Art sind unter anderem aus der WO 2016/166374 A1 und der WO 2016/166375 A1 der Anmelderin bekannt. Generell können zur spektralen Aufteilung des Zwischenbilds in entsprechenden Verfahren und Anordnungen Farbstrahlteileranordnungen eingesetzt werden, die insbesondere seit geraumer Zeit aus dem Bereich der Farbfernsehtechnik bekannt sind, die jedoch insbesondere in der Mikroskopie jeweils bestimmte Nachteile aufweisen können.
So führt beispielsweise ein sogenanntes Philips-Prisma, wie es in der US 3,659,918 A und der US 4,084,180 A für den Einsatz für eine Farbfernsehkamera beschrieben ist, zu einer verhältnismäßig langen optischen Wegstrecke in Glas. Ferner kann das Licht mittels eines Philips-Prismas nur in insgesamt drei Kanäle aufgeteilt werden. Ein weiterer Nachteil wird bei Betrachtung der 1 der US 4,084,180 A erkennbar, auf die sich die in diesem Absatz verwendeten Bezugszeichen beziehen, und auf die hier ausdrücklich verwiesen wird. Während hier der Strahl r1 nach der Reflexion an der Schicht 2 an der Grundfläche des Prismas A totalreflektiert werden kann und somit im Idealfall keine verspiegelnde Beschichtung notwendig ist, muss für Strahl r2 die Grenzfläche bei Transmission von A nach B zunächst durchlässig sein, dann aber für das an der Schicht 1 reflektierte Licht reflektierend wirken. Eine entsprechende Beschichtung kann zu beträchtlichen Lichtverlusten durch Streuung führen.
Ein aus der US 2009/0323192 A1 bekannter Farbstrahlteiler kann aufgrund seiner Größe zu Bauraumproblemen führen und weist ebenfalls den Nachteil langer Glaswege auf. Aufgrund der Vielzahl verwendeter optischer Elemente ist die Herstellung und Justage aufwendig und teuer. Die Vielzahl an Grenzflächen kann ebenfalls zu Lichtverlusten und Streuung führen.
Aus der DE 10 2008 062 791 A1 ist ein Mikroskop mit einem Strahlteilerwürfel (einem sogenannten X-Cube) bekannt, der insgesamt vier Prismen umfasst. Eine entsprechende Anordnung für eine Kamera ist auch beispielsweise in der US 8,988,564 B2 gezeigt. Die in dem Strahlteilerwürfel unter 45° erfolgende Ablenkung ist allerdings sehr stark polarisationsabhängig und damit nachteilig. Auch kann die Positionierung von Prismenkanten im Strahlengang zu Streuung und Lichtverlusten führen.
Andere Farbstrahlteilereinrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, erfordern weitere aufwendige Komponenten wie beispielsweise eine Relayoptik, oder sind insbesondere aus baulichen oder optischen Gründen für den Einsatz in der Mikroskopie untauglich oder nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist vor diesem Hintergrund, eine zeitgleiche, multispektrale, weitgehend verlustfreie Aufnahme mehrerer unterschiedlicher Fluorophore in einem Mikroskop zu ermöglichen. Insbesondere soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Detektormodul für ein Mikroskopsystem bereitgestellt werden, das mit einer entsprechenden Farbstrahlteileranordnung ausgestattet ist Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Mikroskopsystems, das für eine entsprechende Aufnahme eingerichtet ist, und das eine verbesserte Abbildung eine mikroskopischen Probe, die mit mehreren unterschiedlichen Fluorophoren oder anderen Farbstoffen markiert ist, ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Farbstrahlteileranordnung, ein Mikroskopsystem und ein Verfahren zur mikroskopischen Abbildung mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung schlägt zunächst eine Farbstrahlteileranordnung vor, die sich insbesondere zum Einsatz als Teil eines Mehrkameramoduls bzw. einer entsprechenden Detektionseinheit mit mehreren Monochromkameras zur parallelen Detektion eignet. Ein entsprechendes Mehrkameramodul umfasst dabei insbesondere einen optischen Kameraadapter, der an einem Kameraabgang eines Mikroskops anbringbar ist, sowie mehrere Ausgänge zur Ankopplung mehrerer Monochromkameras bzw. die entsprechenden Kameras selbst. Nachfolgend werden die Begriffe „Detektoren“, „Kameras“ und „Sensoren“ synonym verwendet. Es handelt sich jeweils um Pixelsensoren der unten erläuterten Art. Die spektrale Aufteilung von Beobachtungslicht des Mikroskops erfolgt über nachfolgend im Detail erläuterte Prismen in der Farbstrahlteileranordnung, wobei jeweils Prismen, nachfolgend als Strahlteilerprismen bezeichnet, mit zueinander unterschiedliche spektrale Selektivitäten aufweisenden dichroitischen Schichten bzw. Beschichtungen vorgesehen sind. Durch ein entsprechendes Mikroskop und eine zugehörige Detektionseinheit mit der nachfolgend im Detail erläuterten Farbstrahlteileranordnung wird ein erfindungsgemäßes Mikroskopsystem geschaffen, das sich für die erwähnten Zwecke eignet.
Der optische Kameraadapter kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass er das Zwischenbild des Mikroskops so weit vergrößert, dass es der Sensorgröße der verwendeten Kameras zumindest weitgehend entspricht. Er weist insbesondere eine Schlussschnittweite auf, die groß genug ist, um die Prismenanordnung zwischen Kameraadapter und Kamera einbauen zu können. Falls keine Vergrößerungsanpassung erforderlich ist, kann der Kameraadapter auch nur aus einem rein mechanischen Element zum Einhalten des korrekten Abstandes zu den Kameras bestehen.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Farbstrahlteileranordnung mit zumindest einem („ersten“) Strahlteilerprisma vor. Das erste Strahlteilerprisma weist eine erste Prismenfläche, eine zweite Prismenfläche, eine dritte Prismenfläche und eine vierte Prismenfläche auf, wobei eine Ebene, in der die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die zweite Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, eine Ebene, in der die dritte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die vierte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, die Ebene, in der die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, einen stumpfen Winkel mit einem ersten Winkelbetrag, nachfolgend mit u bezeichnet, mit der Ebene, in der die vierte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, einschließt, die Ebene, in der die zweite Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, einen stumpfen Winkel mit dem ersten Winkelbetrag u mit der Ebene, in der die dritte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, einschließt, in oder parallel zu der Ebene, in der die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, eine erste dichroitische Schicht mit einer ersten spektralen Selektivität angeordnet ist, und in oder parallel zu der Ebene, in der die zweite Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas liegt, eine zweite dichroitische Schicht mit einer zweiten spektralen Selektivität angeordnet ist.
Auf die erste und die zweite Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas sind also jeweils dichroitische Schichten mit voneinander abweichenden spektralen Selektivitäten aufgebracht oder entsprechende Schichten sind separat dazu bereitgestellt. Eine dichroitische Schicht kann insbesondere in Form einer oder mehrerer Metalloxidschichten auf ein Prisma bzw. eine Prismenfläche aufgebracht sein. Die Begriffe „Schicht“ und „Beschichtung“ werden dabei hier synonym verwendet. Es ist grundsätzlich aber auch möglich, separate, beispielsweise planparallele, Elemente mit entsprechenden dichroitischen Schichten bereitzustellen, auf die dann ihrerseits die dichroitischen Schichten aufgebracht sind. Entsprechende separate Elemente können in einem definierten Abstand von beispielsweise 5 Mikrometern oder weniger zu den jeweiligen Prismenflächen angeordnet sein. Durch eine entsprechende Anordnung, in der ein Luftspalt zwischen der dichroitischen Schicht und der entsprechenden Prismenfläche ausgebildet wird, und damit ein starker Unterschied in den Brechungsindices besteht, lässt sich ggf. die Strahlteilung vorteilhaft gestalten.
Insgesamt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung damit zumindest zwei dichroitische Schichten mit voneinander abweichenden spektralen Selektivitäten eingesetzt, die jeweils auf bzw. parallel zu einander gegenüberliegenden parallelen Flächen eines Strahlteilerprismas ausgebildet sind. Wie nachfolgend erläutert, kann auf diese Weise eine Farbstrahlteilung in drei Kanäle erfolgen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Farbstrahlteileranordnung kann poly- oder multichromatisches Licht, allgemeiner Licht mit mehreren Wellenlängenanteilen, also in zumindest drei Teilkanäle aufgespalten werden, die zur simultanen bzw. parallelen Detektion unterschiedlichen Kameras zugeführt werden können. Die Kameras können insbesondere als Monochromkameras ausgebildet sein, wobei nachfolgend unter dem Begriff „Kamera“ auch ein Detektor oder Sensor verstanden wird, der ohne die üblicherweise vorhandenen Bestandteile einer Kamera, d.h. Verschluss, Objektiv und dergleichen, ausgebildet sein kann. Als wesentlichen Bestandteil weist ein derartiger Detektor jedoch einen lichtempfindlichen und digitalen Sensor auf. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Farbstrahlteileranordnung und die Kameras bzw. Sensoren sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere als Teil einer Detektionseinheit ausgebildet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Farbstrahlteileranordnung mit einem zweiten Strahlteilerprisma ausgebildet, das in Teilen vergleichbar mit dem ersten Strahlteilerprisma aufgebaut ist, und das daher mit weitgehend ähnlichen Fertigungsschritten hergestellt werden kann wie das erste Strahlteilerprisma. Es weist eine erste Prismenfläche, eine zweite Prismenfläche, eine dritte Prismenfläche und eine vierte Prismenfläche auf, wobei eine Ebene, in der die erste Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die zweite Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, die Ebene, in der die erste Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, einen stumpfen Winkel mit dem erwähnten ersten Winkelbetrag u mit einer Ebene, in der die vierte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, einschließt, die Ebene, in der die zweite Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, einen stumpfen Winkel mit einem zweiten, kleineren Winkelbetrag als der erste Winkelbetrag, hier mit v bezeichnet, mit einer Ebene, in der die dritte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, einschließt, in oder parallel zu der Ebene, in der die erste Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, eine dritte dichroitische Schicht mit einer dritten spektralen Selektivität angeordnet ist, und in oder parallel zu der Ebene, in der die zweite Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas liegt, eine vierte dichroitische Schicht mit einer vierten spektralen Selektivität angeordnet ist. Im Gegensatz zu dem ersten Strahlteilerprisma sind also bei dem zweiten Strahlteilerprisma die dritte und vierte Prismenfläche nicht parallel zueinander angeordnet. Das zweite Strahlteilerprisma unterscheidet sich von dem ersten Strahlteilerprisma dabei insbesondere durch die abweichende Ausbildung der dritten Prismenfläche.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann eine Farbstrahlteilung in fünf spektrale Kanäle erfolgen. Die vorliegende Erfindung bzw. die soeben erläuterte Ausführungsform beschränkt sich jedoch nicht auf die Anordnung mit nur einem ersten und einem zweiten Strahlteilerprisma. Vielmehr können auch weitere Strahlteilerprismen eingesetzt werden. Diese können gegenüber den erläuterten zwei Strahlteilerprismen in beliebiger Weise angeordnet, beispielsweise um eine gemeinsame Achse verdreht, sein. Die Aufspaltung in die spektralen Kanäle bzw. deren maximale Anzahl ergibt sich dabei gemäß 1 + 2n, wobei n die Zahl der Strahlteilerprismen darstellt. Beispielsweise lässt sich also unter Verwendung von drei entsprechenden Strahlteilerprismen eine Aufspaltung in sieben spektrale Kanäle vornehmen.
Werden zwei oder mehr Strahlteilerprismen eingesetzt, die die erläuterten ersten und zweiten Strahlteilerprismen umfassen, können gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das erste und das zweite Strahlteilerprisma derart hintereinander angeordnet werden, dass die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die dritte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordnet sind, und dass eine gemeinsame optische Achse schräg durch ihre ersten Prismenflächen und nicht durch ihre zweiten Prismenflächen verläuft.
Die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die dritte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas können dabei in Flächenkontakt stehen oder auch miteinander verkittet sein, es ist jedoch auch möglich, diese in einem definierten Abstand zueinander anzuordnen. Die genannten Prismenflächen und sämtliche der nachfolgend erläuterten, in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordneten Prismenflächen können also auch mit einem zwischenliegenden Luftspalt angeordnet sein, der idealerweise nur eine geringe Dicke, beispielsweise von 5 bis 100 Mikrometern, aufweist. Dies ist, wie bereits erwähnt, ggf. besonders vorteilhaft, da eine dichroitische Strahlteilerschicht an einer Grenzfläche mit einem großen Sprung im Brechungsindex einfacher mit besseren Eigenschaften zu realisieren ist. Grundsätzlich können auch planparallele transparente Elemente zwischengeschaltet sein.
Insgesamt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß der soeben erläuterten Ausgestaltung damit vier dichroitische Schichten mit voneinander abweichenden spektralen Selektivitäten eingesetzt, die jeweils auf einander gegenüberliegenden parallelen Flächen des ersten und des zweiten Strahlteilerprismas ausgebildet bzw. parallel dazu angeordnet sind. Nachfolgend wird der Einfachheit halber, jedoch ohne entsprechende Möglichkeiten einzuschränken, von dichroitischen Schichten „der“ Prismenflächen oder „auf den“ Prismenflächen gesprochen, auch wenn entsprechende dichroitische Schichten parallel dazu angeordnet sind. Auf diese Weise kann mittels dieser dichroitischen Schichten eine Farbstrahlteilung in fünf Kanäle erfolgen. Die entsprechenden Flächen sind dabei jeweils in einem Winkel gegenüber einer gemeinsamen Achse, die insbesondere die optische Hauptachse der Farbstrahlteileranordnung darstellt, geneigt. Die gemeinsame Achse tritt dabei jeweils durch die ersten Prismenflächen, nicht jedoch durch die zweiten Prismenflächen, der beiden Strahlteilerprismen.
Nachfolgend wird die Strahlteilung in einer entsprechenden, aus zwei Strahlteilerprismen ausgebildeten Farbstrahlteileranordnung näher erläutert. Die Strahlteilung mittels nur eines Strahlteilerprismas bzw. mittels mehr als zwei Strahlteilerprismen ergibt sich entsprechend.
Das poly- oder multichromatische Licht (nachfolgend auch als „Gesamtlicht“ bezeichnet) wird dabei zunächst entlang der gemeinsamen Achse, insbesondere zentriert zu dieser und insbesondere konvergent, in das erste Strahlteilerprisma eingestrahlt, und zwar insbesondere über die bereits erwähnte und nachfolgend weiter erläuterte, senkrecht zu der gemeinsamen Achse stehende dritte Prismenfläche. Das Gesamtlicht trifft sodann, insbesondere weiterhin entlang der gemeinsamen Achse, auf die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und wird dort entsprechend der spektralen Selektivität der hier vorgesehenen ersten dichroitischen Schicht spektral aufgespalten.
Ein Anteil des auf die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitische Schicht treffenden Gesamtlichts wird an der ersten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitischer Schicht auf die zweite Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas reflektiert Dieser an der ersten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitischer Schicht reflektierte Anteil trifft auf der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas erneut auf eine entsprechende dichroitische Schicht und wird entsprechend der spektralen Selektivität dieser dichroitischen Schicht der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas spektral aufgespalten.
Ein Anteil wird an der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitischer Schicht reflektiert, tritt vorzugsweise über die erwähnte und nachfolgend weitere erläuterte vierte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas aus diesem aus und kann, insbesondere nach Durchlaufen eines oder mehrerer weiterer Prismen, über eine entsprechend angeordnete Kamera detektiert werden. Nicht an der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitischer Schicht reflektiertes Licht tritt durch die zweite Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitische Schicht und kann, insbesondere nach Durchlaufen eines oder mehrerer weiterer Prismen, ebenfalls über eine entsprechend angeordnete Kamera detektiert werden.
Ein nicht bereits an der ersten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitischer Schicht reflektierter Anteil des Gesamtlichts tritt durch die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitische Schicht und wird, insbesondere weiterhin entlang der gemeinsamen Achse, und über die bereits erwähnte und nachfolgend weiter erläuterte dritte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas, die parallel zu oder in einer gemeinsamen Ebene mit der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas angeordnet ist, in das zweite Strahlteilerprisma eingestrahlt.
Das in das zweite Strahlteilerprisma eingestrahlte Licht trifft sodann, insbesondere weiterhin entlang der gemeinsamen Achse, auf die erste Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. die hier vorgesehene dichroitische Schicht. Wiederum wird entsprechend der spektralen Selektivität dieser dichroitische Beschichtung ein Teil des auf die erste Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. die hier vorgesehene dichroitische Schicht treffenden Lichts ein Teil reflektiert und trifft daher auf die zweite Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. die auf der zweiten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas vorgesehene dichroitische Schicht.
Ein Teil des auf die zweite Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. die hier vorgesehene dichroitische Schicht reflektierten Lichts wird entsprechend der spektralen Selektivität dieser dichroitischen Schicht reflektiert und insbesondere über die erwähnte und nachfolgend weiter erläuterte vierte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas aus dem zweiten Strahlteilerprisma ausgestrahlt. Ein weiterer Anteil der auf die zweite Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. die hier vorgesehene dichroitische Schicht reflektierten Lichts durchdringt diese und wird ebenfalls aus dem zweiten Strahlteilerprisma ausgestrahlt. Beide aus dem zweiten Strahlteilerprisma ausgestrahlte Lichtanteile können, insbesondere nach dem Durchlaufen eines oder mehrerer weiterer Prismen, mittels entsprechender Kameras detektiert werden.
Das nicht an der ersten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. der hier vorgesehenen dichroitischen Schicht reflektierte Licht durchdringt diese erste Prismenfläche bzw. dichroitische Schicht und kann ebenfalls, insbesondere nach dem Durchlaufen eines oder mehrerer weiterer Prismen, mittels einer entsprechenden monochromen oder anderen Kamera erfasst werden.
Wie nachfolgend erläutert, kann das erste Strahlteilerprisma gemäß der vorliegenden Erfindung auf besonders einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise unter Verwendung quaderförmiger Blöcke aus Glas oder anderem transparenten Material (nachfolgend vereinfacht als „Glasblöcke“ bezeichnet) hergestellt werden. Auch das zweite sowie jedes weitere, falls vorhanden, Strahlteilerprisma kann entsprechen hergestellt sein. Entsprechende quaderförmige Glasblöcke können insbesondere an einander diagonal gegenüberliegenden Kanten jeweils unter Erhalt der zweiten Prismenflächen abgeschrägt bzw. abgekantet werden. Hierbei können auch insbesondere jeweils zwei Dreiecksprismen erzeugt werden, die wie nachfolgend erläutert, an anderer Stelle der Farbstrahlteileranordnung zum Einsatz kommen können. Auf diese Weise lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung Material sparen und die Fertigungsvorgänge durch eine Reduktion von Verfahrensschritten vereinfachen.
Zu weiteren Erläuterungen sei in diesem Zusammenhang ausdrücklich auf die beigefügten Zeichnungen, insbesondere die 3 und 7, verwiesen, in denen entsprechende Strahlteilerprismen und ihre jeweiligen Prismenflächen im Detail veranschaulicht sind.
Vorzugsweise steht der Winkelbetrag v, der den zweiten stumpfen Winkel angibt, den die zweite und die dritte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. entsprechende Ebenen, in denen diese Prismenflächen liegen, einschließen, mit dem Winkelbetrag u, der den ersten stumpfen Winkel angibt, den jeweils die erste und die vierte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die erste und die vierte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. entsprechende Ebenen, in denen diese Prismenflächen liegen, einschließen, gemäß v = u - (180° - u) in Beziehung. Durch die Verwendung entsprechender Prismeninnenwinkel kann, wie auch nachfolgend noch erläutert, das zweite Strahlteilerprisma auf das erste Strahlteilerprisma aufgesetzt werden, indem die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas mit der dritten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas parallel oder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet wird.
Der erste Winkelbetrag u, der den stumpfen Winkel angibt, den jeweils die erste und die vierte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die erste und die vierte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. entsprechende Ebenen einschließen, beträgt gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 145° bis 165°, insbesondere 150° bis 160°, vorzugsweise 157,5°. Durch die Verwendung eines derartigen Winkels, der, wie nachfolgend erläutert, auch den jeweiligen Auftreffwinkel des Lichts auf die erste Prismenfläche des ersten bzw. zweiten Strahlteilerprismas und damit auch den jeweiligen Auftreffwinkel entsprechender Lichtanteile auf die zweite Prismenfläche des ersten bzw. zweiten Strahlteilerprismas definiert, kann die in herkömmlichen Anordnungen, insbesondere dem sogenannten X-Cube, gegebene Abhängigkeit der Reflexion von der Polarisation weitgehend vermieden werden, weil das Licht steiler auf eine entsprechende dichroitische Schicht trifft.
Für den Auftreffwinkel des Lichts auf die erste Prismenfläche des ersten bzw. zweiten Strahlteilerprismas ergibt sich bei einer entsprechenden Anordnung der Strahlteilerprismen, d.h. wenn das Licht senkrecht zu der dritten Prismenfläche in diese eingestrahlt wird, jeweils ein Winkelbetrag von t = 180° - u.
Wie bereits mehrfach erwähnt, lassen sich das erste (und das zweite Strahlteilerprisma, falls vorhanden) gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand eines quaderförmigen Glasblocks beschreiben, von dem zwei diagonal gegenüberliegende Kanten unter Erhalt der jeweils ersten und zweiten Prismenflächen abgeschrägt bzw. abgekantet sind. Im Falle des zweiten Strahlteilerprismas, falls vorhanden, ist eine weitere Kante abgeschrägt bzw. abgekantet. Auch eine Herstellung entsprechender Strahlteilerprismen unter Verwendung quaderförmiger Glasblöcke ist möglich.
Dabei umfasst das erste Strahlteilerprisma vorteilhafterweise eine fünfte Prismenfläche und eine zu seiner fünften Prismenfläche parallele sechste Prismenfläche, wobei die dritte und die fünfte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen rechten Winkel einschließen, wobei die vierte und die sechste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen rechten Winkel einschließen, wobei die erste und die fünfte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen stumpfen Winkel mit einem Winkelbetrag w einschließen, und wobei die zweite und die sechste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen stumpfen Prismeninnenwinkel mit dem Winkelbetrag w einschließen. Der Winkelbetrag w, der den stumpfen Winkel angibt, den jeweils die erste und die fünfte Prismenfläche und die zweite und die sechste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas bzw. entsprechende Ebenen einschließen, steht dabei mit dem ersten Winkelbetrag u, der den stumpfen Winkel angibt, den jeweils die erste und die vierte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die erste und die vierte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. entsprechende Ebenen einschließen, gemäß w = 90° + (180° - u) in Beziehung.
In der zuvor erläuterten Beschreibung über einen bzw. der zuvor erläuterten Herstellung aus einem quaderförmigen Glasblock stellen dabei die dritte, die vierte, die fünfte und die sechste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas erhalten gebliebene Quaderflächen dar, wobei die dritte und fünfte Prismenfläche einerseits und die vierte und sechste Prismenfläche andererseits jeweils mit ihren rechten Winkeln, in denen sie zueinander stehen, einander diagonal gegenüberliegende Quaderkanten definieren.
In entsprechender Weise umfasst das zweite Strahlteilerprisma, falls vorhanden, vorzugsweise eine fünfte Prismenfläche und eine zu seiner fünften Prismenfläche parallele sechste Prismenfläche, wobei die dritte und die fünfte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen stumpfen Winkel mit dem bereits bezüglich des ersten Strahlteilerprismas erläuterten Winkelbetrag w einschließen, wobei die erste und die fünfte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen stumpfen Winkel mit dem Winkelbetrag w einschließen, wobei die vierte und die sechste Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen rechten Winkel einschließen, und wobei die zweite und die sechste Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. Ebenen, in denen diese liegen, einen Winkel mit dem Winkelbetrag w einschließen. Im Unterschied zu dem ersten Strahlteilerprisma ist bei dem zweiten Strahlteilerprisma, wie bereits oben erwähnt, die dritte Prismenfläche also abweichend angeordnet, d.h. bezogen auf einen quaderförmigen Glasblock, ebenfalls abgeschrägt.
Die erläuterten Strahlteilerprismen sind vorteilhafterweise derart in der Farbstrahlteileranordnung angeordnet, dass ein kleinster Winkel zwischen der ersten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und der gemeinsamen Achse und ein kleinster Winkel zwischen der ersten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas und der gemeinsamen Achse jeweils einen Winkelbetrag x aufweisen. Dieser Winkelbetrag x steht dabei mit dem mehrfach zuvor erwähnten Winkelbetrag a, der den stumpfen Winkel angibt, den jeweils die erste und die vierte Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die erste und die vierte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. entsprechende Ebenen einschließen, gemäß x = u - 90° in Beziehung. Weiter vorteilhafterweise sind, wie ebenfalls bereits erwähnt, die erste Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die dritte Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas zueinander parallel angeordnet. Vorzugsweise stehen sind diese Prismenflächen parallel zueinander oder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Die erfindungsgemäße Farbstrahlteileranordnung weist vorteilhafterweise ein oder mehrere Dreiecksprismen mit jeweils einer ersten, einer zweiten und einer dritten Prismenfläche auf, wobei die erste und die zweite Prismenfläche des oder der Dreiecksprismen jeweils in Ebenen liegen, die einen spitzen Winkel mit einem Winkelbetrag y zueinander einschließen, der mit dem Winkelbetrag u gemäß y = 180° - u in Beziehung steht, und wobei die erste Prismenfläche des oder eines der Dreiecksprismen in einer gemeinsamen Ebene mit oder parallel zu der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und/oder die erste Prismenfläche des oder eines der Dreiecksprismen in einer gemeinsamen Ebene mit oder parallel zu der ersten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas und/oder die erste Prismenfläche des oder eines der Dreiecksprismen in einer gemeinsamen Ebene mit oder parallel zu der zweiten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas angeordnet ist Insbesondere sind dabei ein erstes, ein zweites und ein drittes Dreiecksprisma vorgesehen, die jeweils die erste, die zweite und eine dritte Prismenfläche umfassen. Hierbei schließen die zweite und die dritte Prismenfläche der Dreiecksprismen bzw. Ebenen, in denen diese Prismenflächen liegen, jeweils einen rechten Winkel und die dritte und die erste Prismenfläche der Dreiecksprismen bzw. die entsprechenden Ebenen jeweils einen zur Winkelsumme von 180° verbleibenden spitzen Winkel ein. Insbesondere lassen sich derartige Dreiecksprismen daher jeweils durch das Abschrägen bzw. Abkanten einander diagonal gegenüberliegender Kanten eines quaderförmigen Glasblocks unter Erhalt der ersten und zweiten Prismenflächen gewinnen. Eine derartige Herstellung ist jedoch explizit keine Voraussetzung zur Herstellung des ersten und des zweiten Strahlteilerprismas bzw. der entsprechenden Dreiecksprismen.
Vorteilhafterweise ist dabei in einer Anordnung mit dem ersten und dem zweiten Strahlteilerprisma die erste Prismenfläche des ersten Dreiecksprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas, die erste Prismenfläche des zweiten Dreiecksprismas parallel zu der ersten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas und die erste Prismenfläche des dritten Dreiecksprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas angeordnet, wobei die jeweils parallel angeordneten Prismenflächen in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordnet sind. Wie auch insbesondere unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, kann auf diese Weise erreicht werden, dass die jeweils an der zweiten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas, der zweiten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. der ersten Prismenfläche des zweiten Strahlteilerprismas bzw. deren dichroitischen Schichten nicht reflektierten und damit die entsprechenden Prismenflächen bzw. die entsprechenden dichroitischen Schichten durchstrahlenden Lichtanteile über eine senkrecht zur Strahlachse verlaufende Glasfläche in jeweils nachgeordnete Prismen bzw. zu einer entsprechenden Kamera gelangen können.
Insbesondere zur Erzielung gleicher bzw. aneinander angepasster Strahlwege in Glas bezüglich der jeweils unter Verwendung der Prismenflächen bzw. dichroitischen Schichten gebildeten Teilstrahlengänge weist die Farbstrahlteileranordnung gemäß der soeben erläuterten Ausführungsform vorteilhafterweise ein oder mehrere Quaderprismen auf, wobei das oder zumindest eines der Quaderprismen jeweils dem oder einem der Dreiecksprismen zugeordnet ist oder sind. Die Quaderprismen können insbesondere auch als Würfelprismen ausgebildet sein. Ihre konkrete Ausgestaltung richtet sich insbesondere nach der Geometrie der verwendeten Kameras bzw. Sensoren.
Insbesondere weist die Farbstrahlteileranordnung ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Quader- bzw. Würfelprisma auf. Die Quader-Würfelprismen sind in geeigneter Größe ausgebildet und weisen jeweils eine erste Prismenfläche und eine zu der ersten Prismenfläche parallele zweite Prismenfläche auf. Die erste Prismenfläche des ersten Quader- bzw. Würfelprismas ist dabei in der zuvor erläuterten Anordnung mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Dreiecksprisma parallel zu der zweiten Prismenfläche des ersten Dreiecksprismas, die erste Prismenfläche des zweiten Quader- bzw. Würfelprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des zweiten Dreiecksprismas, die erste Prismenfläche des dritten Quader- bzw. Würfelprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des dritten Dreiecksprismas, die erste Prismenfläche des vierten Quader- bzw. Würfelprismas parallel zu der vierten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas und die erste Prismenfläche des fünften Quader- bzw. Würfelprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des ersten Quader- bzw. Würfelprismas angeordnet. Die jeweils erwähnten, parallel zueinander angeordneten Prismenflächen sind in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordnet. Anstelle der Quader- bzw. Würfelprismen können auch andere Prismen zum Einsatz kommen, die entsprechende Strahlwege bilden, und zusätzliche Prismen vorhanden sein.
Alternativ zu der soeben erläuterten Verwendung von fünf Quader- bzw. Würfelprismen können in einer entsprechenden Anordnung auch nur drei Quader-bzw. Würfelprismen und zusätzlich zwei Halbquader- bzw. Halbwürfelprismen zum Einsatz kommen. Das erste, das zweite und das dritte Quader- bzw. Würfelprisma weisen dabei jeweils eine erste Prismenfläche und eine zu der ersten Prismenfläche parallele zweite Prismenfläche auf. Die Halbquader- bzw. Halbwürfelprismen weisen jeweils eine erste Prismenfläche und eine zu der ersten Prismenfläche im rechten Winkel angeordnete zweite Prismenfläche auf. Die erste Prismenfläche des ersten Quader- bzw. Würfelprismas ist dabei parallel zu der zweiten Prismenfläche des zweiten Dreiecksprismas, die erste Prismenfläche des zweiten Quader- bzw. Würfelprismas parallel zu der vierten Prismenfläche des ersten Strahlteilerprismas, die erste Prismenfläche des ersten Halbquader- bzw. Halbwürfelprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des ersten Dreiecksprismas, die erste Prismenfläche des zweiten Halbquader- bzw. Halbwürfelprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des dritten Dreiecksprismas und die erste Prismenfläche des dritten Quader- bzw. Würfelprismas parallel zu der zweiten Prismenfläche des ersten Halbquader- bzw. Halbwürfelprismas angeordnet. Auch hier sind jeweils erwähnten, parallel angeordneten Prismenflächen parallel zueinander oder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Sämtliche der vorstehend benannten Prismenflächen, d.h. die ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Prismenflächen des ersten und des zweiten Strahlteilerprismas, die ersten, zweiten und dritten Prismenflächen der Dreiecksprismen, die ersten und zweiten Prismenflächen der Quader- bzw. Würfelprismen und die ersten und zweiten Prismenflächen der Halbquader- bzw. Halbwürfelprismen, soweit jeweils vorhanden, sind jeweils senkrecht zu einer Bezugsebene angeordnet, in der insbesondere auch die gemeinsame Achse verlaufen kann. Die erwähnten Prismen weisen dabei weitere, insbesondere parallel zu der Bezugsebene angeordnete Prismenflächen auf. Ist dabei zuvor und nachfolgend von „Dreiecksprismen“ die Rede, handelt es sich hierbei um solche Prismen, die in Draufsicht auf die Bezugsebene einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Innenwinkel eines entsprechenden Dreiecks jeweils zuvor den erläuterten Winkeln entsprechen. Bei einem „Würfelprisma“ handelt es sich um Glasblöcke, die sechs identisch bemaßte Flächen aufweisen, von denen jeweils zwei zueinander parallel angeordnet sind. Ein Würfelprisma stellt damit eine Sonderform eines „Quaderprismas“ dar, bei dem die jeweils einander gegenüberliegenden Flächen, nicht notwendigerweise jedoch aneinander angrenzende Flächen, identisch bemaßt sind. Im hier verwendeten Sprachgebrauch handelt es sich bei einem „Halbquader-“ bzw. „Halbwürfelprisma“ um ein Quader-bzw. Würfelprisma, das diagonal halbiert ist. Zu den Prismenbezeichnungen sei ergänzend auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Ein Mikroskopsystem zur mikroskopischen Abbildung einer Probe ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Dieses umfasst eine Detektionseinheit, die insbesondere modular, also als über entsprechende Kopplungsmittel koppelbare und entfernbare Einheit, ausgebildet sein kann und die ferner eine Farbstrahlteileranordnung, insbesondere eine Farbstrahlteileranordnung, wie sie zuvor in bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, aufweist. Die Detektionseinheit des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems weist ferner mehrere Sensoren auf. Das erfindungsgemäße Mikroskopsystem ist mit einer Beleuchtungseinheit ausgestattet, die nach Maßgabe einer Ansteuerung durch eine Steuereinheit Licht auf die Probe einstrahlt.
Das Mikroskopsystem ist ferner derart ausgebildet, dass es von der Probe abgestrahltes Licht mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängenanteilen in die Farbstrahlteileranordnung einstrahlt, dieses Licht mittels der Farbstrahlteileranordnung in die unterschiedlichen Wellenlängenanteile zerlegt, und die unterschiedlichen Wellenlängenanteile jeweils auf einen der Sensoren in der Detektionseinheit führt. Ferner erfasst das Mikroskopsystem mittels der Sensoren Einzelbilddaten, wertet die Einzelbilddaten und/oder unter Verwendung der Einzelbilddaten erzeugte Bilddaten mittels einer Recheneinheit aus, und steuert die Beleuchtungseinheit und/oder die Detektionseinheit auf Grundlage der Auswertung mittels der Steuereinheit an.
Zur Durchführung der angegebenen Maßnahmen weist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikroskopsystem die jeweils erforderlichen elektronischen, optischen und/oder mechanischen Mittel auf, die jeweils zur Durchführung dieser Maßnahmen eingerichtet sind.
Durch die Auswertung der Einzelbilddaten in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem, in der die jeweiligen spektralen Kanäle individuell und insbesondere getrennt voneinander betrachtet werden können, ist es insbesondere möglich, eine gezielte Anpassung von Beleuchtungs- und/oder Detektionsparametern vorzunehmen. Auch eine Auswertung eines aus Einzelbilddaten zusammengesetzten Bilds ist grundsätzlich möglich. Beispielsweise kann dann, wenn erkannt wird, dass ein Fluorophor in einer mikroskopischen Probe eine übermäßig starke Emissionsintensität zeigt, das entsprechende Anregungslicht reduziert werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein durch Überlagerung der Einzelbilddaten erzeugtes Gesamtbild nicht überstrahlt wird. Ferner kann sichergestellt werden, dass die Anregung stets nur mit der absolut notwendigen Intensität vorgenommen wird. Auf diese Weise kann die Probe bzw. das entsprechende Fluorophor geschont und ein Ausbleichen verhindert werden. Eine entsprechende Erhöhung oder Verringerung der Intensität kann insbesondere in Abhängigkeit von der Intensität des Hintergrunds bzw. des Signal/Rausch-Verhältnisses vorgenommen werden.
Wie erwähnt, kann auf Grundlage der Auswertung der Einzelbilddaten in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem insbesondere die Beleuchtungseinheit angesteuert werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ansteuerung insbesondere, einen oder mehrere Lichtparameter des auf die Probe eingestrahlten Lichts auf Grundlage der Auswertung einzustellen, um, wie erwähnt, beispielsweise eine vorteilhafte Adaption einer Fluoreszenzanregung auf Grundlage der Fluoreszenzantwort zu ermöglichen.
In einem Mikroskopsystem gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden dabei als der eine oder die mehreren Lichtparameter eine Intensität oder eine Wellenlänge von Licht wenigstens einer Lichtquelle in der Beleuchtungseinheit eingestellt bzw. durch eine entsprechende Ansteuerung beeinflusst. Beispielsweise kann dabei die Intensität einer oder mehrerer Lichtquellen durch Spannungs- oder Stromansteuerung erhöht oder verringert werden. Ähnliches ist grundsätzlich auch durch die Ansteuerung von Filtern oder Filteranordnungen in der Beleuchtungseinheit möglich, beispielsweise eines Filterrads mit Graufiltern unterschiedlicher Tönung oder durch Ansteuern elektronisch einstellbarer Grau- oder Abschwächungsfilter. Eine Änderung einer Wellenlänge kann beispielsweise mittels entsprechender Farbfilter oder anderer optischer Einrichtungen erfolgen.
Eine Ansteuerung auf Grundlage der Auswertung der Einzelbilddaten kann insbesondere auch eine Ansteuerung der Detektionseinheit umfassen. In dieser können beispielsweise ein Verstärkungsfaktor der Sensoren bzw. Detektoren oder ein oder mehrere Filter oder Filteranordnungen eingestellt werden.
In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem umfasst die Auswertung der Einzelbilddaten insbesondere eine spektrale Entmischung (engl. Spectral Unmixing), im Besonderen eine lineare Entmischung. Eine spektrale Entmischung kann beispielsweise unter Verwendung von Referenzspektren vorgenommen werden, anhand derer der Beitrag der jeweiligen Fluorophore bestimmt bzw. abgeschätzt werden kann. Durch die spektrale Entmischung, die grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist es insbesondere möglich, eine exakte Trennung einer Reihe unterschiedlicher Fluoreszenzfarbstoffe mit sehr ähnlichen Emissionsspektren vorzunehmen. Zu weiteren Details sei auf einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Eine spektrale Entmischung kann durch die Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystems auch dadurch erleichtert werden, dass durch die Ansteuerung auf Grundlage der Auswertung der Einzelbilder der Beitrag eines oder mehrerer Fluorophore zu einem Gesamtspektrum erhöht oder verringert werden kann. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Referenzspektren zu erhalten, die aus einer Anregung von Licht mit einer spezifisch ausgewählten Eigenschaft resultieren und diese mit einem Gesamtspektrum zu vergleichen. Mit anderen Worten können die Beiträge anderer Fluorophore zu einem Spektrum gezielt beeinflusst werden, um den Beitrag eines zu untersuchenden Fluorophors besser beurteilen zu können.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystems ermittelt die Recheneinheit zur spektralen Entmischung einen oder mehrere Referenzpixel bzw. dessen oder deren Inhalt oder Inhalte in den Einzelbilddaten und/oder in den aus diesen erhaltenen Bilddaten und verwendet diesen oder diese zur spektralen Entmischung. Bei einem oder mehreren solchen Referenzpixeln kann es sich insbesondere um einen oder mehrere Pixel handeln, deren Spektrum nur durch den Beitrag eines Fluorophors hervorgerufen wird, und das daher als Referenzpixel verwendet wird. Dies kann beispielsweise aus einem Phasor-Plot oder durch einen Vergleich mit benachbarten Pixeln ermittelt werden, oder dadurch, dass durch eine gezielte Ansteuerung der Beleuchtungseinheit nur ein definierter Farbstoff angeregt wird.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems kann eine Entmischung durch eine Variation der Anregung vereinfacht werden. Diese kann beispielsweise durch eine Verschiebung der jeweiligen Anregungswellenlänge(n) und/oder durch eine entsprechende Erhöhung oder Verringerung der Strahlungsintensität erzielt werden, also Maßnahmen, die beleuchtungsseitig vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann, durch Ansteuern der verwendeten Detektoren, auch eine beispielsweise eine elektronische Verstärkung im Sensor (Gain) und/oder die jeweilige Belichtungszeit verändert werden.
In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem umfasst die Auswertung der Einzelbilddaten vorteilhafterweise eine Phasoranalyse, und die Ansteuerung erfolgt auf Grundlage der Phasoranalyse. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikroskopsystem erweist sich insbesondere im Zusammenhang mit einer derartigen Phasoranalyse als besonders vorteilhaft, weil hier das Signal/Rausch-Verhältnis entscheidend für die Trennung bzw. spektrale Entmischung sein kann. Daher ist es hierbei besonders vorteilhaft, wenn die Möglichkeit besteht, einzelne Farben bzw. spektrale Kanäle hinsichtlich ihrer Intensität zu erhöhen bzw. in Bezug auf das vorliegende Rauschen anzupassen.
In einer Phasoranalyse werden die Komponenten der einzelnen Pixel als Punkte in einem Phasorplot dargestellt. Einzelne spektrale Komponenten stellen in einer derartigen Auswertung Punktewolken dar. Der Durchmesser dieser Punktewolken hängt vom Rauschen ab und wird dabei idealerweise soweit minimiert dass eine hinreichend genaue Identifikation der Beiträge der einzelnen Farbstoffe zum Farbwert eines Pixels möglich ist. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikroskopsystem erlaubt dabei einem Benutzer eine Entscheidungsmöglichkeit zwischen der Präzision der spektralen Entmischung und der Probenbelastung durch eine stärkere Beleuchtung.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikroskopsystem erlaubt die Nutzung von Ebenen oder anderen Bereichen der Probe, um auf diese Weise zusätzliche Informationen über die in einer Probe vorhandenen Farbstoffe zu erhalten. Insbesondere ist eine Reaktion auf Benutzereingaben möglich, beispielsweise in Bezug auf Informationen, die auf einem Anzeigegerät dargestellt werden. Insbesondere eine lineare Entmischung kann in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem vorteilhaft durchgeführt werden, da dieses typischerweise eine genaue Kenntnis der Spektren der einzelnen Fluorophore erfordert. In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem können, wie erwähnt, hierzu beispielsweise Pixel identifiziert werden, deren Spektrum auf ein einziges Fluorophor zurückzuführen ist. entsprechende Informationen können dann für die lineare spektrale Entmischung genutzt werden.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe umfasst die Verwendung eines Mikroskopsystems, insbesondere wie zuvor erläutert Das verwendete Mikroskopsystem umfasst eine Detektoreinheit, die eine Farbstrahlteileranordnung und mehrere Sensoren aufweist, und eine Beleuchtungseinheit, die nach Maßgabe einer Ansteuerung durch eine Steuereinheit Licht auf die Probe einstrahlt. In dem Verfahren wird von der Probe abgestrahltes Licht mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängenanteilen mittels des Mikroskopsystems in die Farbstrahlteileranordnung eingestrahlt, dieses Licht wird mittels der Farbstrahlteileranordnung in die unterschiedlichen Wellenlängenanteile zerlegt, und die unterschiedlichen Wellenlängenanteile werden jeweils auf einen der Sensoren in der Detektoreinheit geführt. Unter Verwendung des Mikroskopsystems werden ferner mittels der Sensoren Einzelbilddaten erfasst, die Einzelbilddaten werden mittels einer Recheneinheit ausgewertet, und die Beleuchtungseinheit und/oder die Detektoreinheit wird auf Grundlage der Auswertung mittels der Steuereinheit angesteuert wird.
Zu Merkmalen und Vorteilen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zu dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem und seiner bevorzugten Ausführungsformen ausdrücklich verwiesen.
Weitere Merkmale und Vorteile der zuvor erläuterten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend zusammenfassend angegeben. Die entsprechenden Erläuterungen betreffen dabei die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Farbstrahlteileranordnung und dass erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur mikroskopischen Abbildung mit den betreffenden Ausgestaltungen jeweils in gleicher Weise.
Mittels eines Mikroskopobjektivs erfasstes Licht wird vorteilhafterweise zur Unterdrückung des Anregungslichts in der Fluoreszenzmikroskopie auf bekannte Weise, beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Filters, insbesondere eines Notch-Filters, gefiltert, bevor es unter Verwendung der Farbstrahlteileranordnung in spektrale Anteile aufgeteilt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Multiband-Notchfilter objektseitig der Strahlteilung eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die spektrale Auflösung in besonders einfacher Weise verdoppelt werden. Die Bänder des Multiband-Notchfilters werden dabei z.B. halb so breit wie die Breite des „Kanals“ gewählt, in dessen spektralem Bereich sie liegen. Beispielsweise kann bei einer Teilung des Spektrum von 400 nm bis 900 nm in 5 Banden bzw. spektrale Anteile (400 bis 500, 500 bis 600, 600 bis 700, 700 bis 800, 800 bis 900 Nanometer) ein Notchfilter verwendet werden, der nur die Bereich 450 bis 500, 550 bis 600, 650 bis 700 Nanometer etc. transmittiert. Alternativ ist auch beispielsweise eine Filterung in Bereiche von 450 bis 550 bzw. 650 bis 750 Nanometer möglich.
Der Filter kann absorbierend oder reflektierend ausgeführt sein. Für den absorbierenden Fall, insbesondere wenn der Filter auf Basis von dielektrischen Schichten als Interferenzfilter ausgeprägt ist, kann dessen spektrales Profil durch Verkippung variiert werden. Auch eine Verschiebung im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse kann erfolgen. Durch mehrere konsekutive Messungen mit verändertem Absorptions- bzw. Reflexions-Spektrum des Filters kann eine hohe spektrale Auflösung erreicht werden. Für den reflektierenden Fall kann das reflektierte Licht auf eine baugleiche Farbstrahlteileranordnung gelenkt werden. Hiermit kann die höhere spektrale Auflösung schneller und mit höherer Lichtausbeute erreicht werden.
Vor der spektralen Aufteilung mittels der Farbstrahlteileranordnung kann vorteilhafterweise eine Korrektur der Transmission der optischen Elemente der Farbstrahlteileranordnung unter Verwendung einer Tubuslinse durchgeführt werden. Diese Tubuslinse wird vorteilhafterweise auf die Materialeigenschaften und optischen Weglängen in der Farbstrahlteileranordnung abgestimmt. Insbesondere kann die Tubuslinse eine Kompensation des chromatischen bzw. farbabhängigen Versatzes der Bildebene kompensieren (der durch die Dispersion der Farbstrahlteileranordnung hervorgerufen wird), so dass für alle spektralen Anteile bzw. Strahlengänge die Bildebene direkt hinter der Farbstrahlteileranordnung bzw. in definierten Ebenen liegt und die Sensoren direkt an die Farbstrahlteileranordnung angebracht oder mit dieser fest verbunden werden können.
Die einzelnen spektralen Anteile, die mittels einer entsprechenden Farbstrahlteileranordnung bereitgestellt werden, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise weiter gefiltert werden, insbesondere unter Verwendung von Bandpassfiltern, bevor sie mittels entsprechender Kameras erfasst werden. Auf diese Weise kann das jeweils gemessene Signal besser definiert bzw. Crosstalk unterdrückt werden. Die Zuverlässigkeit der Detektion wird auf diese Weise verbessert.
Als Sensoren in Detektoren bzw. Kameras, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, können insbesondere monochrome Charge-Coupled Device-, Complementary Metal-Oxide-Semiconductor- oder Scientific Complementary Metal-Oxide-Semiconductor-Sensoren (CCD, CMOS oder sCMOS) verwendet werden, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik im Bereich der mikroskopischen Detektion bekannt sind. Die Sensoren bzw. Kameras können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere können die Sensoren unterschiedliche Formate oder unterschiedliche Bauweisen aufweisen. Zum Beispiel können Sensoren auf Siliziumbasis für die Detektion von Licht im sichtbaren Spektralbereich und ein oder mehrere Sensoren auf Indiumgalliumarsenidbasis für den nahen Infrarotbereich (mehr als 700 nm, insbesondere mehr als 1000nm) verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur mikroskopischen Abbildung wird vorteilhafterweise unter Steuerung eines oder mehrerer Prozessoren in der eingesetzten Recheneinheit durchgeführt. Insbesondere kann in einem entsprechenden Verfahren dabei ein Field Programmable Gate Array (FPGA), ein Hauptprozessor (CPU) oder ein Grafikprozessors (GPU) zum Einsatz kommen, mittels dessen eine Anpassung bzw. Verschiebung von jeweils mittels Kameras erfassten Einzelbildern vorgenommen werden kann. Insbesondere kann dabei auch eine Phasoranalyse durchgeführt werden und auf dieser Grundlage eine Zuordnung zu einzelnen Farbstoffen erfolgen. Hierbei kann eine Automatisierung in beliebigen Umfang sowie eine Berücksichtigung von Benutzereingaben erfolgen.
Die Zuordnung des von einem Farbstoff ausgesandten Emissionslichts basierend auf den Bildern der Kameras bzw. Detektoren kann insbesondere durch das bekannte sogenannte Spectral Unmixing erfolgen. Hierbei wird die Summe der spektralen Informationen für die einzelnen Fluorophore in separate Bilder aufgetrennt. Für das Spectral Unmixing können Algorithmen zum Einsatz kommen, die den spektralen Inhalt jedes Pixels eines Pixelstapels, wie er durch die Überlagerung erhalten wird, mit möglichen Summenkombinationen der bekannten Spektren der Fluorophormoleküle einer Probe vergleicht.
Durch die erfindungsgemäße Farbstrahlteileranordnung kann insbesondere sichergestellt werden, dass Grenzflächen (Ein- und Austrittsflächen in bzw. aus Glas) senkrecht auf der optischen Achse der jeweiligen Strahlengänge bzw. Teilstrahlengänge stehen. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, da das Licht in einer entsprechenden Farbstrahlteileranordnung insbesondere nicht kollimiert verläuft. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Farbstrahlteileranordnung sichergestellt werden, dass die optische Weglänge in Glas zwischen dem Eingang der Farbstrahlteileranordnung, beispielsweise einer entsprechenden Tubuslinse, und den jeweiligen der Kameras für sämtliche Teilstrahlengänge einheitlich bzw. aufeinander abgestimmt ist. Abweichungen können sich durch eventuell noch vorhandene longitudinale chromatische Aberrationen ergeben.
Die erfindungsgemäße Farbstrahlteileranordnung ermöglicht eine Farbstrahlteilung unter Verwendung einer geringen Zahl von optischen Bauteilen, so dass Fertigungsaufwand, Kosten und Baugröße gering gehalten werden können und die Anzahl der optischen Grenzflächen minimiert ist und die Stabilität hoch ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Figurenliste

1 zeigt eine Farbstrahlteileranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung.
2 zeigt eine Farbstrahlteileranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung.
3 zeigt Strahlteilerprismen von Farbstrahlteileranordnungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung in schematischer Darstellung.
4 veranschaulicht Dimensionen an einer Farbstrahlteileranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
5 zeigt eine Farbstrahlteileranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter perspektivischer Explosionsansicht.
6 zeigt eine Farbstrahlteileranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter zusammengesetzter perspektivischer Ansicht.
7A bis 7D veranschaulichen Möglichkeiten zur Herstellung von Strahlteiler- und Dreiecksprismen gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
8 zeigt ein Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren sind einander funktionell und/oder baulich entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
In 1 ist eine Farbstrahlteileranordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vereinfacht schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
Die Farbstrahlteileranordnung 100 umfasst in der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ein erstes Strahlteilerprisma A1 und ein zweites Strahlteilerprisma A2. Das erste Strahlteilerprisma A1 und das zweite Strahlteilerprisma A2 weisen jeweils eine erste Prismenfläche A1-1, A2-1 und eine zweite Prismenfläche A1-2, A2-2 auf.
Das erste Strahlteilerprisma A1 und das zweite Strahlteilerprisma A2 sind derart in der Farbstrahlteileranordnung 100 angeordnet, dass eine gemeinsame Achse A jeweils durch ihre ersten Prismenflächen A1-1, A2-1, nicht jedoch durch ihre zweiten Prismenflächen A1-2, A2-2 verläuft. Insbesondere sind die ersten Prismenflächen A1-1, A2-1 des ersten und des zweiten Strahlteilerprismas A1, A2, und damit auch die parallel zu den ersten Prismenflächen A1-1, A2-1angeordneten zweiten Prismenflächen A1-2, A2-2, derart gegenüber der gemeinsamen Achse A geneigt, dass Licht, das jeweils entlang der gemeinsamen Achse A in den Strahlteilerprismen A1 und A2 verläuft, in einem Winkel auf die ersten Prismenflächen A1-1, A2-1 trifft, der eine weitgehend polarisationsunabhängige Reflexion erlaubt.
Auf die erste und zweiten Prismenflächen A1-1, A2-1, A1-2, A2-2 des ersten und zweiten Strahlteilerprismas A1, A2 sind jeweils dichroitische Schichten aufgebracht, die hier mit 1 bis 4 bezeichnet sind. Wie erwähnt können die dichroitischen Schichten 1 bis 4 auch als Teil separater optischer Elemente ausgebildet sein, die mit den ersten und den zweiten Prismenflächen A1-1, A2-1, A1-2, A2-2 in Flächenkontakt stehen oder in einem vorgegebenen (geringen) Abstand zu den ersten und zweiten Prismenflächen A1-1, A2-1, A1-2, A2-2 angeordnet sein können. Diese dichroitischen Schichten weisen voneinander abweichende spektrale Selektivitäten auf, so dass in der nachfolgend erläuterten Weise poly- oder multichromatisches Licht eines Lichtstrahls m, der entlang der gemeinsamen Achse A verläuft und auf die erste Prismenfläche A1-1 des ersten Strahlteilerprismas A1 trifft, in insgesamt fünf unterschiedliche spektrale Anteile aufgespalten werden kann.
Alle dichroitischen Schichten 1 bis 4 sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise als Kurzpassfilter ausgelegt, reflektieren also Licht ab einer festgelegten Wellenlänge, also Licht mit höheren Wellenlängen.
Weitere Prismenflächen des ersten Strahlteilerprismas A1 und des zweiten Strahlteilerprismas A2 sind insbesondere unter Bezugnahme auf die 3 näher erläutert, auf die nun in Zusammenschau mit 1 Bezug genommen wird. Die in 3 verwendeten Bezugszeichen sind der Übersichtlichkeit halber in 1 nur teilweise angegeben. In 3 sind dabei nur das erste Strahlteilerprisma A1 und das zweite Strahlteilerprisma A2 isoliert und getrennt voneinander veranschaulicht. Die 3 zeigt ferner die gemeinsame Achse A, die durch die erste Prismenfläche A1-1 des ersten Strahlteilerprismas A1 und die erste Prismenfläche A2-1 des zweiten Strahlteilerprismas A2 verläuft.
Eine gemäß 3 spezifisch bezeichnete dritte Prismenfläche A1-3 des ersten Strahlteilerprismas A1, bzw. eine Ebene, in der diese dritte Prismenfläche A1-3 des ersten Strahlteilerprismas liegt, schließt mit der zweiten Prismenfläche A1-2 des ersten Strahlteilerprismas A1, bzw. einer Ebene, in der diese zweite Prismenfläche A1-2 des ersten Strahlteilerprismas A1 liegt, einen zuvor mehrfach erwähnten ersten stumpfen Winkel mit einem ersten Winkelbetrag u ein. Entsprechendes gilt für eine vierte Prismenfläche A1-4 des ersten Strahlteilerprismas A1 und dessen erste Prismenfläche A1-1 bzw. die entsprechenden Ebenen, in denen diese Prismenflächen A1-4 und A1-1 liegen.
Eine gemäß 3 spezifisch bezeichnete dritte Prismenfläche A2-3 des zweiten Strahlteilerprismas A2, bzw. eine Ebene, in der diese dritte Prismenfläche A2-3 des zweiten Strahlteilerprismas liegt, schließt mit der zweiten Prismenfläche A2-2 des zweiten Strahlteilerprismas A2, bzw. einer Ebene, in der diese zweite Prismenfläche A2-2 des zweiten Strahlteilerprismas A2 liegt, einen zuvor mehrfach erwähnten stumpfen Winkel mit einem zweiten Winkelbetrag v ein, der kleiner als der Winkelbetrag u ist. Insbesondere steht dabei der Winkelbetrag v mit dem Winkelbetrag u gemäß v = u - (180° - u) in Beziehung, wie mehrfach zuvor angegeben. Eine vierte Prismenfläche A2-4 des zweiten Strahlteilerprismas A2, bzw. eine Ebene, in der diese vierte Prismenfläche A2-4 des zweiten Strahlteilerprismas A2 liegt, schließt mit dessen erster Prismenfläche A2-1, bzw. einer Ebene, in der dessen erste Prismenfläche A2-1 liegt, hingegen abweichend zu der entsprechenden Anordnung der Prismenflächen A1-4 und A1-1 in dem ersten Strahlteilerprisma A1 einen stumpfen Winkel mit dem Winkelbetrag u ein.
Weitere Prismenflächen, hier als fünfte Prismenfläche A1-5, A2-5 und sechste Prismenfläche A1-6, A2-6 bezeichnet, sind angeordnet wie zuvor ausführlich erläutert. Die Strahlteilerprismen A1, A2 sind jeweils durch die durchgezogen veranschaulichten Linien abgegrenzt. Wie in 3 mittels gestrichelter Linien dargestellt, können diese dabei durch Abschrägen bzw. Abkanten aus quaderförmigen Glasblöcken unter jeweiliger Schaffung der ersten und zweiten Prismenflächen A1-1, A2-1, A2-1, A2-2 des ersten und zweiten Strahlteilerprismas A1, A2 und der dritten Prismenfläche A2-3 des zweiten Strahlteilerprismas A2 hergestellt werden. Wie erwähnt, ist eine derartige Herstellung jedoch keine zwingende Voraussetzung.
Die Strahlteilung unter Verwendung einer entsprechenden Strahlteileranordnung 100 ist wiederum unter Bezugnahme auf die 1 erläutert. Hierbei wird ein Lichtstrahl m poly- oder multichromatischen Lichts über die dritte Prismenfläche A1-3 des ersten Strahlteilerprismas A1 in entlang der gemeinsamen Achse A in dieses eingestrahlt. Der Lichtstrahl m trifft nun gemäß der Ausrichtung der ersten Prismenfläche A1-1 gegenüber der gemeinsamen Achse A auf die erste Prismenfläche A1-1 bzw. die entsprechende dichroitische Schicht 1. Die spektrale Selektivität der dichroitischen Schicht 1 ist insbesondere derart gewählt, dass rote und orange Lichtanteile an dieser überwiegend reflektiert werden, hingegen grüne, blaue und gelbe Lichtanteile diese überwiegend passieren.
Ein auf diese Weise an der ersten Prismenfläche A1-1 des ersten Strahlteilerprismas A1 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 1 reflektierter Lichtstrahl ro mit roten und orangen Lichtanteilen trifft auf die zweite Prismenfläche A1-2 des ersten Strahlteilerprismas A1. Die hier vorgesehene dichroitische Schicht 2 weist eine spektrale Selektivität auf, die insbesondere derart gewählt ist, dass orange Lichtanteile an dieser überwiegend reflektiert werden, hingegen rote Lichtanteile diese überwiegend passieren.
Ein auf diese Weise an der zweiten Prismenfläche A1-2 des ersten Strahlteilerprismas A1 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 2 reflektierter Lichtstrahl o mit orangen Lichtanteilen wird über die vierte Prismenfläche A1-4 des ersten Strahlteilerprismas A1 ausgestrahlt. Der Lichtstrahl o durchstrahlt ein Würfelprisma C, das in der Strahlteileranordnung 100 im Wesentlichen zur Vereinheitlichung der Licht- bzw. Glaswege vorgesehen ist, und trifft auf eine hier nicht veranschaulichte Kamera.
An der zweiten Prismenfläche A1-2 des ersten Strahlteilerprismas A1 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 2 nicht reflektiertes bzw. diese passierendes Licht mit roten Lichtanteilen durchstrahlt in Form eines Lichtstrahls r ein Dreiecksprisma B und zwei Würfelprismen C und trifft anschließend ebenfalls auf eine nicht dargestellte Kamera. Das Dreiecksprisma B dient im Wesentlichen dazu, sicherzustellen, dass der Lichtstrahl r über eine senkrechte Grenzfläche aus der Farbstrahlteileranordnung 100 austritt. Durch eine geometrische Betrachtung unter Berücksichtigung der zuvor ausführlich erläuterten Prismeninnenwinkel des ersten Strahlteilerprismas A1, des Dreiecksprismas B und der Würfelprismen C wird ersichtlich, dass die Glaswege der Lichtstrahlen o und r identisch sind.
An der ersten Prismenfläche A1-1 des ersten Strahlteilerprismas A1 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 1 nicht reflektiertes bzw. diese passierendes Licht mit grünen, blauen und gelben Lichtanteilen tritt in Form eines Lichtstrahls gby über die dritte Prismenfläche A2-3 des zweiten Strahlteilerprismas A2, die insbesondere mit der ersten Prismenfläche Prismenfläche A1-1 des ersten Strahlteilerprismas A1 verkittet oder in einem vorgegebenen (geringen) Abstand dazu angeordnet ist, in das zweite Strahlteilerprisma A2 ein und trifft auf die erste Prismenfläche A2-1 des zweiten Strahlteilerprismas A2 bzw. die dort vorgesehene dichroitische Schicht 3. Diese dichroitische Schicht weist eine spektrale Selektivität auf, die insbesondere derart gewählt ist, dass grüne und gelbe Lichtanteile an dieser überwiegend reflektiert werden, hingegen blaue Lichtanteile diese überwiegend passieren.
Ein auf diese Weise an der ersten Prismenfläche A2-1 des zweiten Strahlteilerprismas A2 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 3 reflektierter Lichtstrahl gy mit grünen und gelben Lichtanteilen trifft auf die zweite Prismenfläche A2-2 des zweiten Strahlteilerprismas A2. Die hier vorgesehene dichroitische Schicht 4 weist eine spektrale Selektivität auf, die insbesondere derart gewählt ist, dass gelbe Lichtanteile an dieser überwiegend reflektiert werden, hingegen grüne Lichtanteile diese überwiegend passieren.
Ein auf diese Weise an der zweiten Prismenfläche A2-2 des zweiten Strahlteilerprismas A2 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 4 reflektierter Lichtstrahl y mit gelben Lichtanteilen wird über die vierte Prismenfläche A2-4 des zweiten Strahlteilerprismas A2 ausgestrahlt und trifft auf eine hier nicht veranschaulichte Kamera. Ein Würfelprisma C ist hier nicht vorgesehen. An der zweiten Prismenfläche A2-2 des zweiten Strahlteilerprismas A2 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 4 nicht reflektiertes bzw. diese passierendes Licht mit gelben Lichtanteilen durchstrahlt in Form eines Lichtstrahls g ein Dreiecksprisma B und ein Würfelprisma C und trifft anschließend ebenfalls auf eine nicht dargestellte Kamera. Das Dreiecksprisma B dient auch hier im Wesentlichen dazu, sicherzustellen, dass der Lichtstrahl g über eine senkrechte Grenzfläche aus der Farbstrahlteileranordnung 100 austritt. Durch eine geometrische Betrachtung unter Berücksichtigung der zuvor ausführlich erläuterten Prismeninnenwinkel des ersten und zweiten Strahlteilerprismas A1, A2, des Dreiecksprismas B und des Würfelprismas C wird ersichtlich, dass die Glaswege der Lichtstrahlen g und y identisch zueinander und zu dem identisch zu den Glaswegen der Lichtstrahlen o und r sind.
An der ersten Prismenfläche A2-1 des zweiten Strahlteilerprismas A2 bzw. der entsprechenden dichroitischen Schicht 3 nicht reflektiertes bzw. diese passierendes Licht mit blauen Lichtanteilen wird in Form eines Lichtstrahls b über ein Dreiecksprisma B und ein Würfelprisma C sowie ein Quaderprisma Q ausgestrahlt und trifft insbesondere ebenfalls auf eine entsprechende, hier nicht dargestellte Kamera. Auch hier kann durch eine geeignete Wahl von Bauelementen wie Würfel- und Quaderprismen ein identischer Glasweg gewährleistet werden. Zur Anpassung der Glaswege ist ferner ein Quaderprisma Q bereitgestellt.
Im Rahmen der Beschreibung der in der Figuren veranschaulichten Ausführungsformen ist von Würfelprismen C die Rede, die jedoch in sämtlichen Fällen auch durch Quaderprismen geeigneter Dimensionierung ersetzt werden können. Wie erwähnt, stellen entsprechende Würfel- und/oder Quaderprismen im Wesentlichen sicher, dass die jeweiligen Lichtanteile identische Glaswege durchlaufen. Sie werden daher in Abhängigkeit von den vorliegenden Erfordernissen dimensioniert. Insbesondere kann der jeweilige Querschnitt senkrecht zur Papierebene gemäß 1 auch an die Dimensionen eines oder mehrerer Detektoren bzw. Kameras angepasst werden.
Insbesondere kann die dichroitische Schicht 1 als Langpassfilter mit einer Kantenwellenlänge von 490 nm, die dichroitische Schicht 2 als Langpassfilter mit einer Kantenwellenlänge von 450 nm, die dichroitische Schicht 3 als Langpassfilter mit einer Kantenwellenlänge von 590 nm und die dichroitische Schicht 4 als Langpassfilter mit einer Kantenwellenlänge von 630 nm ausgebildet sein. Zur feineren spektralen Aufspaltung können auswechselbare Multibandpassfilter stromauf der Strahlteileranordnung, d.h. auf der Einstrahlseite des Lichtstrahls m, platziert werden, um die spektralen Detektionsbänder weiter zu verfeinern, z.B. vier Bänder mit Breite von 20 nm um 440 nm, 480 nm, 530 nm, 580 nm und 620 nm. Eine Anordnung an dieser Stelle ist besonders günstig, weil gängige Mikroskope an dieser Stelle typischerweise Aufnahmen für entsprechende Filter, beispielsweise ein Filterrad, aufweisen.
In 2 ist eine Strahlteileranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die sich von der Strahlteileranordnung 100 gemäß 1 im Wesentlichen durch die Verwendung von zwei Halbwürfelprismen D anstelle zweier Würfelprismen C unterscheidet. Durch diese kann jeweils eine geradzahlige Anzahl von Reflexionen der Lichtstrahlen o, r, g, y bewirkt werden, so dass die entsprechenden Bilder lagegleich sind. Die Länge der Glaswege wird hierdurch nicht verändert.
3 wurde bereits teilweise zuvor erläutert. Diese veranschaulicht, wie erwähnt, das erste Strahlteilerprisma A1 und das zweite Strahlteilerprisma A2 isoliert. Ferner sind hier gegenüber 1 und 2 zusätzliche Flächen veranschaulicht. Ferner sind hier Winkel mit Winkelbeträgen u, v, w dargestellt. Für die hier jeweils in Frage kommenden Winkelbeträge sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Insbesondere beträgt der Winkelbetrag u 145° bis 165°, insbesondere 150° bis 160°, vorzugsweise 157,5°, und die Winkelbeträge v und w stehen insbesondere mit dem Winkelbetrag u gemäß
v = u - (180° - u) und w = 90° + (180° - u) in Beziehung.
In 4 sind Dimensionierungen einer Farbstrahlteileranordnung 100, wie sie in 1 gezeigt ist, veranschaulicht. Gegenüber der Darstellung gemäß 1 wurde dabei auf eine Reihe von Bezugszeichen verzichtet. Wie ersichtlich, leiten sich die Maße der jeweiligen Prismenflächen von einem Grundmaß d ab. Die Breite der Strahlteilerprismen A1, A2 beträgt dabei 2d, die Breite der Würfelprismen C beträgt d. Das Quaderprisma Q stellt einen zusätzlichen Glasweg der dargestellten Länge bereit Die anderen Dimensionen sind der 4 zu entnehmen. Aus den in 4 veranschaulicht Dimensionen ergibt sich ein Winkelbetrag a von 157,5°
In 5 ist zur weiteren Veranschaulichung eine Farbstrahlteileranordnung 100, wie sie bereits in den 1 und 4 veranschaulicht wurde, nochmals in Form einer perspektivischen Explosionsansicht dargestellt Hierbei sind auch insbesondere die ersten und zweiten Prismenflächen B1, B2 der Dreiecksprismen B dargestellt. Die 6 entspricht der Darstellung der 5 in zusammengesetzten Zustand.
In den 7A bis 7D ist nochmals veranschaulicht, wie sich die Strahlteilerprismen A1 und A2 aus gestrichelt gezeigten, quaderförmigen Glasblöcken 101 hergestellt werden können. Wie mehrfach erwähnt, ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf eine entsprechende Herstellung beschränkt. Wie aus 7A ersichtlich, können von einem entsprechenden quaderförmigen Glasblock 101 grundsätzlich vier Dreiecksprismen abgenommen werden, die an den verbleibenden Rest, wie in 7B veranschaulicht, angefügt werden können. Durch nur teilweise Entfernung entsprechender Dreiecksprismen bzw. nur teilweises Abschrägen von Kanten können, wie aus den 7C und 7D ersichtlich, die Strahlteilerprismen A1 und A2 erhalten werden.
In 8 ist ein Mikroskopsystem, das insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein kann, stark vereinfacht veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet Das Mikroskopsystem 200 umfasst, wie hier ebenfalls stark vereinfacht veranschaulicht, eine Farbstrahlteileranordnung 100, wie sie zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde. Diese ist in 8 als Teil einer Detektionseinheit 201 veranschaulicht.
Die Detektionseinheit 201 umfasst mehrere Sensoren bzw. Kameras, wie sie bereits oben erläutert wurden, und je nach Ausgestaltung des Mikroskopsystems 200 beliebige weitere optische Elemente wie insbesondere Bandpassfilter und dergleichen. Je nach Ausbildung der Farbstrahlteileranordnung 100 und der damit bereitgestellten Farbkanäle ist eine entsprechende Anzahl von Sensoren bzw. Kameras vorhanden. Diese Kameras bzw. Sensoren sind, ebenso wie Bildaufnahme- bzw. Auswerteeinrichtungen, die den Sensoren bzw. Kameras in der Detektionseinheit 201 zugeordnet sein können, nicht veranschaulicht.
Mittels der Sensoren bzw. Kameras in der Detektionseinheit 201 werden digitale Bilddaten erhalten, die insbesondere über eine Datenverbindung 202 von der Detektionseinheit 201 an eine Recheneinheit 203, beispielsweise einen PC oder eine dedizierten Mikroskopsteuerung, übertragen werden können. In der Recheneinheit kann dabei eine geeignete Software installiert sein, mittels derer entsprechend erhaltene Bilddaten ausgewertet werden können. Es versteht sich, dass zumindest ein Teil der Bilddaten auch in Hardware, beispielsweise in einem Grafikprozessor (GPU) ausgewertet werden können. Eine entsprechende Software kann beispielsweise mit dem Grafikprozessor interagieren.
Über dieselbe Datenverbindung 202 oder eine separate Steuerleitung kann auch eine Ansteuerung der Detektionseinheit 201 bzw. ihrer nicht veranschaulichten Sensoren bzw. Kameras vorgenommen werden. Hierzu wird eine ebenfalls in Soft- und/oder Hardware implementierte Steuereinheit 204 verwendet. Beispielsweise können mittels einer entsprechenden Steuereinheit 204 ein Verstärkungsfaktor zumindest eines der Sensoren bzw. zumindest einer der Kameras oder andere Parameter eingestellt werden. Auch beispielsweise eine Abschwächung eines der Farbkanäle, beispielsweise durch das Ansteuern eines ansteuerbaren Filters, kann mittels der Steuereinheit 204 erfolgen.
Über eine weitere Datenverbindung 205 kann ein Anzeigegerät 206, beispielsweise ein Monitor, an die Recheneinheit 203 angebunden sein. Das Anzeigegerät 206 kann alternativ auch Teil der Recheneinheit 203 sein bzw. in einem gemeinsamen Gehäuse mit dieser untergebracht sein. Auf dem Anzeigegerät 206 kann ein Benutzer die Bilddaten, die mittels der Sensoren bzw. Kameras in der Detektionseinheit 201 erhalten und in der Recheneinheit verarbeitet wurden, betrachten. Die Verarbeitung der Bilddaten in der Recheneinheit kann dabei insbesondere eine spektrale Entmischung, eine Überlagerung von Bilddaten aus unterschiedlichen spektralen Kanälen, insbesondere mit jeweiliger Intensitätsanpassung, und beliebige aus dem Bereich der Bildverarbeitung bekannte Maßnahmen umfassen. Beispielsweise die Bilddaten aus bestimmten oder allen Farbkanälen oder ein zusammengesetztes Bild einem Weiß- bzw. Farbabgleich, einer Nullwertsubtraktion, einer digitalen Filterung, einer Normalisierung, einem Kontrastausgleich, einer Kontrasterhöhung, einer Schärfung oder einer Segmentierung unterworfen werden.
Auf Grundlage des auf dem Anzeigegerät 206 angezeigten Bilds kann ein Benutzer über eine Benutzerschnittstelle 207, die mit einer weiteren Datenverbindung 208 mit der Recheneinheit 203 gekoppelt sein kann, Parameter der Bildverarbeitung und/oder Parameter der Ansteuerung der Detektionseinheit 201 verändern. Alternativ zu einer derartigen manuellen Ansteuerung kann auch eine rein automatische Ansteuerung vorgesehen sein, die beispielsweise anhand hinterlegter Regeln, insbesondere in Form von Lookup-Tabellen, Kennlinien und dergleichen, entsprechende Parameter ändert. Auch Mischformen der Ansteuerung sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Die Benutzerschnittstelle 207 kann, wie das Anzeigegerät 203, Teil der Recheneinheit 203 sein oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit dieser untergebracht sein. Die Benutzerschnittstelle 207 kann insbesondere über bekannte Eingabemittel wie reale oder virtuelle Tasten verfügen. Auch eine Maus, ein Trackball, ein Tablet oder andere, insbesondere zur Manipulation von Bilddaten geeignete Eingabemittel können vorgesehen sein. Die Benutzerschnittstelle 207 und das Anzeigegerät 206 können auch zumindest teilweise als ein Gerät ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Touchscreens.
Mittels der Steuereinheit 204 kann in der in 8 veranschaulichten Ausführungsform des Mikroskopsystems über eine weitere Datenverbindung 209 auch eine Beleuchtungseinheit 211 angesteuert werden. Die Beleuchtungseinheit 211 ist dabei insbesondere dafür ausgebildet, Beleuchtungslicht in Form von Fluoreszenzanregungslicht einer oder mehrerer definierter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche bereitzustellen. Dieses Beleuchtungslicht kann in kohärenter oder nichtkohärenter Form bereitgestellt werden. Die Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche können insbesondere mittels geeigneter, insbesondere wechselbarer, Filter oder Filteranordnungen wie Filterrädern, Filterschiebern, Filterwürfeln und dergleichen ausgewählt werden. Die Beleuchtungseinheit 211 kann eine oder mehrere, in 8 nicht gesondert veranschaulichte Lichtquellen umfassen, die jeweils mono- oder polychromatisches Licht liefern können. Im Falle mehrerer Lichtquellen kann deren Licht insbesondere auch, beispielsweise mittels Strahlteilern oder anderen Einkoppeleinrichtungen, in einen gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang eingekoppelt werden. Das Licht einer oder mehrerer Lichtquellen kann, wie in dem in 8 dargestellten Beispiel veranschaulicht, beispielsweise mittels einer Faseroptik 212 auf eine Probe 213 eingestrahlt werden. Anstelle der Verwendung einer Faseroptik 212 ist auch die Verwendung klassischer, mit teildurchlässigen Elementen, Linsen, Spiegeln und dergleichen arbeitenden Auflicht- oder Durchlichteinrichtungen möglich.
Insbesondere kann in dem in 8 veranschaulichten Mikroskopsystem 200 vorgesehen sein, eine adaptive Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 211 in Abhängigkeit von mittels der Detektionseinheit 201 erhaltenen und in der Recheneinheit 203 ausgewerteten Bilddaten vorzunehmen. Auf diese Weise ist eine gezielte Anpassung von Beleuchtungsparametern, beispielsweise der Lichtintensität oder der ausgewählten Wellenlänge, einer oder mehrerer Beleuchtungseinheiten vornehmbar. Eine derartige Anpassung kann manuell, teilautomatisch oder vollautomatisch vorgenommen werden. Insbesondere bei der Verwendung mehrerer Fluoreszenzfarbstoffe, die sich durch unterschiedliche Anregungswellenlängen anregen lassen, können auf diese Weise beispielsweise die unterschiedlichen Intensitäten aneinander angeglichen werden, um eine Überstrahlung des erhaltenen Bilds durch einen Fluoreszenzkanal zu verhindern. Mit anderen Worten kann durch eine Beleuchtungsanpassung ebenfalls ein Intensitätsausgleich zwischen unterschiedlichen Fluoreszenzkanälen erzielt werden. Weil dabei stets nur so viel Licht eingestrahlt wird, wie für eine optimale Detektion erforderlich ist, kann auf diese Weise die Probe geschont und eine zu rasche Alterung verhindert werden.
Mittels einer weiteren Datenverbindung 210 kann die Position und/oder Orientierung der Probe angepasst werden. So können z.B. verschiedene Positionen in der Probe gemessen werden um z.B. hinsichtlich ihrer Eigenschaften (z.B. Zusammensetzung der Fluorophore) herausstechende Bereiche zu identifizieren.
Als weitere Elemente des Mikroskopsystems 200, das im Übrigen über sämtliche bekannten Elemente eines (Fluoreszenz-)Mikroskopsystems verfügen kann, sind ein Objektiv 214, ein Multibandpassfilter 215 und eine Tubuslinse 216 veranschaulicht.
Es versteht sich, dass sämtliche erwähnten Datenverbindungen, insbesondere die Datenverbindungen 202, 205, 208, 209 und 210 und alle weiteren Datenverbindungen, die in einem Mikroskopsystem 200 der gezeigten oder anderer Ausgestaltungen zum Einsatz kommen können, in Form von mono- oder bidirektionalen Datenverbindungen und kabelgestützt oder kabellos, beispielsweise in Form von Wi-Fi-, Bluetooth-, Infrarot-, oder anderer bekannter Fernübertragungstechniken realisiert sein können.
Bezugszeichenliste

100: Strahlteileranordnung
A: gemeinsame Achse
1, 2, 3, 4: dichroitische Schichten
A1, A2: erstes, zweites Strahlteilerprisma
A1-1, A2-1: erste Prismenfläche erstes, zweites Strahlteilerprisma
A1-2, A2-2: zweite Prismenfläche erstes, zweites Strahlteilerprisma
A1-3, A2-3: dritte Prismenfläche erstes, zweites Strahlteilerprisma
A1-4, A2-4: vierte Prismenfläche erstes, zweites Strahlteilerprisma
A1-5, A2-5: fünfte Prismenfläche erstes, zweites Strahlteilerprisma
A1-6, A2-6: sechste Prismenfläche erstes, zweites Strahlteilerprisma
B: Dreiecksprisma
B1, B2: erste, zweite Prismenfläche Dreiecksprisma
C: Würfel- oder Quaderprisma
Q: Quaderprisma
D: Halbwürfelprisma
d: Grundmaß
m: Lichtstrahl multi-/polychromatisch
ro, gby, gy: Lichtstrahlen rot/orange, grün/blau/gelb, grün/gelb
o, r, g, y, b: Lichtstrahlen orange, rot, grün, gelb, blau
u, v, w: Prismeninnenwinkel
101: Glasblock
200: Mikroskopsystem
201: Detektionseinheit
203: Recheneinheit
204: Steuereinheit
206: Anzeigegerät
207: Benutzerschnittstelle
211: Beleuchtungseinheit
212: Faseroptik
213: Probe
214: Objektiv
215: Bandpassfilter
216: Tubuslinse
202, 205, 208-210: Datenverbindungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/166374 A1 [0008]
WO 2016/166375 A1 [0008]
US 3659918 A [0009]
US 4084180 A [0009]
US 2009/0323192 A1 [0010]
DE 102008062791 A1 [0011]
US 8988564 B2 [0011]

Claims

Farbstrahlteileranordnung (100) mit einem ersten Strahlteilerprisma (A1), das eine erste Prismenfläche (A1-1), eine zweite Prismenfläche (A1-2), eine dritte Prismenfläche (A1-3) und eine vierte Prismenfläche (A1-4) aufweist, wobei eine Ebene, in der die erste Prismenfläche (A1-1) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die zweite Prismenfläche (A1-2) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, eine Ebene, in der die dritte Prismenfläche (A1-3) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die vierte Prismenfläche (A1-4) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, die Ebene, in der die erste Prismenfläche (A1-1) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einen stumpfen Winkel mit einem ersten Winkelbetrag mit der Ebene, in der die vierte Prismenfläche (A1-4) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einschließt, die Ebene, in der die zweite Prismenfläche (A1-2) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einen stumpfen Winkel mit dem ersten Winkelbetrag mit der Ebene, in der die dritte Prismenfläche (A1-4) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, einschließt, in oder parallel zu der Ebene, in der die erste Prismenfläche (A1-1) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, eine erste dichroitische Schicht (1) mit einer ersten spektralen Selektivität angeordnet ist, und in oder parallel zu der Ebene, in der die zweite Prismenfläche (A1-2) des ersten Strahlteilerprismas (A1) liegt, eine zweite dichroitische Schicht (1) mit einer zweiten spektralen Selektivität angeordnet ist
Farbstrahlteileranordnung (100) nach Anspruch 1 mit einem zweiten Strahlteilerprisma (A2), das eine erste Prismenfläche (A2-1), eine zweite Prismenfläche (A2-2), eine dritte Prismenfläche (A2-3) und eine vierte Prismenfläche (A2-4) aufweist, wobei eine Ebene, in der die erste Prismenfläche (A2-1) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die zweite Prismenfläche (A2-2) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, die Ebene, in der die erste Prismenfläche (A2-1) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, einen stumpfen Winkel mit dem ersten Winkelbetrag mit einer Ebene, in der die vierte Prismenfläche (A2-4) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, einschließt, die Ebene, in der die zweite Prismenfläche (A2-2) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, einen stumpfen Winkel mit einem zweiten, kleineren Winkelbetrag mit einer Ebene, in der die dritte Prismenfläche (A2-4) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, einschließt, in oder parallel zu der Ebene, in der die erste Prismenfläche (A2-1) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, eine dritte dichroitische Schicht (1) mit einer dritten spektralen Selektivität angeordnet ist, und in oder parallel zu der Ebene, in der die zweite Prismenfläche (A2-2) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) liegt, eine vierte dichroitische Schicht (1) mit einer vierten spektralen Selektivität angeordnet ist.
Farbstrahlteileranordnung (100) nach Anspruch 2, bei der das erste und das zweite Strahlteilerprisma (A1, A2) derart hintereinander angeordnet sind, dass die erste Prismenfläche (A1-1) des ersten Strahlteilerprismas (A1) und die dritte Prismenfläche (A2-3) des zweiten Strahlteilerprismas in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordnet sind, und dass eine gemeinsame optische Achse (A) schräg durch ihre ersten Prismenflächen (A1-1, A2-1) und nicht durch ihre zweiten Prismenflächen (A1-2, A2-2) verläuft.
Farbstrahlteileranordnung (100) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der zweite Winkelbetrag v mit dem ersten Winkelbetrag u gemäß v = u - (180° - u) in Beziehung steht, wobei der erste Winkelbetrag u bei 145° bis 165°, insbesondere bei 150° bis 160°, vorzugsweise bei 157,5°, liegt.
Farbstrahlteileranordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die ein oder mehrere Dreiecksprismen (B) mit jeweils einer ersten, einer zweiten und einer dritten Prismenfläche (B-1, B-2, B-3) aufweist, wobei die erste und die zweite Prismenfläche (B-1, B-2) des oder der Dreiecksprismen (B) jeweils in Ebenen liegen, die einen spitzen Winkel mit einem Winkelbetrag y zueinander einschließen, der mit dem Winkelbetrag u gemäß y = 180° - u in Beziehung steht, und wobei die erste Prismenfläche (B-1) des oder eines der Dreiecksprismen (B) in einer gemeinsamen Ebene mit oder parallel zu der zweiten Prismenfläche (A1-2) des ersten Strahlteilerprismas (A1) und/oder die erste Prismenfläche (B-1) des oder eines der Dreiecksprismen (B) in einer gemeinsamen Ebene mit oder parallel zu der ersten Prismenfläche (A2-1) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) und/oder die erste Prismenfläche (B-1) des oder eines der Dreiecksprismen (B) in einer gemeinsamen Ebene mit oder parallel zu der zweiten Prismenfläche (A2-2) des zweiten Strahlteilerprismas (A2) angeordnet ist.
Farbstrahlteileranordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem, wobei die jeweils in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordneten Prismenflächen (A1-1, A2-3, B-1, A1-2, A2-1, A2-2) unabhängig voneinander in Flächenkontakt stehen, einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen und/oder miteinander verkittet sind.
Farbstrahlteileranordnung (100) nach Anspruch 5, die ein oder mehrere Quaderprismen (C) aufweist, das oder die jeweils dem oder einem der Dreiecksprismen (B) zugeordnet ist oder sind.
Farbstrahlteileranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sämtliche der Prismenflächen (A1-1, A1-2, A1-3, A1-4, A1-5, A1-6, A2-1, A2-2, A2-3, A2-4, A2-5, A2-6, B1, B2, B3) senkrecht zu einer Bezugsebene stehen.
Mikroskopsystem (200) zur mikroskopischen Abbildung einer Probe (213), mit einer Detektoreinheit (201), die eine Farbstrahlteileranordnung (100), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, und mehrere Sensoren aufweist, und mit einer Beleuchtungseinheit (211), die nach Maßgabe einer Ansteuerung durch eine Steuereinheit (204) Licht auf die Probe (213) einstrahlt, wobei das Mikroskopsystem (200) von der Probe (213) abgestrahltes Licht mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängenanteilen in die Farbstrahlteileranordnung (100) einstrahlt, dieses Licht mittels der Farbstrahlteileranordnung (100) in die unterschiedlichen Wellenlängenanteile zerlegt, und die unterschiedlichen Wellenlängenanteile jeweils auf einen der Sensoren in der Detektoreinheit (201) führt, und wobei das Mikroskopsystem (200) mittels der Sensoren Einzelbilddaten erfasst, die Einzelbilddaten und/oder unter Verwendung der Einzelbilddaten erzeugte Bilddaten mittels einer Recheneinheit (203) auswertet, und die Beleuchtungseinheit (211) und/oder die Detektoreinheit auf Grundlage der Auswertung mittels der Steuereinheit (204) ansteuert
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 9, bei dem die Ansteuerung umfasst, einen oder mehrere Lichtparameter des auf die Probe (213) eingestrahlten Lichts auf Grundlage der Auswertung einzustellen.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 10, bei dem der eine oder die mehreren Lichtparameter eine Intensität oder eine Wellenlänge von Licht wenigstens einer Lichtquelle in der Beleuchtungseinheit (211) umfassen.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Ansteuerung umfasst, einen oder mehrere Filterparameter eines oder mehrerer in dem Mikroskopsystem (200) verwendeter Filter einzustellen.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Auswertung der Einzelbilddaten eine spektrale Entmischung umfasst.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die Recheneinheit (203) den Inhalt eines oder mehrerer Referenzpixel in den Einzelbilddaten und/oder in den aus diesen erhaltenen Bilddaten ermittelt und diesen oder diese in der spektralen Entmischung verwendet.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem Auswertung der Einzelbilddaten eine Phasoranalyse umfasst
Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe (213), bei dem ein Mikroskopsystem mit einer Detektionseinheit (201), die eine Farbstrahlteileranordnung (100), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und mehrere Sensoren aufweist, und mit einer Beleuchtungseinheit (211), die nach Maßgabe einer Ansteuerung durch eine Steuereinheit (204) Licht auf die Probe (213) einstrahlt, verwendet wird, wobei von der Probe (213) abgestrahltes Licht mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängenanteilen mittels des Mikroskopsystems (200) in die Farbstrahlteileranordnung (100) eingestrahlt wird, dieses Licht mittels der Farbstrahlteileranordnung (100) in die unterschiedlichen Wellenlängenanteile zerlegt wird, und die unterschiedlichen Wellenlängenanteile jeweils auf einen der Sensoren in der Detektionseinheit (201) geführt werden, und wobei unter Verwendung des Mikroskopsystems mittels der Sensoren Einzelbilddaten erfasst, die Einzelbilddaten mittels einer Recheneinheit (203) ausgewertet, und die Beleuchtungseinheit (211) und/oder die Detektionseinheit auf Grundlage der Auswertung mittels der Steuereinheit (204) angesteuert wird.