DE102018129833A1

DE102018129833A1 - Mikroskopsystem, Detektionseinheit für Mikroskopsystem und Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe

Info

Publication number: DE102018129833A1
Application number: DE102018129833.1A
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: WO2019110367A1; DE102018129833B4

Abstract

Es wird ein Mikroskopsystem (200) zur Abbildung einer Probe (213) vorgeschlagen, mit einer Detektionseinheit (201), die eine Strahlteileranordnung (100) mit mehreren Strahlteilern (A-G) aufweist, und mit einer Beleuchtungseinheit (211), die Beleuchtungslicht auf die Probe (213) einstrahlt, wobei das Mikroskopsystem (200) Probenlicht, das aufgrund der Einstrahlung des Beleuchtungslichts auf die Probe (213) von der Probe (213) abgestrahlt wird, in die Strahlteileranordnung (100) einstrahlt und die Strahlteileranordnung (100) das in die Strahlteileranordnung (100) eingestrahlte Probenlicht mittels eines oder mehrerer der Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in einer Wirkposition angeordnet ist oder sind, in unterschiedliche Lichtanteile zerlegt und zumindest einen Teil der unterschiedlichen Lichtanteile getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausstrahlt. Es ist vorgesehen, dass die Strahlteileranordnung (100) Verstellmittel (V) aufweist, die nach Maßgabe einer Ansteuerung den oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in seiner oder ihrer Wirkposition angeordnet ist oder sind, aus der jeweiligen Wirkposition bringen und stattdessen einen oder mehrere andere Strahlteiler (A-G) und/oder ein oder mehrere andere optische Elemente (X) in die jeweilige Wirkposition bringen, wobei das Mikroskopsystem (200) Einzelbilddaten erfasst, die den getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausgestrahlten Lichtanteilen entsprechen. Eine Detektionseinheit zur Ankopplung an ein entsprechendes Mikroskopsystem (200) und ein Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe (213) sind ebenfall Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskopsystem, eine Detektionseinheit für ein derartiges Mikroskopsystem und ein Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe 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 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 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 Strahlteileranordnungen 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 3 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 rl 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 daher zu beträchtlichen Lichtverlusten aufgrund von 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 hier 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 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.
Neben einer Detektion unterschiedlicher Farben ist in der Mikroskopie häufig auch die Ermittlung dreidimensionaler Probeninformationen erforderlich. Auch kann es in bestimmten Situationen vorteilhaft sein, Informationen zu Probenbereichen zu erhalten, die außerhalb der jeweiligen Fokusebene liegen. Hierzu kann eine Probe entweder mit scannenden Systemen, z.B. unter Verwendung von Nipkow-Scheiben, dreidimensional abgetastet werden, oder es können, insbesondere durch Veränderung der Fokuslage in der Probe, Bildstapel oder Pixelstapel aufgenommen und hieraus dreidimensionale Daten rekonstruiert werden.
Beispielsweise ist aus der US 6,693,716 B2 die Erzeugung eines zusammengesetzten Bilds aus Bereichen von Einzelbildern eines Bildstapels bekannt. Ein Oberflächenprofil einer Probe wird dabei dadurch rekonstruiert, dass beispielsweise die jeweils schärfsten Bereiche der Bilder des Bildstapels ermittelt und zusammengesetzt werden.
Die EP 0 768 622 A2 beansprucht eine Vorrichtung zur Bestimmung einer dreidimensionalen Oberfläche einer Probe, bei der mittels Bildaufnahmemitteln in unterschiedlichen Höhen Bilder der Probe aufgenommen werden. Aus den Bereichen maximaler Helligkeit für jeden Pixel wird eine Höhenverteilung ermittelt und aus dieser eine dreidimensionale Form der Probe berechnet.
Die DE 34 06 375 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächenprofilen von nichttransparentem Material mittels einer digitalen Auswertung von Mikroskopbildern in verschiedenen Schärfeebenen. Bei diesem Verfahren erfolgt auch eine Interpolation. In der US 2011/169985 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von nahtlosen Mosaikbildern aus Mehrachsen- und Multifokusbilddaten eines Objekts beschrieben.
Nachteilig an der herkömmlichen Aufnahme von Bildstapeln gemäß dem erläuterten Stand der Technik ist, dass dabei die Einzelbilder nicht gleichzeitig aufgenommen werden können, sondern dies, jeweils nach Veränderung einer Fokuslage durch „Durchfokussieren“ und/oder eine Höhenverstellung des Mikroskoptischs, nacheinander erfolgen muss. Insbesondere bei möglicherweise beweglichen Lebendproben erweisen sich derartige Verfahren aufgrund der geringen Verstelldynamik daher als ungeeignet.
Auch weitere Verfahren, bei denen, beispielsweise unter bestimmten Beleuchtungs- und Betrachtungsmodalitäten Einzelbilddaten erhalten und ausgewertet bzw. zu Gesamtbildern zusammengesetzt werden, beispielsweise zum Erhalt von sogenannten „High Dynamic Range“-(HDR-)Bildern, leiden in der Mikroskopie unter entsprechenden Beschränkungen.
Insgesamt ist der Anmelderin aus dem Stand der Technik keine zufriedenstellende Möglichkeit bekannt, kamerabasiert eine flexible Messung unterschiedlicher Polarisationen, Dynamikbereiche, Spektralbereiche und Ebenen in einer mikroskopischen Probe vorzunehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist vor diesem Hintergrund, eine zeitgleiche, insbesondere multispektrale, weitgehend verlustfreie Aufnahme mehrerer entsprechender Kanäle einem Mikroskop zu ermöglichen. Insbesondere soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Mikroskopsystem bzw. eine Detektionseinheit für ein derartiges Mikroskopsystem bereitgestellt werden, das mit einer Strahlteileranordnung ausgestattet ist, die eine entsprechende Betrachtung ermöglicht. Ein vordringliches Ziel ist dabei die Bereitstellung einer variabel betreibbaren Anordnung, die unterschiedliche Betrachtungs- und Auswertungsmodi bei möglichst hoher Bildqualität und Dynamik erlaubt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Mikroskopsystem, eine Detektionseinheit und ein Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Strahlteileranordnung vor, die sich insbesondere zum Einsatz als Teil einer vorteilhafterweise modularen Detektionseinheit mit mehreren Monochromkameras zur parallelen Detektion unterschiedlicher Anteile von Probenlicht in einem Mikroskopsystem eignet. Diese unterschiedlichen Anteile von Probenlicht können insbesondere unterschiedlichen Farbkanälen, Polarisationsebenen oder Fokusebenen entsprechen. Eine entsprechende Detektionseinheit umfasst dabei insbesondere einen optischen Kameraadapter, der an einem Kameraabgang eines Mikroskops anbringbar ist, sowie mehrere Ausgänge zur Ankopplung mehrerer Kameras gleicher oder unterschiedlicher Art bzw. die entsprechenden Kameras. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Strahlteileranordnung bzw. einer entsprechenden Detektionseinheit wird ein Mikroskopsystem geschaffen, das die genannten unterschiedlichen Detektionsarten und zusätzlich weitere Detektionsarten, die zum Erhalt verbesserter Bilddaten führen, zulässt.
Werden nachfolgend Merkmale und Vorteile einer „erfindungsgemäßen“ Strahlteileranordnung bzw. einer „erfindungsgemäßen“ Detektionseinheit erläutert, handelt es sich hierbei zugleich um Merkmale eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems. Daher betreffen diese Erläuterungen ein erfindungsgemäßes Mikroskopystem und mittels entsprechender Einrichtungen durchgeführte Verfahren in gleicher Weise.
Nachfolgend werden die Begriffe „Detektoren““ „Kameras“ und „Sensoren“ synonym verwendet. Derartige Einrichtungen zeichnen sich insbesondere durch einen digitalen Sensor aus, der insbesondere als Monochromsensor oder Mehrfarbsensor ausgebildet sein kann. Als Sensoren in Detektoren bzw. Kameras, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, können insbesondere 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. Weitere Details zu Sensoren, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sowie zu im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Betriebsarten entsprechender Sensoren und der Auswertung von Daten, die mit diesen erhalten werden, werden unter Bezugnahme auf vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung noch im Detail erläutert.
Die Aufteilung von Probenlicht, das aus dem Mikroskop ausgestrahlt wird, erfolgt über nachfolgend im Detail erläuterte Strahlteiler in der Strahlteileranordnung, beispielsweise unterschiedliche Farbstrahlteiler, neutraldichte Strahlteiler oder polarisationsselektive Strahlteiler. Zudem können für die nachfolgend im Detail erläuterten Zwecke zusätzlich zu den Strahlteilern unterschiedliche weitere optische Elemente, beispielsweise zur Detektion von Bildern unterschiedlicher Fokuslagen oder zum Angleichen optischer Pfadlängen, verwendet werden.
Die Strahlteiler und die weiteren optischen Elemente sind dabei erfindungsgemäß zumindest teilweise verstellbar ausgebildet und durch andere Strahlteiler mit anderen Strahlteilereigenschaften und/oder Dimensionen bzw. andere optische Elemente ersetzbar. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Detektionseinheit für unterschiedliche Detektionsaufgaben eingesetzt werden, indem eine entsprechende Umschaltung erfolgt.
Die Strahlteilung in den Strahlteilern der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Strahlteileranordnung erfolgt mittels an sich bekannter Strahlteilerschichten bzw. entsprechender Beschichtungen. Die Begriffe „Schicht“ und „Beschichtung“ werden dabei hier ebenfalls synonym verwendet. Eine Strahteilerschicht zur Farbstrahlteilung kann insbesondere in Form einer oder mehrerer Metalloxidschichten auf ein Prisma in einem entsprechenden Strahlteiler aufgebracht sein. Strahlteilerschichten für andere Strahlteilerfunktionen, beispielsweise zur neutraldichten oder polarisationsabhängigen Strahlteilung, wählt der Fachmann in geeigneter Weise aus. Es ist neben einer direkten Beschichtung von Prismenflächen grundsätzlich auch möglich, separate, beispielsweise planparallele, Elemente mit entsprechenden Strahlteilerschichten bereitzustellen, insbesondere zur farbselektiven Strahlteilung. Entsprechende separate Elemente können in einem definierten Abstand von beispielsweise 5 µm oder mehr zu einer entsprechenden Prismenfläche angeordnet sein. Durch eine derartige Anordnung, in der ein Luftspalt zwischen der Strahlteilerschicht und der entsprechenden Prismenfläche ausgebildet wird und damit ein starker Unterschied in den Brechungsindices besteht, lässt sich ggf. die Strahlteilung vorteilhaft gestalten.
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 Strahlteileranordnung 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 zur Kamera bestehen.
Der Detektionseinheit bzw. der erfindungsgemäß eingesetzten Strahlteileranordnung mit entsprechenden Kameras ist insbesondere ein Prozessor, bzw. allgemeiner eine Recheneinheit, zugeordnet. Dieser bzw. diese kann zur Auswertung der mittels der einzelnen Kameras erhaltenen Daten, nachfolgend als „Einzelbilddaten“ bezeichnet, zur Prozessierung der Einzelbilddaten, insbesondere zur Fusionierung der Einzelbilddaten zu einem Gesamtbild, und zur Übertragung der Einzelbilddaten an ein eine weitere Recheneinheit ausgebildet sein. Eine entsprechende Recheneinheit kann auch insbesondere zur Durchführung von weiteren Funktionen eingerichtet sein, die im Zusammenspiel mit der erfindungsgemäß verwendeten Strahlteileranordnung bzw. deren Ansteuerung eine Verbesserung der Bilddaten bewirken. Auch die weitere Recheneinheit kann eine entsprechende Auswertung, Fusionierung und dergleichen vornehmen. Die Lokalisation und Verteilung der einzelnen Auswertungs- bzw. Verarbeitungsschritte in einem oder mehreren der oder den Kameras zugeordneten Prozessor einerseits oder in einer weiteren Recheneinheit wie einem PC andererseits ist dabei beliebig und schränkt die Erfindung nicht ein. Ein einer Kamera zugeordneter Prozessor kann insbesondere ein die einzelnen Daten der Kameras prozessierendes Field Programmable Gate Array (FPGA), ein Hauptprozessor (CPU) oder ein Grafikprozessor (GPU) sein.
Typischerweise wird eine entsprechende Detektionseinheit in dem erfindungsgemäßen Mikroskopsystem in Verbindung mit weiteren Komponenten verwendet, die insbesondere, am Beispiel der Fluoreszenzmikroskopie, ein Objektiv zum Auffangen von durch Anregungslicht in einer Probe verursachtem Emissionslicht umfasst In einem derartigen Fall ist insbesondere auch ein Filter zur Unterdrückung des Anregungslichts, insbesondere einen Notch-Filter, vorgesehen. Dieses kann insbesondere als Mehrfach-Notch-Filter ausgebildet und stromauf der erfindungsgemäß eingesetzten Strahlteileranordnung eingesetzt werden, um die Selektivität der Detektion zu verbessern. Insbesondere dann, wenn keine farbselektive Strahlteilung vorgenommen oder eine farbselektive Detektion neben anderen Arten der Detektion eingesetzt werden soll, kann auf einen entsprechenden Filter auch verzichtet werden. Ein entsprechender Filter kann auch entfernbar ausgebildet sein, so dass er vor oder beim dem Umschalten zwischen entsprechenden Detektionsmodi aus dem Detektionsstrahlengang herausgenommen werden kann.
Dem Objektiv ist in dem Mikroskopsystem insbesondere eine zusammen mit dem Objektiv die optische Abbildung korrigierende Tubuslinse zugeordnet, wie grundsätzlich aus dem Bereich der Mikroskopie bekannt. Hierbei kann insbesondere auch eine Korrektur der Transmission durch eine in der Fluoreszenzmikroskopie verwendete Strahlteileranordnung vorgenommen werden. Das Objektiv und die Tubuslinse bilden zusammen mit gegebenenfalls weiteren optischen Elementen eine Detektionsoptik des Mikroskopsystems.
Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Detektionseinheit bzw. des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystems ist die Austauschbarkeit der Strahlteiler bzw. anderer optische Elemente in der Strahlteileranordnung, die einen entsprechenden Wechsel zwischen unterschiedlichen Detektionsmodi ermöglicht. Auf diese Weise können die eingangs erwähnten Detektionsaufgaben einfach, schnell und insbesondere im raschen Wechsel zueinander durchgeführt werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ferner die eingesetzten Kameras bzw. Sensoren, die insbesondere modular an die Strahlteileranordnung ankoppelbar ausgebildet sein können, automatisch oder manuell in beliebigen Raumrichtungen verschoben und/oder durch andere Kameras bzw. Sensoren, die andere Detektionseigenschaften oder Detektionslagen aufweisen, ersetzt werden. Details zu entsprechenden Ausführungsformen werden unten erläutert.
Insgesamt schlägt die vorliegende Anmeldung ein Mikroskopsystem zur Abbildung einer Probe mit einer Detektionseinheit, die eine Strahlteileranordnung mit mehreren Strahlteilern aufweist, und mit einer Beleuchtungseinheit, die Beleuchtungslicht auf die Probe einstrahlt, vor. Das Mikroskopsystem strahlt dabei Probenlicht, das aufgrund der Einstrahlung des Beleuchtungslichts auf die Probe von der Probe abgestrahlt wird, in die Strahlteileranordnung ein, wobei die Strahlteileranordnung das in die Strahlteileranordnung eingestrahlte Probenlicht mittels eines oder mehrerer der Strahlteiler, der oder die jeweils in einer Wirkposition angeordnet ist oder sind, in unterschiedliche Lichtanteile zerlegt und zumindest einen Teil der unterschiedlichen Lichtanteile getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung ausstrahlt.
Es versteht sich dabei, dass in dem erfindungsgemäßen Mikroskopsystem das gesamte Probenlicht oder auch nur ein Teil hiervon in die Detektionseinheit bzw. deren Strahlteileranordnung eingestrahlt werden kann. Nicht in die Detektionseinheit bzw. deren Strahlteileranordnung eingestrahltes Probenlicht kann beispielsweise zu einer Okulareinheit oder einer weiteren optischen Schnittstelle des Mikroskopsystems gelenkt werden, um auf diese Weise eine weitere Detektion vornehmen zu können. In entsprechender Weise kann auch nur ein Teil der mittels der Strahlteileranordnung bereitgestellten Lichtanteile einer Detektion zugeführt werden. Lichtanteile können beispielsweise abgeschwächt oder insgesamt verworfen werden, beispielsweise unter Verwendung von Filtern oder durch ein Auskoppeln in eine Richtung, in der sich kein Detektor befindet.
Eine „Wirkposition“ eines Strahlteilers beschreibt die Position, in der seine strahlteilende Struktur, beispielsweise eine Strahlteilerschicht, in einen Detektionsstrahlengang oder einen bereits durch eine Aufspaltung, beispielsweise mittels Strahlteilung, gebildeten Teilstrahlengang hiervon eingebracht ist und daher ihre jeweilige strahlteilende Wirkung entfaltet.
Erfindungsgemäß weist die Strahlteileranordnung Verstellmittel auf, die nach Maßgabe einer Ansteuerung, insbesondere eine Ansteuerung einer Steuereinheit, den oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler, der oder die jeweils in seiner oder ihrer Wirkposition angeordnet ist oder sind, aus der jeweiligen Wirkposition bringen und stattdessen einen oder mehrere andere Strahlteiler und/oder ein oder mehrere andere optische Elemente in die jeweilige Wirkposition bringen. In der erfindungsgemäß eingesetzten Strahlteileranordnung ist also, wie erwähnt, eine Verstellbarkeit vorgesehen, die es erlaubt, anstelle eines Strahlteilers einen anderen Strahlteiler oder ein weiteres optisches Element zur Strahlteilung einzusetzen und den ursprünglichen Strahlteiler aus seiner Wirkposition zu bringen und nicht mehr für die entsprechende Strahlteilung zu verwenden.
Die Verstellmittel können insbesondere zur elektromechanischen Bedienung eingerichtet sein, so dass die Ansteuerung insbesondere unter Verwendung eines elektrischen Ansteuersignals erfolgen kann. Die Ansteuerung kann dabei zumindest teilweise automatisch durch eine Steuereinheit erfolgen, insbesondere, wie nachfolgend noch erläutert, auf Grundlage einer autmatischen Auswertung von Bilddaten. Es versteht sich jedoch, dass alternativ oder zusätzlich zu einer entsprechenden automatischen Ansteuerung auch eine Ansteuerung durch einen Benutzer oder eine benutzerbeeinflusste Ansteuerung vorgesehen sein kann.
Im Fall einer Ansteuerung durch einen Benutzer oder einer benutzerbeeinflussten Ansteuerung erfolgt die Ansteuerung zumindest teilweise auf Grundlage oder unter Einfluss einer Benutzeraktion. Dies kann beispielsweise umfassen, dass eine Steuereinheit eine Auswahl möglicher, und insbesondere für eine bestimmte Detektionsaufgabe vorteilhafter oder geeigneter, Ansteuerungsalternativen ermittelt und diese einem Benutzer zur Auswahl präsentiert. Eine entsprechende Präsentation unterschiedlicher Ansteuerungsalternativen kann beispielsweise auf einem Bildschirm einer Recheneinheit erfolgen. Hierbei können einem Benutzer auf Anforderung oder unaufgefordert auch zusätzliche Informationen zu den entsprechenden Ansteueralternativen zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise Vorteile und Nachteile einer oder mehrerer Ansteueralternativen gegenüber einer oder mehreren anderen Ansteueralternativen. Ein Benutzer kann aus entsprechend präsentierten Ansteueralternativen auf dieser Grundlage oder auf Grundlage seines Fachwissens eine Ansteueralternative auswählen.
Eine Ansteuerung durch einen Benutzer oder eine benutzerbeeinflusste Ansteuerung kann jedoch grundsätzlich auch die Vorgabe oder Beeinflussung eines Ansteuersignals oder dessen Auslösung, beispielsweise über eine Auslöseeinheit wie einen realen oder virtuellen (z.B. auf einem Bildschirm dargebotenen) Bedienknopf umfassen. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass ein Benutzer ein von einer Steuereinheit vorgegebenes Ansteuersignal zumindest in einem gewissen Umfang nachregulieren bzw. verändern kann oder dass ein Benutzer ein entsprechendes Ansteuersignal vollständig frei wählt. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass bestimmte Komponenten der erfindungsgemäßen Strahlteileranordnung einer automatischen Ansteuerung unterliegen und weitere Komponenten einer Ansteuerung durch einen Benutzer. Auf diese Weise kann eine verbesserten Bedienerfreundlichkeit erzielt und ein Risiko von Fehlbedienungen verringert werden. In jedem Fall kann durch eine Steuereinheit ein Ansteuersignal generiert und für die Ansteuerung verwendet werden. Das Ansteuersignal kann auf beliebige Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich um elektrische, optische oder Funksignale handeln, die über geeignete Übertragungsstrecken an die Verstellmittel übertragen werden.
Die Verstellmittel umfassen insbesondere einen oder mehrere mit dem oder den Strahlteilern und/oder weiteren optischen Elementen mechanisch gekoppelte Aktoren, die beispielsweise eine Verschiebung des oder der Strahlteiler und/oder weiteren optischen Elemente, beispielsweise in einem Schlitten, ermöglichen. Entsprechende Aktoren können beispielsweise mit geeignet ansteuerbaren Elektromotoren oder anderen elektromechanischen Verstelleinrichtungen gekoppelt sein. Beliebige Getriebe, beispielsweise unter Verwendung von Schneckengängen oder Zahnelementen, können vorgesehen sein. Die Erfindung ist nicht auf konkrete mechanische Kupplungen beschränkt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise anstelle zumindest eines Farbstrahlteilers ein Strahlteiler mit anderen Strahlteilungseigenschaften oder ein anderes optisches Element im Detektionsstrahlengang oder einem Teilstrahlengang hiervon positioniert werden, wodurch, wie erwähnt, beispielsweise eine weitere (farbunabhängige) Strahlteilung in einem festgelegten Verhältnis, eine polarisationsabhängige Strahlteilung, eine Angleichung der optischen Weglänge der jeweiligen, durch die Strahlteilung erzeugten Teilstrahlengänge oder durch eine definierte Vergrößerung oder Verkleinerung der optischen Weglänge eine Detektion in mehreren Ebenen erzielt werden kann. Mit anderen Worten kann also der oder zumindest einer der mittels der Verstellmittel aus und in die jeweilige Wirkposition gebrachte Strahlteiler als ein Farbstrahlteiler, ein Polarisationsstrahlteiler und/oder ein neutraldichter Strahlteiler ausgebildet sein, und/oder das oder zumindest eines der anderen optischen Elemente kann als Glasblock und/oder als ein Prisma ausgebildet sein. Anstelle eines entsprechenden Glasblocks kann auch ein anderes transparentes optisches Element, insbesondere in Quader- oder Würfelform, oder ein aus mehreren Prismen, Quadern und/oder anderen optischen Elementen zusammengesetztes Element eingesetzt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbare Strahlteiler können insbesondere derart ausgebildet sein, dass ein über eine erste Austrittsfläche ausgestrahlter erster Lichtanteil eine größere optische Weglänge zurücklegt als ein über eine zweite Austrittsfläche ausgestrahlter zweiter Lichtanteil. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die opische Weglänge für den ersten Lichtanteil durch ein, vorteilhafterweise zwischenraumfreies, Aufbringen eines planparallelen transparenten Elements auf eine ursprüngliche Austrittsfläche für den ersten Lichtanteil verlängert wird.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass das Mikroskopsystem Einzelbilddaten erfasst, die den getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung ausgestrahlten Lichtanteilen entsprechen. Eine derartige Erfassung erfolgt insbesondere mittels unten im Detail erläuterter Sensoren gleichen oder, ggf. auch über die Zeit, unterschiedlichen Typs.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Mikroskopsystem die Einzelbilddaten und/oder unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltene Bilddaten mittels einer Recheneinheit auswertet und zumindest teilweise auf Grundlage der Auswertung die Ansteuerung der Verstellmittel veranlasst. Dies kann insbesondere mittels einer Steuereinheit erfolgen, die ein geeignetes Ansteuersignal an die Verstellmittel ausgibt. Wie erwähnt, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine einer benutzerbeeinflussten Ansteuerung erfolgen. In diesem Fall kann ein Benutzer auf die zuvor erläuterte Weise Einfluss auf die Ansteuerung der Verstellmittel nehmen. Auf diese Weise ermöglicht das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikroskopsystem insbesondere eine zumindest teilweise Adaption der Strahlteilung und/oder von Beleuchtungs- und weiteren Detektionsparametern an die jeweils vorgesehene Detektionsaufgabe. Beispielsweise kann, wenn festgestellt wird, dass in bestimmten Einzelbilddaten bzw. den entsprechenden Sensoren eine ungewollt hohe Strahlungsintensität detektiert wird, hierauf mit einer Einbringung eines angepassten neutraldichten Strahlteilers reagiert werden, der einen geringeren Lichtanteil auf einen entsprechenden Detektor lenkt und den verbleibenden Lichtanteil einem anderen Detektor zuführt oder auskoppelt.
Ist hier davon die Rede, dass das Mikroskopsystem die Einzelbilddaten und/oder unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltene Bilddaten mittels einer Recheneinheit auswertet und zumindest teilweise auf Grundlage der Auswertung die Ansteuerung der Verstellmittel veranlasst, soll dies nicht derart verstanden werden, dass die Ansteuerung der Verstellmittel auf einen einmaligen Ansteuervorgang beschränkt ist. Insbesondere kann die Ansteuerung der Verstellmittel in einem derartigen Fall auch mehrfach und insbesondere jeweils unter Verwendung unterschiedlicher, beispielsweise sukzessive veränderter, Ansteuerparameter erfolgen. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Probe, die durch die Auswertung der Einzelbilddaten und/oder der durch die unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltenen Bilddaten als für bestimmte Detektionsmodalitäten geeignet charakterisiert wurde, einer Sequenz entsprechender Detektionsmodalitäten unterworfen werden, wobei jeweils ein oder mehrere Detektionsparameter verändert werden.
Bei den unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltenen Bilddaten kann es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere um aus zumindest einem Teil der Einzelbilddaten zusammengesetzte Gesamtbilddaten (fusionierte Bilddaten), aber auch um Bilddaten, die durch eine individuelle Prozessierung der Einzelbilddaten erhalten wurden, handeln. Eine entsprechende individuelle Prozessierung kann unter Verwendung von Verfahren erfolgen, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Beispielsweise kann eine Rauschreduktion, eine Kontrasterhöhung, eine Normalisierung, eine Schärfung, eine Segmentierung und/oder eine Inhaltserkennung durchgeführt werden. Eine entsprechende Prozessierung kann zusätzlich oder alternativ auch auf fusionierte Bilddaten angewandt werden.
Wird beispielsweise auf Grundlage einer entsprechenden Auswertung erkannt, dass sich die Bilddaten nicht sinnvoll auswerten lassen oder bestimmte Bildbereiche einer weitergehenden Analyse unterworfen werden sollen, kann durch einen Austausch entsprechender Strahlteiler ein anderer Detektionsmodus eingestellt werden, der beispielsweise eine Untersuchung unterschiedlicher (beispielsweise benachbarter) Fokusebenen oder Polarisationen erlaubt. Hierbei kann auch beispielsweise eine stufenweise Optimierung von Einstellungen vorgenommen werden, was bedeutet, dass unter einer bestimmten Ansteuerung erhaltene Einzelbilddaten und/oder unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltene Bilddaten automatisch hinsichtlich iher Bildqualität bewertet und mit entsprechenden Einzelbilddaten bzw. Bilddaten, die bei einer oder mehreren Ansteuerungen mit abweichenden Ansteuerparametern erhalten wurden, verglichen werden können. Wird dabei eine Qualitätsverbesserung oder eine Qualitätsverschlechterung festgestellt, kann die verwendete Recheneinheit selbständig eine weitere Veränderung von Ansteuerparametern in eine bestimmte Richtung und eine hierauf basierende Ansteuerung vornehmen.
Generell wird hier unter einer „Farbstrahlteilung“ eine Beeinflussung von poly- oder multichromatischem Licht bzw. allgemeiner Licht mit unterschiedlichen spektralen Anteilen, verstanden. Bei einer Farbstrahlteilung wird dieses Licht auf eine dichroitische Schicht, die insbesondere als Lang- oder Kurzpassfilter ausgebildet sein kann, eingestrahlt. In Abhängigkeit von der Wellenlänge durchstrahlt das Licht die dichroitische Schicht oder wird an dieser in eine andere Richtung abgelenkt. Entsprechend wird bei einer „polarisationsabhängigen“ Strahlteilung eine Strahlteilerschicht eingesetzt, die das Licht in Abhängigkeit von seiner Polarisation durchstrahlt oder an welcher es in eine andere Richtung abgelenkt wird. Eine neutraldichte Strahlteilung umfasst die Verwendung einer Strahlteilerschicht, die definierte Lichtanteile, insbesondere unabhängig von der Wellenlänge und Polarisation, passieren lässt und reflektiert. Beispielsweise kann unter Verwendung einer entsprechenden Strahlteilerschicht eine Aufteilung von 9:1, 1:1 oder 1:9 oder in beliebigen anderen geeigneten Verhältnissen erzielt werden. Auf diese Weise können insbesondere ansonsten identische Einzelbilddaten mit gleichen oder unterschiedlichen Helligkeitsstufen erhalten werden, die beispielsweise anschließend zu einem (HDR-)Bild mit erhöhtem Dynamikumfang verrechnet werden können. Eine Strahlteilung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere auch eine Aufteilung des Probenlichts auf unterschiedliche Teilstrahlengänge mit unterschiedlicher optischer Weglänge umfassen. Die unterschiedliche optische Weglänge wird insbesondere dadurch erzielt, dass in die jeweiligen Teilstrahlengänge zusätzlich Glasblöcke bzw. transparente Elemente wie Quader, Würfel oder planparallele Glasplatten mit unterschiedlichen Größen eingebracht sind oder werden. Auch die Einbringung entsprechender Glasblöcke oder anderer Elemente kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Steuereinheit und nach Maßgabe entsprechender Ansteuervorgaben erfolgen.
Wie erwähnt, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Strahlteiler eingesetzt werden, in denen, insbesondere unter Verwendung von transparenten optischen Elementen wie planparallelen Glasplatten, strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen bereitgestellt sind. Entsprechende Elemente können beispielsweise auf einen Strahlteiler aufgekittet oder auf diesem anderweitig fixiert sein oder mittels entsprechender Verstellmittel in eine Wirkposition gebracht werden. Ebenso ist es jedoch möglich, einen strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen aufweisenden Strahlteiler ohne die Verwendung von transparenten optischen Elementen, also insbesondere nur aus zwei Prismen, zwischen denen eine Strahlteilerschicht angeordnet ist, auszubilden.
Für eine Strahlteilung wird das jeweils in den Strahlteiler eingestrahlte Licht insbesondere in einem geeignetem Auftreffwinkel auf die entsprechende Strahlteilerschicht eingestrahlt. Ein entsprechender Auftreffwinkel beträgt typischerweise weniger als 45°, jedenfalls weniger als 90°, und ist insbesondere größer als der Winkel der Totalreflexion. Es versteht sich, dass bei einer Strahlteilung auch ein gewisser Lichtverlust eintreten kann bzw. dass auch bestimmte Lichtanteile in geringerem Umfang in den jeweils anderen durch die Strahlteilung gebildeten Teilstrahlengang gelangen können. Das auf die Strahlteilerschicht eingestrahlte Licht wird in einem ersten Anteil an der Strahlteilerschicht je nach deren Strahlteilereigenschaften teilweise abgelenkt und tritt über eine erste Austrittsfläche aus dem Strahlteiler aus. Ein zweiter Anteil des Lichts tritt durch die Strahlteilerschicht hindurch und tritt über eine zweite Austrittsfläche aus dem Strahlteiler aus. Weist ein Strahlteiler strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen auf, unterscheiden sich die optischen Weglängen zwischen der Strahlteilerschicht und der ersten Austrittsfläche und der Strahlteilerschicht und der zweiten Austrittsfläche für den ersten und zweiten Lichtanteil.
Die vorliegende Erfindung schlägt insbesondere eine Strahlteileranordnung mit mehreren Strahlteilern vor, die jeweils eine Strahlteilerschicht aufweisen. Die mehreren Strahlteilerelemente können dabei unabhängig voneinander jeweils für eine Farbstrahlteilung, eine polarisationssensitive Strahlteilung oder eine neutraldichte Strahlteilung eingerichtet sein und auswechselbar ausgebildet sein, wobei sie jeweils durch Strahlteiler mit anderen Strahlteilereigenschaften oder andere optische Elemente ersetzt werden können. Ein Farbstrahlteiler kann dabei beispielsweise durch einen anderen Farbstrahlteiler, einen polarisationssensitiven Strahlteiler oder einen neutraldichten Strahlteiler, ein polarisationssensitiver Strahlteiler durch einen anderen polarisationssensitiven Strahlteiler, einen Farbstrahlteiler oder einen neutraldichten Strahlteiler und ein neutraldichter Strahlteiler durch einen anderen neutraldichten Strahlteiler, einen Farbstrahlteiler oder einen polarisationssensitiven Strahlteiler ersetzt werden. Auch eine jeweilige Ersetzung eines oder durch einen strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen aufweisenden Strahlteiler ist möglich.
Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Detektionseinheit kann insbesondere auch einen oder mehrere Kalibriermarkierungen aufweisen, die auf einem Strahlteiler der Strahlteileranordnung und/oder einem weiteren optischen Element aufgebracht werden können. Insbesondere können entsprechende Kalibriermarkierungen durch eine mehrfach erläuterte Verstellung nur bei Bedarf in den Strahlengang eingebracht werden. Entsprechende Kalibriermarkierungen erlauben es beispielsweise, die Sensorlagen (lateral, axial und Verdrehung) einer oder mehrerer Kameras bzw. eines oder mehrerer Detektoren abzugleichen.
Die mehreren Strahlteiler können insbesondere in beliebiger Anordnung kaskadiert in einer entsprechenden Strahlteileranordnung bzw. deren jeweiligen, durch die Farbstrahlteilung gebildeten Teilstrahlengängen angeordnet und jeweils durch andere Strahlteiler bzw. andere optische Elemente ersetzbar bzw. verstellbar ausgebildet sein. Auch nicht ersetzbare bzw. verstellbare Strahlteiler können vorgesehen sein. Insbesondere muss im Rahmen der vorliegenden Erfindung also nicht jeder der Strahlteiler mit entsprechenden Verstellmitteln in Wirkverbindung stehen. Weitere Details werden nachfolgend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Insbesondere können im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein erster und ein zweiter Strahlteiler in einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zueinander angeordnet sein. In der ersten Stellung zueinander befindet sich der erste Strahlteiler in einer definierten Position, die hier auch als „erste Position“ bezeichnet wird. Ferner befindet sich in der ersten Stellung zueinander der zweite Strahlteiler in einer definierten Position, die hier auch als „zweite Position“ bezeichnet wird. Die jeweiligen Positionsangaben beziehen sich jeweils auf die Anordnung in der Strahlteileranordnung. Der erste Strahlteiler befindet sich in der ersten Position in der zuvor erläuterten Wirkposition. Entsprechend befindet sich der zweite Strahlteiler in der zweiten Position in der Wirkposition.
Für eine entsprechende Anordnung in der ersten Stellung und der zweiten Stellung zueinander ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass beide Strahlteiler entsprechend verstellt werden. Auch die Verstellung nur eines von zwei Strahlteilern reicht aus, dass diese in der ersten und der zweiten Position zueinander angeordnet werden können.
Befinden sich der erste Strahlteiler und der zweite Strahlteiler in der ersten Stellung zueinander, ist also in einer entsprechenden Strahlteileranordnung der erste Strahlteiler in der ersten Position und der zweite Strahlteiler in der zweiten Position angeordnet, trifft ein durch eine Strahlteilung an der Strahlteilerschicht des ersten Strahlteilers gebildeter und aus dem ersten Strahlteiler ausgestrahlter Lichtstrahl auf die Strahlteilerschicht des zweiten Strahlteilers. In diesem Fall kann also ein Lichtanteil von Licht, das an der Strahlteilerschicht des ersten Strahlteilers einer ersten Strahlteilung unterworfen wird, an der Strahlteilerschicht des zweiten Strahlteilers einer zweiten Strahlteilung unterworfen werden. Dies gilt für beliebige der erläuterten Strahlteiler bzw. Strahlteilerschichten.
Bei dem Lichtanteil, der im hier verwendeten Sprachgebrauch „durch Strahlteilung an der Strahlteilerschicht des ersten Strahlteilers gebildet und aus dem ersten Strahlteilers ausgestrahlt“ wird, kann es sich sowohl um einen Lichtanteil handeln, der die Strahlteilerschicht des ersten Strahlteilers passiert, als auch um einen Lichtanteil, der an der Strahlteilerschicht des ersten Strahlteilers reflektiert wird. In beiden Fällen kann ein entsprechender Lichtanteil in dem zweiten Strahlteiler einer weiteren Strahlteilung unterworfen werden. Es versteht sich, dass der jeweils andere Lichtanteil ebenfalls einer weiteren Strahlteilung unterworfen oder stattdessen, ggf. nach weiterer Filterung oder Passage eines weiteren optischen Elements, mittels eines entsprechenden Detektors erfasst werden kann.
In der zweiten Stellung der Strahlteiler zueinander befindet sich der erste Strahlteiler und/oder der zweite Strahlteiler in einer abweichenden, also nicht mehr der ersten bzw. zweiten Position. Mit anderen Worten befindet sich der erste Strahlteiler dann in einer dritten Position und damit nicht mehr in der Wirkposition und/oder der zweite Strahlteiler in einer vierten Position und damit nicht mehr in der Wirkposition. Auch hier ist also nicht notwendigerweise erforderlich, dass beide Strahlteiler entsprechend verstellt werden. Die dritte Position kann der erste Strahlteiler insbesondere durch Verschieben aus der ersten Position in die dritte Position einnehmen. Entsprechend kann der zweite Strahlteiler die vierte Position insbesondere durch Verschieben aus der zweiten in die vierte Position einnehmen. An die Stelle des jeweils verstellten Strahlteilers tritt dann insbesondere ein anderer Strahlteiler.
Der erste Strahlteiler ist also mittels der Verstellmittel aus der ersten in die dritte Position und dabei zugleich ein anderer Strahlteiler oder ein anderes optisches Element in die erste Position bringbar. Auf diese Weise kann der erste Strahlteiler mittels der Verstellmittel aus der optischen Achse bzw. dem jeweiligen Strahlengang oder Teilstrahlengang herausgeschoben und durch einen anderen Strahlteiler oder ein anderes optisches Element ersetzt werden. Eine Strahlteilung an dem ersten Strahlteiler ist damit nicht mehr möglich, jedoch sehr wohl eine Strahlbeeinflussung durch den anderen Strahlteiler bzw. das andere optische Element. Es versteht sich, dass, um den ersten Strahlteiler erneut in seine Wirkposition zu bringen, der erste Strahlteiler mittels der Verstellmittel wieder aus der dritten in die erste Position bringbar ist.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Strahlteiler mittels der Verstellmittel aus der zweiten in die vierte Position und zugleich ein anderer Strahlteiler oder ein anderes optisches Element in die zweite Position bringbar ist. Entsprechend ist in diesem Fall der zweite Strahlteiler mittels der Verstellmittel auch wieder aus der vierten in die zweite Position bringbar, er kann also wieder in den Strahlengang eingebracht werden. Im Übrigen gelten auch hier die Erläuterungen bezüglich des ersten Strahlteilers.
Zusätzlich zu den soeben erläuterten zwei Strahlteilern können auch ein oder mehrere weitere Strahlteiler in einer entsprechenden Strahlteileranordnung vorgesehen sein, wobei nachfolgend insbesondere ein dritter Strahlteiler erläutert wird, der zusätzlich zu den erläuterten ersten und zweiten Strahlteilern vorgesehen sein kann. Die entsprechenden Erläuterungen gelten in gleicher Weise aber auch für weitere Strahlteiler.
So umfasst die erfindungsgemäß eingesetzte Strahlteileranordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform einen dritten Strahlteiler. Dieser kann nun, wie nachfolgend in unterschiedlichen Alternativen erläutert, dem ersten Strahlteiler vorgeschaltet oder dem ersten oder zweiten Strahlteiler nachgeschaltet sein.
Im ersten Fall sind vorteilhafterweise der erste Strahlteiler und der dritte Strahlteiler mittels der Verstellmittel in einer Stellung zueinander anordenbar, in der sich der erste Strahlteiler in der ersten Position befindet, in der sich der dritte Strahlteiler in einer fünften Position befindet, und in der ein durch Strahlteilung an der Strahlteilerschicht des ersten Strahlteilers gebildeter und aus dem ersten Strahlteiler ausgestrahlter Lichtstrahl auf die Strahlteilerschicht des dritten Strahlteilers trifft. Auf diese Weise kann eine kaskadierte Strahlteilung an dem ersten, zweiten und dritten Strahlteiler bzw. deren Strahlteilerschichten vorgenommen werden, die umfasst, jeweils durch die Strahlteilung in dem ersten bzw. zweiten Strahlteiler gebildete Lichtanteile auf den zweiten bzw. den dritten Strahlteiler zu lenken. Wiederum kann bei Bedarf eine entsprechende Veränderung durch die Verstellmittel bewirkt werden.
Im zweiten Fall sind vorteilhafterweise der zweite Strahlteiler und der dritte Strahlteiler mittels der Verstellmittel in einer Stellung zueinander anordenbar, in der sich der zweite Strahlteiler in der zweiten Position befindet, in der sich der dritte Strahlteiler in einer fünften Position befindet, und in der ein durch eine Strahlteilung an der Strahlteilerschicht des zweiten Strahlteilers gebildeter und aus dem zweiten Strahlteiler ausgestrahlter Lichtanteil auf die Strahlteilerschicht des dritten Strahlteilers trifft. Auf diese Weise kann ebenfalls eine kaskadierte Strahlteilung erfolgen, wobei jedoch ein durch die Strahlteilung in dem ersten Strahlteiler gebildeter Lichtanteil zunächst dem zweiten Strahlteiler zugeführt wird und dort auf die entsprechende Strahlteilerschicht trifft Ein an dieser Strahlteilerschicht reflektierter oder eine diese Strahlteilerschicht durchsetzender Lichtanteil wird dem dritten Strahlteiler zugeführt und dort einer weiteren Strahlteilung unterworfen.
Im dritten Fall sind vorteilhafterweise der erste Strahlteiler und der dritte Strahlteiler mittels der Verstellmittel in einer Stellung zueinander anordenbar, in der sich der erste Strahlteiler in der ersten Position befindet, in der sich der dritte Strahlteiler in einer fünften Position befindet, und in der ein durch Strahlteilung an der Strahlteilerschicht des dritten Strahlteilers gebildeter und aus dem dritten Strahlteiler ausgestrahlter Lichtanteil auf die Strahlteilerschicht des ersten Strahlteilers trifft. In diesem Fall wird also eine Strahlteilung zunächst in dem dritten Strahlteiler und danach in dem ersten Strahlteiler vorgenommen. Wiederum gilt hierbei, dass die Verstellmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf den ersten und den dritten Strahlteiler wirken müssen. So können beispielsweise auch nur der erste oder der dritte Strahlteiler entsprechend verstellbar ausgebildet sein. Die entsprechende Stellung des ersten und des dritten Strahlteilers zueinander ergibt sich auch bei einer Verstellung nur eines der beiden Strahlteilers. Die entsprechenden Erläuterungen gelten auch für die nachfolgend erläuterten Alternativen.
Es versteht sich aber, dass in sämtlichen erläuterten Fällen gemäß entsprechender Ausführungsformen der dritte Strahlteiler ebenfalls mittels der Verstellmittel aus seiner Wirkposition gebracht werden kann. So ist vorteilhafterweise der dritte Strahlteiler mittels der Verstellmittel aus der fünften in eine sechste Position und dabei ein weiterer Strahlteiler bzw. ein weiteres optisches Element in die fünfte Position bringbar. Auf diese Weise kann eine weitere Strahlbeeinflussung in der oben erläuterten Art erzielt werden. Wiederum kann auch eine Rückpositionierung des dritten Strahlteilers erfolgen, indem dieser mittels der Verstellmittel aus der sechsten wieder in die fünfte Position bringbar ist.
Wie bereits ausgeführt, können neben den erwähnten Strahlteilern beliebige weitere nichtstrahlteilende optische Elemente in einer entsprechenden Strahlteileranordnung beweglich und verstellbar vorgesehen sein. Auf die obigen Ausführungen wird daher verwiesen. Insbesondere weisen dabei die weiteren optischen Elemente dieselben Dimensionen auf wie die jeweiligen Strahlteiler, die diese ggf. ersetzen. Auf diese Weise kann die Austauschbarkeit sichergestellt werden. Die weiteren optischen Elemente können insbesondere die Länge der Strahlwege der (Teil-)Strahlengänge in Glas einander angleichen oder alternativ dazu definiert unterschiedliche Längen der Strahlwege der (Teil-) Strahlengänge erzeugen, um auf diese Weise mehrere Bildebenen gleichzeitig zu erfassen.
Besonders vorteilhaft kann sein, wenn in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem, der Detektionseinheit bzw. der Strahlteileranordnung der oder die mittels der Verstellmittel aus und in die jeweilige Wirkposition gebrachten Strahlteiler und/oder die entsprechenden weiteren optischen Elemente als miteinander mechanisch verbundene, mittels der Verstellmittel gemeinsam verschiebbare Module ausgebildet sind. Auf diese Weise kann durch eine Bewegung eines entsprechenden Moduls ein Austausch vorgenommen werden.
Wie bereits mehrfach erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, wenn mit dem erfindungsgemäßen Mikroskopsystem bzw. mittels der erfindungsgemäß eingesetzten Strahlteileranordnung mehrere Teilstrahlengänge unterschiedlicher Länge bereitstellbar sind. Dies kann insbesondere, wie ebenfalls erwähnt, dadurch bewirkt werden, dass mittels der Verstellmittel unterschiedlich dimensionierte Glaselemente oder andere transparente Elemente, also nichtstrahleilende transparente Elemente, in die entsprechenden Teilstrahlengänge eingebracht werden. Diese bewirken insbesondere unterschiedliche Fokuslagen in der Probe bzw. unterschiedlich optisch wirksame Distanzen zwischen unterschiedlichen Detektoren und der Probe, so dass auf diese Weise durch geeignete Strahlteilung unterschiedliche Fokuslagen gleichzeitig erfasst werden können. Die unterschiedlich dimensionierten transparenten Elemente, insbesondere Glasblöcke, sind dabei der Strahlteilung nachgeschaltet. Das Probenlicht wird also zunächst der Strahlteilung zugeführt und dann, in Form entsprechender Teilstrahlengänge, durch die transparenten Elemente geführt Anstelle der oder zusätzlich zur Verwendung von nichtstahlteilenden optischen Elementen kann eine Bereitstellung von Teilstrahlengängen unterschiedlicher Längen, wie mehrfach erwähnt, auch durch die Verwendung von strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen aufweisenden Strahleilern erfolgen.
Durch die Auswertung bzw. Erfassung mehrerer Fokusebenen zu einem Zeitpunkt kann beispielsweise eine Schieflage einer flachen Probe ausgeglichen werden. Diese kann trotz einer Schieflage scharf abgebildet werden, indem die jeweils scharfen Bildbereiche aus unterschiedlichen Fokusebenen miteinander verrechnet bzw. kombiniert werden. Ferner können Aufnahmen unterschiedlicher Ebenen zu einem Volumenstapel verrechnet werden, wobei insbesondere eine Echtzeitentfaltung vorgenommen werden kann.
In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem kann die Auswertung der Einzelbilddaten oder der aus diesen erhaltenen Bilddaten insbesondere eine spektrale Entmischung (engl. Spectral Unmixing), im Besonderen eine lineare spektrale Entmischung umfassen. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine entsprechende Probe mit einem oder mehreren Fluoreszenzfarbstoffen markiert ist und die Strahlteileranordnung eine spektrale Zerlegung des Probenlichts vornimmt. 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 der Strahlteileranordnung oder auch ggf. einer Beleuchtungseinheit, wie unten erläutert, aus diesen den Einzelbilddaten oder aus den aus diesen erhaltenen Bilddaten 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. Wird eine spektrale Entmischung vorgenommen, 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/RauschVerhältnis 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. Dies ist durch die erfindungsgemäße Ansteuerung möglich.
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.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystems ermittelt die Recheneinheit zur spektralen Entmischung einen oder mehrere Referenzpixel 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. Ein entsprechender Referenzpixel kann auch ein Pixel sein, der aus einem fokussierten Bild eines Bildstapels entspricht. Dies kann durch einen Vergleich mit benachbarten Bildern des Bildstapels ermittelt werden.
Der Bildstapel kann auf die erläuterte Weise, d.h. unter Verwendung von Teilstrahlengängen unterschiedlicher optischer Längen, erzeugt werden.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikroskopsystem erlaubt, insbesondere im Zusammenhang mit der Bereitstellung der Teilstrahlengänge unterschiedlicher optischer Längen, die Nutzung von Ebenen oder anderen Bereichen der Probe, um auf diese Weise zusätzliche Informationen über die in einer Probe vorhandenen Farbstoffe zu erhalten.
Gemäß einer besonderes bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in dem Mikroskopsystem mittels der Strahlteileranordnung mehrere Teilstrahlengänge unterschiedlicher Helligkeit bereitgestellt werden. Dies kann insbesondere durch die Verwendung der erwähnten neutraldichten Strahlteiler erfolgen. Entsprechend erhaltene Einzelbilddaten können auf dieser Grundlage rechnerisch zu (HDR-)Bilddaten mit erhöhtem Dynamikumfang zusammengesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems stellt dieses einen oder mehrere Lichtparameter des Beleuchtungslichts ein. Auch dies kann unter Verwendung der bereits erwähnten Steuereinrichtung erfolgen, die zu diesem Zweck die Einzelbilddaten oder die aus unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltenen Bilddaten, insbesondere eine Bildhelligkeit und/oder andere Bildparameter wie den Kontrast oder Anteil der Intensität einer Wellenlänge zur Gesamtintensität, auswertet. Auch in diesem Zusammenhang kann eine benutzerbeeinflusste Ansteuerung im oben erläuterten Sinn erfolgen. Der eine oder die mehreren Lichtparameter umfassen insbesondere eine Intensität, eine Wellenlänge und/oder eine Polarisation von Licht wenigstens einer Lichtquelle in der Beleuchtungseinheit. Auch auf diese Weise kann, beispielsweise durch eine selektive Anregung nur eines Fluorophors, eine spektrale Entmischung erleichtert werden. Ferner kann, beispielsweise durch eine geeignete Einstellung der Lichtintensität einer Wellenlänge, eine Überstrahlung eines Bilds durch die Fluoreszenzantwort des entsprechend angeregten Fluorophors verhindert werden. Im Falle einer polarisationsabhängigen Strahlteilung kann auch selektiv Licht unterschiedlicher Polarisationen oder nichtpolarisiertes Licht eingestrahlt werden, um auf diese Weise weitere Informationen bezüglich der Probe zu erhalten.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems stellt dieses ferner eine Lage der Probe in einer oder mehreren Raumrichtungen mittels Probenverstellmitteln ein. Auch diese Einstellung kann im oben erläuterten Sinn jeweils benutzerbeeinflusst vorgenommen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Probe in eine gewünschte Ebene gebracht und in dieser Ebene bildgebend erfasst werden. Auch eine Aufnahme von Bildstapeln in unterschiedlichen Probenebenen kann auf diese Weise erfolgen. Es ist beispielsweise auch möglich, eine Probe in geringem Umfang in Horizontalrichtung zu bewegen, um auf diese Weise eine Subpixel-Abtastung vornehmen zu können, wie sie nachfolgend unter Bezugnahme auf entsprechende sensorseitige Maßnahmen erläutert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in einem entsprechenden Mikroskopsystem vorgesehen sein, ferner zumindest einen der Sensoren mittels der Steuereinheit nach Maßgabe der Ansteuervorgabe anzusteuern. Dies kann beispielsweise die Einstellung unterschiedlicher elektronischer Verstärkungen (Gains) umfassen. Neben einer Variation der Anregung mittels des eingestrahlten Lichts oder einer Verschiebung der Anregungswellenlänge kann auch eine Anpassung des Detektionskanals durch eine Einstellung der elektronischen Verstärkung eine spektrale Entmischung erleichtern. Auch eine Belichtungszeit kann entsprechend eingestellt werden.
Wie erwähnt, kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikroskopsystem einen oder mehrere Sensoren aufweisen, wobei das Mikroskopsystem mittels der Strahlteileranordnung einen oder mehrere der aus der Strahlteileranordnung ausgestrahlten Lichtanteile auf einen oder auf jeweils einen der mehreren Sensoren führt, und wobei das Mikroskopsystem die Erfassung der Einzelbilddaten, die den getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung ausgestrahlten Lichtanteilen entsprechen, unter Verwendung zumindest eines Teils der mehreren Sensoren durchführt.
Die mehreren Sensoren können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein und insbesondere auf gleichen oder unterschiedlichen Detektionsprinzipien beruhen. Die Sensoren können insbesondere einen oder mehrere CCD-Sensoren und/oder einen oder mehrere EMCCD-Sensoren, also CCD-Sensoren mit Elektronenmultipliern, und/oder einen oder mehrere CMOS-Sensoren und/oder einen oder mehrere InGaAs-Sensoren und/oder einen oder mehrere einen einheitlichen oder räumlich strukturierten Farbfilter, beispielsweise ein Bayer-Filterarray, aufweisende Sensoren umfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich zumindest zwei der Sensoren in ihren Pixelgrößen, also in ihrer Pixelauflösung und/oder in ihrer Pixelzahl, und/oder hinsichtlich ihrer Lage in Bezug auf eine Referenzposition unterscheiden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der mehreren Sensoren nach Maßgabe einer Ansteuerung durch einen anderen der mehreren Sensoren austauschbar ist und/oder eine Bildlage zumindest eines der mehreren Sensoren nach Maßgabe der oder der weiteren Ansteuervorgabe relativ zu einer Sensorlage in einem vorgegebenen Bereich in zumindest einer Raumrichtung verschiebbar ist Hierbei kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der mehreren Sensoren nach Maßgabe der Ansteuerung in einem vorgegebenen Bereich in zumindest einer Raumrichtung verschiebbar ist, dass eine Verschiebung des diesem zugeführten Bildes vorgenommen wird, oder beides.
Eine Verschiebung eines oder mehrerer Sensoren kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch in einer z-Richtung, die senkrecht zur Sensorebene liegt, vorgenommen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Sensor in die Schärfenebene des jeweiligen Teilstrahlengangs gebracht werden, falls dieser sich nicht bereits in einer entsprechenden Schärfenebene befindet, oder es können Bildstapel aus unterschiedlichen Detektionsebenen aufgenommen werden.
Es versteht sich, dass in einem entsprechenden, erfindungsgemäß vorgesehenen Mikroskopsystem zumindest einer der mehreren Sensoren als ein Sensormodul ausgebildet sein kann, das an eine mechanische Schnittstelle angebunden ist. Ein entsprechender Sensor bzw. ein Sensormodul kann insbesondere auch, insbesondere werkzeugfrei, von der jeweiligen Schnittstelle abgenommen und durch einen anderen Sensor bzw. ein anderes Sensormodul ersetzt werden.
Eine verbesserte zeitliche Auflösung ergibt sich in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystems, in der zumindest einer der mehreren Sensoren mit einer ersten Aufnahmefrequenz und zumindest ein zweiter der mehreren Sensoren mit einer zweiten Aufnahmefrequenz betreibbar ist, wobei die erste und die zweite Aufnahmefrequenz periodengleich und gegeneinander phasenverschoben sind. Dabei kann insbesondere die Belichtungszeit des Sensors kleiner als die Aufnahmeperiode (inverse Aufnahmefrequenz) gewählt sein.
Typische Sensoren werden in dem hier in Frage stehenden Gebiet mit einer bestimmten Aufnahmefrequenz betrieben. Die maximale Aufnahmefrequenz richtet sich dabei nach den technischen Gegebenheiten des Sensors, hierbei insbesondere zum Auslesen der Pixel und der Übertragung auf eine Steuereinheit notwendige Zeit, sowie der minimalen, für eine ausreichende Sensitivität erforderlichen Lichtmenge, also der minimalen Belichtungszeit. Während die minimale Belichtungszeit im Bereich weniger Mikrosekunden liegt, liegt die minimale Aufnahmeperiode typischerweise im Bereich einiger Millisekunden. Reichen diese für die Beobachtung schneller Bewegungsvorgänge nicht aus, kann die soeben erläuterte Ausführungsform vorteilhaft sein, weil hierdurch die gesamte Aufnahmeperiode durch die wechselweise Verschränkung der Aufnahmeperioden der einzelnen Sensoren entsprechend erhöht werden kann. Die Phasenverschiebung von zwei (N) Aufnahmefrequenzen beträgt vorteilhafterweise 180° (360°/N), und wird bei einer größeren Anzahl an dem entsprechenden Verfahren beteiligter Sensoren N entsprechend angepasst. Zusammenfassend kann eine erhöhte zeitliche Abtastung erreicht werden indem die Sensoren entweder mit zu unterschiedlichen Zeitpunkten startenden, jedoch überlappenden Belichtungszeiten Licht der Probe aufnehmen wobei Belichtungszeiten der Aufnahmeperiode entsprechen, oder die Beleuchtungszeiten der einzelnen Sensoren sind weitgehend ohne Überlapp gegeneinander innerhalb der Aufnahmeperiode versetzt, wobei die Summe der Belichtungszeiten der Sensoren der Aufnahmeperiode entspricht.
Grundsätzlich kann in dem erfindungsgemäßen Mikroskopsystem zumindest einer der Strahlteiler zwei Prismen mit Prismenflächen umfassen, zwischen denen eine Strahlteilerschicht angeordnet ist. Eine Anordnung „zwischen“ den Prismenflächen liegt dabei im hier verwendeten Sprachgebrauch sowohl dann vor, wenn auf eine der Prismenflächen eine entsprechende Strahlteilerschicht aufgebracht ist, aber auch dann, wenn ein weiteres Element der eingangs erläuterten Art mit einer Strahlteilerschicht zwischen die Prismenflächen eingebracht ist. Insbesondere kann zwischen den (parallel angeordneten) Prismenflächen auch ein Luftspalt vorgesehen sein, wodurch die Strahlteilungsleistung, wie erwähnt, ggf. positiv beeinflusst werden kann.
In einem Mikroskopsystem gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zumindest eine Strahlteiler aus den zwei erwähnten Prismen aufgebaut, weist also keine weiteren Prismen auf. Die zwei Prismen sind dabei als Dreiecksprismen mit einem rechten Prismeninnenwinkel ausgebildet, wobei die jeweils dem rechten Prismeninnenwinkel gegenüberliegenden Hypothenusenflächen der zwei Prismen in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordnet sind und einander zuweisen. Die Strahlteilerschicht ist auf einer der oder zwischen den Hypothenusenflächen angeordnet und die zwei Prismen definieren zusammen eine würfel- oder quaderförmige Struktur. Ein entsprechender Strahlteiler umfasst also insbesondere zwei diagonal geteilte und entsprechend wieder zusammengesetzte Würfel- oder Quaderprismen mit einer entsprechenden Strahlteilerschicht. Eine entsprechende Anordnung aus mehreren Strahlteilern kann auch in Form eines langgestreckten, diagonal geteilten Quaders ausgebildet sein, wobei die einzelnen Strahlteiler durch Strahlteilerschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften entlang der Teilungsfläche definiert werden.
Alternativ zu der soeben erläuterten Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Mikroskopsystem gemäß einer weiteren Ausgestaltung auch einen Strahlteiler aufweisen, bei dem die zwei Prismen ein erstes, in Form eines Dreiecksprismas ausgebildetes Prisma und ein fünf Prismenflächen aufweisendes zweites Prisma umfassen. Hierbei können auch weitere Prismen umfasst sein, wie auch nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren weiter erläutert. Die fünf Prismenflächen des zweiten Prismas liegen dabei in einer Ebene. Die fünf Prismenflächen des zweiten Prismas bzw. Ebenen, in denen diese jeweils liegen, schließen fünf Schnittlinien ein, die jeweils paarweise parallel zueinander liegen.
Die Erfindung erstreckt sich, wie erwähnt, auch auf eine Detektionseinheit zur Ankopplung an ein Mikroskopsystem zur Abbildung einer Probe, wobei die Detektionseinheit eine Strahlteileranordnung mit mehreren Strahlteilern aufweist, und wobei die Strahlteileranordnung aus dem Mikroskopsystem ausgestrahltes Probenlicht, das aufgrund einer Einstrahlung von Beleuchtungslicht auf die Probe von der Probe abgestrahlt wird, mittels eines oder mehrerer der Strahlteiler, der oder die jeweils in einer Wirkposition angeordnet ist oder sind, in unterschiedliche Lichtanteile zerlegt, und zumindest einen Teil der unterschiedlichen Lichtanteile jeweils getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung ausstrahlt. Eine entsprechende Detektionseinheit zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Strahlteileranordnung Verstellmittel aufweist, die nach Maßgabe einer Ansteuerung den oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler, der oder die jeweils in seiner oder ihrer Wirkposition angeordnet ist oder sind, aus der jeweiligen Wirkposition bringen und stattdessen einen oder mehrere andere Strahlteiler und/oder ein oder mehrere andere optische Elemente in die jeweilige Wirkposition bringen.
Bezüglich weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Detektionseinheit sowie der jeweiligen Vorteile sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems ausdrücklich verwiesen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe, bei dem ein Mikroskopsystem mit einer Detektionseinheit, die eine Strahlteileranordnung mit mehreren Strahlteilern aufweist, sowie mit einer Beleuchtungseinheit verwendet wird. Mittels der Beleuchtungseinheit wird Beleuchtungslicht auf die Probe eingestrahlt und mittels der Strahlteileranordnung wird Probenlicht, das aufgrund der Einstrahlung des Beleuchtungslichts auf die Probe von der Probe abgestrahlt wird, in die Strahlteileranordnung einstrahlt. Das Probenlicht wird mittels eines oder mehrerer der Strahlteiler, der oder die jeweils in einer Wirkposition angeordnet ist oder sind, in unterschiedliche Lichtanteile zerlegt und zumindest ein Teil der unterschiedlichen Lichtanteile wird getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung ausgestrahlt. Erfindungsgemäß wird dabei eine Strahlteileranordnung verwendet, die Verstellmittel aufweist, mittels derer nach Maßgabe einer Ansteuerung den oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler, der oder die jeweils in seiner oder ihrer Wirkposition angeordnet ist oder sind, aus der jeweiligen Wirkposition gebracht wird oder werden und stattdessen ein oder mehrere andere Strahlteiler und/oder ein oder mehrere andere optische Elemente in die jeweilige Wirkposition gebracht wird oder werden. Unter Verwendung des Mikroskopsystems werden Einzelbilddaten erfasst, die den getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung ausgestrahlten Lichtanteilen entsprechen.
Auch bezüglich weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem vorteilhafterweise ein Mikroskopsystem in einer der erläuterten Ausgestaltungen bzw. eine entsprechende Detektionseinheit verwendet wird, sowie der jeweiligen Vorteile sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems ausdrücklich verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung.
2A veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Stellung in vereinfachter, schematischer Darstellung.
2B veranschaulicht die Strahlteileranordnung gemäß 2A in einer Zwischenstellung.
2C veranschaulicht die Strahlteileranordnung gemäß 2A in einer zweiten Stellung.
3A veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Stellung in vereinfachter, schematischer Darstellung.
3B veranschaulicht die Strahlteileranordnung gemäß 2A in einer zweiten Stellung.
4 veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung.
5 veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung.
6 zeigt ein Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren sind einander baulich und/oder funktional entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden lediglich der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung stark vereinfacht schematisch dargestellt. 1 stellt dabei eine Draufsicht auf drei Strahlteiler A, B und C dar, wobei eine optische Achse bzw. ein Strahlengang und mehrere durch eine Strahlteilung gebildete Teilachsen bzw. Teilstrahlengänge in der oder parallel zur Papierebene liegen. Die Strahlteiler A, B und C weisen jeweils eine Strahlteilerschicht S auf, die senkrecht zur Papierebene steht und in dem jeweils aus 1 ersichtlichen Winkel zur optischen Achse bzw. zur jeweiligen Teilachse, hier einem Winkel von 45°, beträgt, angeordnet ist. Die Strahlteilerschichten weisen, ungeachtet der Tatsache, dass sie alle mit S bezeichnet sind, unterschiedliche Eigenschaften auf. Der Winkel von 45° bezeichnet dabei den kleinsten Winkel zwischen der jeweiligen optischen Achse bzw. Teilachse und der entsprechenden Strahlteilerschicht S.
Der Strahlteileranordnung sind ferner Kameras bzw. Detektoren 1 bis 4 zugeordnet. Wie erwähnt, bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen nachfolgend aber nicht mehr thematisiert, können die Kameras bzw. Detektoren 1 bis 4 gleichartig oder unterschiedlich ausgebildet, in unterschiedlichen Positionen gegenüber einer Referenzposition und/oder wechselseitig gegeneinander austauschbar ausgebildet sein. Insbesondere können den Kameras bzw. Detektoren 1 bis 4 dazu Verstellmittel zugeordnet sein.
Probenlicht, insbesondere Licht mit mehreren unterschiedlichen Lichtanteilen wie unterschiedlichen Wellenlängenanteilen und/oder Polarisationszuständen, das in Form eines Lichtstrahls a über eine Eintrittsfläche A1 in die Strahlteileranordnung gemäß 1 eingestrahlt wird, wird an der Strahlteilerschicht S des Strahlteilers A in zwei Lichtanteile aufgespalten, wobei ein an der Strahlteilerschicht S des Strahlteilers A reflektierter Anteil des Lichts in Form eines Lichtstrahls b über eine Austrittsfläche A2 aus dem Strahlteiler A ausgestrahlt wird. Entsprechend wird ein an der Strahlteilerschicht S des Strahlteilers A nicht reflektierter Anteil des Lichts, der die Strahlteilerschicht S des Strahlteilers A durchdringt, in Form eines Lichtstrahls c über eine Austrittsfläche A3 aus dem Strahlteiler A ausgestrahlt.
In dem in 1 dargestellten Beispiel wird nun der Lichtstrahl b über eine Eintrittsfläche B1 in den Strahlteiler B eingestrahlt. Er trifft dort auf die entsprechende Strahlteilerschicht S des Strahlteilers B. Ein an der Strahlteilerschicht S des Strahlteilers B reflektierter Anteil dieses Lichts wird in Form eines Lichtstrahls d über eine Austrittsfläche B2 aus dem Strahlteiler B ausgestrahlt. Entsprechend wird ein an der Strahlteilerschicht S des Strahlteilers B nicht reflektierter Anteil dieses Lichts, der die Strahlteilerschicht S des Strahlteilers B durchdringt, in Form eines Lichtstrahls e über eine Austrittsfläche B3 aus dem Strahlteiler B ausgestrahlt.
In dem in 1 dargestellten Beispiel wird ferner der Lichtstrahl c über eine Eintrittsfläche C1 in den Strahlteiler C eingestrahlt. Er trifft dort auf die entsprechende Strahlteilerschicht S des Strahlteilers C. Ein an der Strahlteilerschicht S des Strahlteilers C reflektierter Anteil dieses Lichts wird in Form eines Lichtstrahls f über eine Austrittsfläche C2 aus dem Strahlteiler C ausgestrahlt. Entsprechend wird ein an der Strahlteilerschicht S des Strahlteilers C nicht reflektierter Anteil dieses Lichts, der die Strahlteilerschicht S des Strahlteilers C durchdringt, in Form eines Lichtstrahls g über eine Austrittsfläche C3 aus dem Strahlteiler C ausgestrahlt.
In dem in 1 dargestellten Beispiel werden schließlich die Lichtstrahlen d, e, f und g jeweils den zugehörigen Kameras bzw. Detektoren 1 bis 4 zugeführt. Zwischen den jeweiligen Austrittsflächen B2, B3, C2 und C3 der Strahlteiler B und C und den Kameras bzw. Detektoren 1 bis 4 können jeweils noch Filter, beispielsweise Bandpassfilter, oder weitere optische Elemente vorgesehen sein.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Strahlteiler A bis C oder zumindest einer hiervon verstellbar ausgebildet sind bzw. ist, worunter hier verstanden wird, dass eines oder mehrere der Strahlteiler A bis C, insbesondere unabhängig voneinander, aus ihrer jeweiligen Wirkposition gebracht werden können. Hierzu sind entsprechende Verstellmittel vorgesehen, die jedoch in 1 nicht veranschaulicht sind. Wird beispielsweise der Strahlteiler A aus seiner in 1 dargestellten Wirkposition gebracht und stattdessen ein entsprechend dimensionierter Glasblock bereitgestellt, durchsetzt das Licht des Lichtstrahls a diesen, ohne eine Strahlteilung zu erfahren, und tritt direkt über die Eintrittsfläche C1 in den Strahlteiler C ein. Ein Lichtstrahl b wird in diesem Fall also nicht gebildet.
Es versteht sich jedoch, dass, wenn der Strahlteiler A aus seiner in 1 dargestellten Wirkposition gebracht ist, anstelle eines entsprechend dimensionierten Glasblocks auch ein anderer Strahlteiler an seine Stelle treten kann. Beispielsweise kann mit einem nichtdichroitischen Strahlteiler, der anstelle des eines dichroitischen Strahlteilers A an die Position des Strahlteilers A gebracht wird, eine polarisationsabhängige Strahlteilung vorgenommen werden, im Zuge derer den Lichtstrahlen b und c entsprechende Lichtstrahlen unterschiedliche Polarisationszustände aufweisen können. Auch eine Intensitätsverteilung kann vorgenommen werden. Entsprechendes gilt auch für die beiden anderen in 1 veranschaulichten Strahlteiler B und C. Dies wird nachfolgend anhand eines spezifischen, die Erfindung nicht einschränkenden Beispiels erläutert.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Kombination mit Strahlteilern mit unterschiedlichen Teilereigenschaften vorgenommen werden. Wie erwähnt, können beispielsweise auch neutraldichte Strahlteiler, Polarisationsstrahlteiler oder Quader, bei dem der reflektierte Strahl eine längere optische Wegstrecke im Glas zurücklegt als der transmittierte, eingefahren werden.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind mögliche Strahlteiler, die an den in 1 gezeigten Positionen A, B, C bzw. als entsprechende Strahlteiler A, B, C eingesetzt werden können, angegeben. So geht aus der Tabelle 1 hervor, dass das Licht mittels des wahlweise an Position A eingebrachten Strahlteilers mittels eines Langpassfilters (LP) chromatisch mit einer Grenzwellenlänge von 560nm, oder in S- und P-polarisiertes Licht, oder im Verhältnis 1:9 farbunabhängig einer Strahlteilung unterworfen werden kann. Es sind also drei entsprechende Strahlteiler an Position A austauschbar vorgesehen. Dasselbe gilt für die jeweils an Position B und C verfügbare Auswahl an Strahlteilern, wobei die Grenze des chromatischen Strahlteilers jeweils unterschiedlich ist und die anderen hier einsetzbaren (polarisationsabhängigen bzw. neutraldichten Strahlteiler) gleich wie die entsprechenden Alternativen an Position A ausgebildet sind. Es kann sich bei einem polarisationsabhängigen Strahlteiler auch um ein einziges Exemplar handeln, welches sowohl an Position A als auch an Position B oder an Position C in Wirkposition eingebracht werden kann. Auch die anderen Strahlteiler können in entsprechender Weise wechselseitig miteinander und durch weitere optische Elemente ausgetauscht werden. Tabelle 1

Strahlteiler A B C

Farbe LP 560 LP 630 LP 490

Polarisation S/P S/P S/P

Signal 1:9 1:9 1:9
In Tabelle 2 zeigen die mit 1 bis 4 bezeichneten Spalten die von den Sensoren 1 bis 4 gemessenen Signale, wenn die in den Spalten A, B und C angegebenen und weitere Alternativen für die entsprechenden Strahlteiler in der jeweils dargestellten Anordnung eingesetzt werden.
In einem Modus 1 misst, da an Position A ein dichroitischer Langpass-Strahlteiler mit einer Grenzwellenlänge von 560 nm, an Position B ein dichroitischer Langpass-Strahlteiler mit einer Grenzwellenlänge von 630 nm und an Position C ein dichroitischer Langpass-Strahlteiler mit einer Grenzwellenlänge von 490 eingebracht wird, Sensor bzw. Detektor 1 rotes Licht, da der Strahlteiler an Position A zunächst Licht mit einer Wellenlänge größer 560 nm und dann der Strahlteiler an Position B Licht mit einer Wellenlänge größer 630 nm auf diesen lenkt. Sensor 4 misst hingegen blaues Licht misst, welches zunächst an dem Strahlteiler an Position A abgelenkt und dann an dem Strahlteiler an Position C abgelenkt wird. Die an den anderen Sensoren gemessenen Lichtanteile ergeben sich in entsprechender Weise.
Gemäß Modus 2 ist an Position A ein Polarisationsstrahlteiler, an Position B ein dichroitischer Langpass-Strahlteiler mit einer Grenzwellenlänge von 560 nm und Position C ein dichroitischer Langpass-Strahlteiler mit einer Grenzwellenlänge von 560 nm angeordnet. Damit wird das Licht zunächst in S- und P-polarisierte Anteile aufgespalten, woran sich polarisationsabhängig jeweils eine Aufspaltung in Anteile mit Wellenlängen von mehr und weniger als 560 nm anschließen.

Gemäß Modus 3 werden an den Positionen A und B neutraldichte Strahlteiler mit einem Teilungsverhältnis von 1:9 und an Position C ein nichtstrahlteilendes optisches Element, insbesondere ein Glasquader (in Tabelle 2 vereinfacht als „Quader“ bezeichnet), zur Anpassung des optischen Weglänge eingesetzt. Daher misst Sensor 1 nur 9% des in die Strahlteileranordnung eingestrahlten Lichts, Sensor 2 nur 1% und Sensor 3 hingegen 90% hiervon. Sensor 4 erfasst kein oder allenfalls Streulicht. Auf diese Weise können die Sensoren bei begrenzter Dynamik die hellen oder dunklen Stellen eines Bildes jeweils besser erfassen, als wenn sie mit der gleichen Lichtmenge beaufschlagt würden. Über- und Unterbelichtungen können auf diese Weise vermieden werden. Die unterschiedlich hellen Bilder können, wie mehrfach erwähnt, auch beispielsweise HDR-Algorithmen zu einem einzigen Bild mit deutlich erhöhtem Dynamikbereich fusioniert werden. Tabelle 2

	An den Detektoren (Det) detektiertes Licht und Lichteigenschaften				Eingesetzte optische Elemente
	Det 1	Det 2	Det 3	Det 4	A	B	C
Modus 1	ROT	GELB	GRÜN	BLAU	LP560	LP630	LP490
Modus 2	ROT, s	BLAU, s	ROT, p	BLAU, p	S/P	LP560	LP560
Modus 3	9%	1%	90%	-	1:9	1:9	Quader
Modus 4	+1µm	-1µm	+2µm	0 µm	50:50	50:50*	Quader 50:50*

In einem zusätzlichen Modus 4 können auch unterschiedliche Ebenen betrachtet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass an Position A ein mit „50:50“ bezeichneter regulärer neutraldichter Strahlteiler eingesetzt wird. An Position B wird hingegen ein mit „50:50*“ bezeichneter Strahlteiler eingesetzt, der ebenfalls als neutraldichter Strahlteiler ausgebildet ist, der aber strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen aufweist, so dass die Weglänge von reflektiertem und transmittiertem Licht in diesem Strahlteiler unterschiedlich ist und damit auch die jeweils auf den Sensoren abgebildete Ebene sich unterscheidet. Entsprechendes gilt auch für den An Position C eingesetzten Strahlteiler.
Neben quadratischen oder rechteckigen Sensoren mit den üblichen Seitenverhältnissen z.B. 4:3 ist auch die Kombination mit Sensoren vorteilhaft, die ein größeres Seitenverhältnis haben, z.B. 20:9 oder noch extremer bis hin zu Zeilensensoren von z.B. 2000:1. Dabei ist zu beachten, dass die Dimensionierung der Strahlteiler sich nur an der kurzen Kante des Sensors orientieren muss, wenn der Sensor so orientiert ist, dass die lange Achse des Sensors senkrecht zur Zeichnungsebene steht. Damit kann der Aufbau bzw. der Teiler extrem kompakt ausgelegt werden.
Zur feineren spektralen Aufspaltung können auswechselbare Multibandpassfilter vor dem Detektor 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.
2A veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Stellung in vereinfachter, schematischer und perspektivischer Darstellung. Die entsprechende Strahlteileranordnung ist in den 2B in einer Zwischenstellung und in 2C in einer zweiten Stellung veranschaulicht. Die 2A bis 2C werden daher nachfolgend in der Zusammenschau erläutert.
Die in den 2A bis 2C veranschaulichte Strahlteileranordnung ähnelt der in 1 veranschaulichten Strahlteileranordnung. Jedoch unterscheidet sich hier die Einstrahlrichtung des Lichtstrahls a in die Strahlteileranordnung (weitere Lichtstrahlen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit halber den 2A bis 2C nicht veranschaulicht). Bei entsprechender Ausgestaltung kann jedoch die Einstrahlrichtung des Lichtstrahls a in die Strahlteileranordnung auch jener der 1 entsprechen. In den 2A bis 2C ist nur ein Teil der gezeigten Elemente mit den in 1 verwendeten Bezugszeichen versehen.
In der in den 2A bis 2C veranschaulichten Strahlteileranordnung kann anstelle eines Strahlteilers A ein weiteres optisches Element X in eine Wirkposition gebracht werden. Wie erwähnt, können aber in einer entsprechenden Strahlteileranordnung auch zwei oder mehrere (in der unter Bezugnahme auf die obigen Tabellen erläuterten Strahlteileranordnung drei) Strahlteiler an einer entsprechenden Position A und ferner an den Positionen B und C miteinander austauschbar sein. Dies ist in den 2A bis 2C lediglich der Übersichtlichkeit halber nicht explizit veranschaulicht. Beliebige Ausgestaltungen sind hier möglich.
Ferner sind in der in den 2A bis 2C veranschaulichten Strahlteileranordnung, die ebenfalls Strahlteiler A bis C mit Strahlteilerschichten S umfasst, die Strahlteiler B und C jeweils um 180° um eine dem Lichtstrahl b bzw. dem Lichtstrahl c entsprechende Achse gedreht und die Position der Kameras 2 und 4 bzw. entsprechender Detektoren weicht daher entsprechend ab. Auf die optischen Eigenschaften der Strahlteileranordnung hat eine derartige abweichende Anordnung, ebenso wie weitere entsprechende Anordnungen, keinen Einfluss. Insbesondere können entsprechende Anordnungen gemäß baulicher Restriktionen vorgenommen werden. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, entsprechende Elemente drehbar anzuordnen.
Eine weitere Abweichung zwischen den Strahlteileranordnungen gemäß den 2A bis 2C und der Strahlteileranordnung gemäß 1 besteht darin, dass in den Strahlteileranordnungen gemäß den 2A bis 2C jeweils zwischen den hier nicht gesondert bezeichneten Austrittsflächen aus den Strahlteilern B und C sowie den jeweiligen Detektoren bzw. Kameras 1 bis 4 Filter vorgesehen sind, die hier mit 1' bis 4' bezeichnet sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Bandpass-Filter mit geeigneten Selektivitäten handeln. Auch vor der Eintrittsfläche in den Strahlteiler A kann ein Filter, hier mit 0' bezeichnet, vorgesehen sein, der beispielsweise dazu ausgebildet sein kann, Anregungslicht in der Fluoreszenzmikroskopie auszublenden. Der Filter 0' kann dabei insbesondere als Notch-Filter ausgebildet sein.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Darstellung der Strahlteileranordnungen gemäß den 2A bis 2C und der Darstellung der Strahlteileranordnung gemäß 1 besteht schließlich darin, dass in den 2A bis 2C ein weiteres optisches Element X veranschaulicht ist, das wie oben erläutert ausgebildet sein kann. Dieses weitere optische Element X ist, wie auch der Strahlteiler A, mit Verstellmitteln V mechanisch im Eingriff. Die Verstellmittel V sind nur teilweise und stark vereinfacht dargestellt. der Strahlteiler A kann daher mittels der Verstellmittel V aus seiner in 2A gezeigten Wirkposition gebracht und reversibel durch das weitere optische Element X ersetzt werden. Dies ist in den 2B, in der eine Zwischenstellung veranschaulicht ist, und 2C, die eine zweite Stellung gegenüber der in 2A veranschaulichten ersten Stellung veranschaulicht, dargestellt. Eine entsprechende Verstellung kann auch alternativ oder zusätzlich für den Strahlteiler B und den Strahlteiler C und entsprechende weitere optische Elemente X vorgesehen sein.
In den 3A und 3B ist eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung in vereinfachter, schematischer Darstellung veranschaulicht. Auch die 3A und 3B werden in der Zusammenschau erläutert Die jeweils gezeigte Strahlteileranordnung unterscheidet sich von den in den 1 und 2A bis 2C veranschaulichten Strahlteileranordnungen durch zusätzliche Strahlteiler D bis G und zusätzliche Kameras bzw. Detektoren 5 bis 8. Auch hier ist nur ein Teil der in 1 gezeigten Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Die Stellung der jeweiligen Strahlteiler A bis G ergibt sich unmittelbar aus den 3A bis 3C und der Position der Kameras bzw. Detektoren 1 bis 8. Die Bezeichnung der Strahlteiler A bis G sowie der Kameras bzw. Detektoren 1 bis 8 mit ihren jeweiligen Bezugszeichen ist rein willkürlich und schränkt die Anordnung nicht ein. Die jeweiligen Strahlteilerschichten sind nicht gesondert mit Bezugszeichen versehen und als diagonale Linien in den Strahlteilern A bis G veranschaulicht.
Auch hier können den Filtern 0' bis 4' gemäß den 2A bis 2C entsprechende und weitere, den Kameras bzw. Detektoren 5 bis 8 zugeordnete Filter vorgesehen sein. Auf eine Darstellung von Verstellmitteln V, die hier auf einen Teil oder sämtliche Strahlteiler A bis G (und Detektoren 1 bis 8) wirken können, wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Auch ist lediglich ein Lichtstrahl a veranschaulicht. Die weiteren Lichtstrahlen, die die sich durch die Farbstrahlteilung an den Strahlteilern A bis G ergeben, sind dargestellt, aber nicht gesondert mit Bezugszeichen versehen.
Wie sich aus der Zusammenschau der 3A und 3B ergibt, können in einem hier willkürlich gezeigten Beispiel die Strahlteiler E und F, beispielsweise durch ein Verschieben mittels hier nicht dargestellter Verstellmittel V, aus der in der 3B gezeigten Wirkposition gebracht und durch weitere optische Elemente X ersetzt werden, mittels derer eine weitere Strahlbeeinflussung oder eine Konstanthaltung der Glaswege bewirkt werden kann. Auch beliebige andere der gezeigten Strahlteiler A bis G können entsprechend ausgebildet sein.
4 veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung. Die Strahlteileranordnung gemäß 4 erfüllt dabei grundsätzlich dieselbe Funktion wie die Strahlteileranordnung gemäß 1, jedoch ist durch die abweichende geometrische Ausgestaltung der Strahlteiler, die hier ebenfalls mit A bis C bezeichnet sind, gewährleistet, dass durch die steileren Auftreffwinkel auf die Strahlteiler S eine geringere Störbeeinflussung durch Polarisationseffekte erfolgt. Insbesondere kann die Strahlteilerschicht S auf die entsprechenden Glaskörper aufgebracht sein, die zudem durch einen dünnen (wenige Mikrometer dicken) Luftspalt voneinander getrennt sind. Auch in der in 4 veranschaulichten Strahlteileranordnung können die entsprechenden Strahlteiler A bis C wie zuvor erläutert gewechselt und durch weitere Strahlteiler oder entsprechende optische Elemente X ersetzt werden. Auch eine Erweiterung um weitere Strahlteiler kann vorgesehen sein.
Wie lediglich bezüglich des Strahlteilers B in 4 veranschaulicht, können die Strahlteiler A bis C aus einem Grundprisma P1 und zwei weiteren Prismen P2 zusammengesetzt sein, deren Kontaktflächen in einer Ebene oder parallel zueinander angeordnet sind. Die Kontaktfläche zwischen dem Grundprisma P1 und einem der weiteren Prismen P2 bildet dabei die jeweilige Strahlteilerschicht S. Im Gegensatz zu den Strahlteilern A bis C gemäß 4 sind die Strahlteiler A bis C bzw. G gemäß den vorstehenden 1, 2A bis 2C, 3A und 3B jeweils aus nur zwei nicht gesondert bezeichneten Halbwürfelprismen wie zuvor erläutert zusammengesetzt.
5 veranschaulicht eine Strahlteileranordnung zum Einsatz in einer Detektionseinheit bzw. einem Mikroskopsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung. Wie in 5 veranschaulicht, können auch Strahlteiler A bis C mit Geometrien, wie sie gemäß 4 verwendet werden, aus nur zwei Prismen, einem hier abweichend ausgebildeten Grundprisma P1 und einem weiteren Prisma P2, zusammengesetzt sein. Die Kontaktfläche zwischen den Prismen P1 und P2 bildet dabei die jeweilige Strahlteilerschicht.
In 6 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 Strahlteileranordnung 100, wie sie zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde. Diese ist in 6 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 Strahlteileranordnung 100 und der damit bereitgestellten Lichtanteile 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, in 6 nicht veranschaulicht. Auf die obigen Erläuterungen wird verwiesen.
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 hier nicht veranschaulichten Strahlteiler, aber auch der Sensoren bzw. Kameras vorgenommen werden. Hierzu wird eine ebenfalls in Soft- und/oder Hardware implementierte Steuereinheit 204 verwendet.
Insbesondere können dabei die erläuterten Verstellmittel in der Strahlteileranordnung nach Maßgabe einer Ansteuervorgabe der Steuereinheit 204 den oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler, der oder die in der Strahlteileranordnung vorgesehen sind, in der mehrfach erläuterten Weise angesteuert werden, insbesondere um diese gegen andere Strahlteiler oder andere optische Elemente auszutauschen. Hierzu erfasst, wie ebenfalls erwähnt, das Mikroskopsystem mittels der Sensoren der Detektionseinheit Einzelbilddaten, wertet die Einzelbilddaten und/oder unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltene Bilddaten mittels der Recheneinheit 203 aus, und trifft auf Grundlage der Auswertung die Ansteuervorgabe für die Detektionseinheit.
Wie erwähnt, können aber auch beispielsweise die Sensoren bzw. Kameras der Detektionseinheit entsprechend angesteuert werden. Beispielsweise können mittels einer entsprechenden Steuereinheit 204 ein Verstärkungsfaktor zumindest eines der Sensoren bzw. zumindest einer der Kameras oder andere Parameter, z.B. ein interessierender Bereich oder Parameter eines sogenannten Pixel-Binning, eingestellt werden. Auch eine Bewegung bzw. ein Austausch entsprechender Sensoren bzw. Kameras kann nach Maßgabe einer entsprechenden Ansteuerung 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. Insbesondere können, falls eine entsprechende Strahlteileranordnung in der Detektionseinheit 201 eingesetzt wird, auch Bilddaten aus unterschiedlichen Ebenen oder mit unterschiedlichen Helligkeiten zusammengesetzt bzw. fusioniert 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 6 veranschaulichten Ausführungsform des Mikroskopsystems 200 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, insbesondere unter Verwendung modulierbarer Lichtquellen wie LED, bereitgestellt werden. Die Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche können aber insbesondere auch mittels geeigneter, insbesondere wechselbarer, Filter oder Filteranordnungen wie Filterrädern, Filterschiebern, Filterwürfeln und dergleichen ausgewählt werden. Die Beleuchtungseinheit 211 kann eine oder mehrere, in 6 nicht gesondert veranschaulichte Lichtquellen umfassen, die jeweils mono- oder polychromatisches, linear, zirkular oder unpolarisiertes 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 6 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. Auch eine Verstellbarkeit der Position der Probe 213 kann vorgesehen sein.
Insbesondere kann in dem in 6 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 Orientierung der Probe 213 angepasst werden.
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-G: Strahlteiler
S: Strahlteilerschicht
A1-C1: Eintrittsflächen
A2-C2: Austrittsflächen
A3-C3: Austrittsflächen
1-8: Kameras, Detektoren
0'-4': Filter
a-g: Lichtstrahlen
V: Verstellmittel
X: weiteres optisches Element
P1,P2: Prismen
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]
US 6693716 B2 [0014]
EP 0768622 A2 [0015]
DE 3406375 A1 [0016]
US 2011169985 A1 [0016]

Claims

Mikroskopsystem (200) zur Abbildung einer Probe (213), mit einer Detektionseinheit (201), die eine Strahlteileranordnung (100) mit mehreren Strahlteilern (A-G) aufweist, und mit einer Beleuchtungseinheit (211), die Beleuchtungslicht auf die Probe (213) einstrahlt, wobei das Mikroskopsystem (200) Probenlicht, das aufgrund der Einstrahlung des Beleuchtungslichts auf die Probe (213) von der Probe (213) abgestrahlt wird, in die Strahlteileranordnung (100) einstrahlt und die Strahlteileranordnung (100) das in die Strahlteileranordnung (100) eingestrahlte Probenlicht mittels eines oder mehrerer der Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in einer Wirkposition angeordnet ist oder sind, in unterschiedliche Lichtanteile zerlegt und zumindest einen Teil der unterschiedlichen Lichtanteile getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausstrahlt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteileranordnung (100) Verstellmittel (V) aufweist, die nach Maßgabe einer Ansteuerung den oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in seiner oder ihrer Wirkposition angeordnet ist oder sind, aus der jeweiligen Wirkposition bringen und stattdessen einen oder mehrere andere Strahlteiler (A-G) und/oder ein oder mehrere andere optische Elemente (X) in die jeweilige Wirkposition bringen, wobei das Mikroskopsystem (200) Einzelbilddaten erfasst, die den getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausgestrahlten Lichtanteilen entsprechen.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 1, das die Einzelbilddaten und/oder unter Verwendung der Einzelbilddaten erhaltene Bilddaten mittels einer Recheneinheit (203) auswertet und das die Ansteuerung der Verstellmittel (V) zumindest teilweise auf Grundlage der Auswertung veranlasst.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 2, bei dem der oder die mittels der Verstellmittel (V) aus und in die jeweilige Wirkposition gebrachten Strahlteiler (A-G) und/oder das oder die weiteren optischen Elemente (X) als miteinander verbundene, mittels der Verstellmittel (V) gemeinsam verschiebbare Module ausgebildet sind.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem die Strahlteiler (A-G) zumindest einen Farbstrahlteiler, zumindest einen Polarisationsstrahlteiler, zumindest einen neutraldichten Strahlteiler und/oder zumindest einen strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen aufweisenden Strahleiler umfassen, und/oder bei dem das oder zumindest eines der anderen optischen Elemente als transparenter Quader und/oder als ein Prisma ausgebildet ist.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem mittels der Strahlteileranordnung (100) mehrere Teilstrahlengänge unterschiedlicher Länge bereitstellbar sind.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 5, bei dem die Bereitstellung der Teilstrahlengänge unterschiedlicher Länge jeweils die Einbringung eines oder mehrerer nichtstrahlteilender transparenter Elemente und/oder eines oder mehrerer strahlaustrittsseitig unterschiedliche optische Weglängen aufweisender Strahleiler in die Teilstrahlengänge mittels der Verstellmittel (V) umfasst.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Recheneinheit (203) die Auswertung der Einzelbilddaten und/oder der aus diesen erhaltenen Bilddaten in Form einer spektralen Entmischung, insbesondere in Form einer Phasoranalyse, durchführt.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 7, 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 vorstehenden Ansprüche, bei dem mittels der Strahlteileranordnung (100) mehrere Teilstrahlengänge unterschiedlicher Helligkeit bereitstellbar sind.
Mikroskopsystem (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner einen oder mehrere Lichtparameter des Beleuchtungslichts einstellt.
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 vorstehenden Ansprüche, das ferner eine Lage der Probe (213) in einer oder mehreren Raumrichtungen mittels Probenverstellmitteln einstellt.
Mikroskopsystem (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das einen oder mehrere Sensoren (1-8) aufweist, wobei das Mikroskopsystem (200) mittels der Strahlteileranordnung (100) einen oder mehrere der aus der Strahlteileranordnung (100) ausgestrahlten Lichtanteile auf einen oder auf jeweils einen der mehreren Sensoren (1-8) führt, und wobei das Mikroskopsystem (200) die Erfassung der Einzelbilddaten, die den getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausgestrahlten Lichtanteilen entsprechen, unter Verwendung zumindest eines Teils der mehreren Sensoren durchführt.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 13, bei dem die mehreren Sensoren (1-8) einen oder mehrere CCD-Sensoren und/oder einen oder mehrere EMCCD-Sensoren und/oder einen oder mehrere CMOS-Sensoren und/oder einen oder mehrere InGaAs-Sensoren und/oder einen oder mehrere einen einheitlichen oder räumlich strukturierten Farbfilter aufweisende Sensoren umfassen.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 13 oder 14, bei dem zumindest zwei der mehreren Sensoren (1-8) sich in ihren Pixelgrößen und/oder in ihren Detektionseigenschaften und/oder in ihrer Lage in Bezug auf eine Referenzposition voneinander unterscheiden.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem zumindest einer der mehreren Sensoren (1-8) nach Maßgabe einer Ansteuerung durch einen anderen der mehreren Sensoren (1-8) austauschbar ist und/oder bei dem eine Bildlage zumindest eines der mehreren Sensoren (1-8) nach Maßgabe der oder der weiteren Ansteuerung in einem vorgegebenen Bereich relativ zu einer Sensorlage in zumindest einer Raumrichtung verschiebbar ist.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem zumindest einer der mehreren Sensoren (1-8) als Sensormodul an eine mechanische Schnittstelle angebunden ist.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem zumindest einer der mehreren Sensoren (1-8) mit einer ersten Aufnahmefrequenz und zumindest ein zweiter der mehreren Sensoren (1-8) mit einer zweiten Aufnahmefrequenz betreibbar ist, wobei die erste und die zweite Aufnahmefrequenz periodengleich und gegeneinander phasenverschoben sind.
Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, das ferner zumindest einen der Sensoren ansteuert.
Mikroskopsystem (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest einer der Strahlteiler (A-G) zwei Prismen mit Prismenflächen umfasst, zwischen denen eine Strahlteilerschicht (S) angeordnet ist.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 20, bei dem der zumindest eine Strahlteiler (A-G) aus den zwei Prismen aufgebaut ist, wobei die zwei Prismen als Dreiecksprismen mit einem rechten Prismeninnenwinkel ausgebildet sind, dem rechten Prismeninnenwinkel gegenüberliegende Hypothenusenflächen der zwei Prismen in einer gemeinsamen Ebene oder parallel zueinander angeordnet sind und einander zuweisen, die Strahlteilerschicht (S) auf einer der oder zwischen den Hypothenusenflächen angeordnet ist, und die zwei Prismen zusammen eine würfel- oder quaderförmige Struktur definieren.
Mikroskopsystem (200) nach Anspruch 20, bei dem die zwei Prismen ein erstes, in Form eines Dreiecksprismas ausgebildetes Prisma und ein fünf Prismenflächen aufweisendes zweites Prisma umfassen, wobei Normalen der fünf Prismenflächen des zweiten Prismas in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Detektionseinheit zur Ankopplung an ein Mikroskopsystem (200) zur Abbildung einer Probe (213), wobei die Detektionseinheit (201) eine Strahlteileranordnung (100) mit mehreren Strahlteilern (A-G) aufweist und wobei die Strahlteileranordnung (100) aus dem Mikroskopsystem (200) ausgestrahltes Probenlicht, das aufgrund einer Einstrahlung von Beleuchtungslicht auf die Probe (213) von der Probe (213) abgestrahlt wird, mittels eines oder mehrerer der Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in einer Wirkposition angeordnet ist oder sind, in unterschiedliche Lichtanteile zerlegt und zumindest einen Teil der unterschiedlichen Lichtanteile getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausstrahlt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteileranordnung (100) Verstellmittel (V) aufweist, die nach Maßgabe einer Ansteuerung den oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in seiner oder ihrer Wirkposition angeordnet ist oder sind, aus der jeweiligen Wirkposition bringen und stattdessen einen oder mehrere andere Strahlteiler (A-G) und/oder ein oder mehrere andere optische Elemente (X) in die jeweilige Wirkposition bringen.
Verfahren zur mikroskopischen Abbildung einer Probe (213), bei dem ein Mikroskopsystem (200) mit einer Detektionseinheit (201), die eine Strahlteileranordnung (100) mit mehreren Strahlteilern (A-G) aufweist, und mit einer Beleuchtungseinheit (211), mittels derer Beleuchtungslicht auf die Probe (213) eingestrahlt wird, verwendet wird, wobei mittels der Stralhteileranordnung (100) Probenlicht, das aufgrund der Einstrahlung des Beleuchtungslichts auf die Probe (213) von der Probe (213) abgestrahlt wird, in die Strahlteileranordnung (100) einstrahlt wird und wobei die Strahlteileranordnung (100) das in die Strahlteileranordnung (100) eingestrahlte Probenlicht mittels eines oder mehrerer der Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in einer Wirkposition angeordnet ist oder sind, in unterschiedliche Lichtanteile zerlegt und getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausstrahlt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlteileranordnung (100) verwendet wird, die Verstellmittel (V) aufweist, mittels derer nach Maßgabe einer Ansteuerung der oder zumindest einen der mehreren Strahlteiler (A-G), der oder die jeweils in seiner oder ihrer Wirkposition angeordnet ist oder sind, aus der jeweiligen Wirkposition gebracht wird oder werden und stattdessen ein oder mehrere andere Strahlteiler (A-G) und/oder ein oder mehrere andere optische Elemente (X) in die jeweilige Wirkposition gebracht wird oder werden, wobei unter Verwendung des Mikroskopsystems (200) Einzelbilddaten erfasst werden, die den getrennt voneinander aus der Strahlteileranordnung (100) ausgestrahlten Lichtanteilen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem ein Mikroskopsystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 verwendet wird.