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Die Erfindung betrifft einen optischen Aufbau für ein Mikroskop, insbesondere für ein Weitfeldmikroskop, umfassend eine von einer ersten Seite eines Probenvolumens zum Probenvolumen weisende erste optische Anordnung mit einer ersten optischen Achse und eine von einer zweiten Seite des Probenvolumens zum Probenvolumen weisende zweite optische Anordnung mit einer zweiten optischen Achse, wobei die erste Seite der zweiten Seite des Probenvolumens gegenüberliegt. Ferner betrifft die Erfindung ein Mikroskop, umfassend eine Objektivaufnahme für Mikroskopobjektive, durch die hindurch sich ein Mikroskopstrahlengang erstreckt.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Mikroskopiemethoden bekannt. Unter anderem die Lichtblattmikroskopie, Weitfeldmikroskopie oder Konfokalmikroskopie. Jedes Mikroskopieverfahren weist seine eigenen Vorteile auf. So ist beispielsweise die Konfokalmikroskopie zur Erzeugung hochauflösender Mikroskopiebilder vorteilhaft, wohingegen sie sich zur Orientierung in einer Probe eher weniger geeignet.
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In der Lichtblattmikroskopie - diese ist aus dem Stand der Technik bekannt - werden im allgemeinen ein Beleuchtungsmodul und ein Detektionsmodul verwendet. Eine korrekte Anordnung bzw. Justage beider Module auf kleinstem Raum erfordern üblicherweise einen großen Justageaufwand, sowohl der Module als auch der Probe selbst. Aufgrund des Aufbaus kann die Justage ferner dadurch erschwert werden, dass die kompakte Anordnung der Module keinen Einblick in einen Detektionsraum, d.h. in ein Probenvolumen erlauben.
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Ferner kann es mit den Lösungen aus dem Stand der Technik schwierig sein, eine Probe automatisch, zum Beispiel mit einem Roboter, gegen eine andere Probe auszutauschen und hiernach die neue Probe abzutasten. Ähnlich kann es schwierig sein, zeitlich schnell veränderliche Abläufe in mehreren Proben auf einem Probenhalter hinreichend schnell zu erfassen, da die Justage zeitaufwendig ist. Der erhöhte Justageaufwand, auch in Lichtblattmikroskopen, kann ferner der der Lichtblattmikroskopie inhärent innewohnenden hohen Bildaufnahme- und Scangeschwindigkeit entgegenstehen. Im Allgemeinen können mit den Lösungen aus dem Stand der Technik meistens nur einzelne Proben mit hoher Qualität gescannt werden, wohingegen das Scannen mehrerer Proben mit hoher Geschwindigkeit und automatisiert im Allgemeinen schwierig bis unmöglich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen optischen Aufbau und ein Mikroskop zu schaffen, welche die Lösungen aus dem Stand der Technik verbessern, beispielsweise indem sie Messzeiten verringern, einen einfacheren und handlicheren Aufbau gewährleisten, einen präzisen und ausreichend großen Messbereich zur Verfügung stellen und kostengünstiger sind.
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Die Erfindung löst die obige Aufgabe für den eingangs genannten optischen Aufbau dadurch, dass die erste und die zweite optische Achse das Probenvolumen schneiden und dass die erste optische Achse und die zweite optische Achse im Probenvolumen nicht parallel zueinander angeordnet sind. Die räumliche Anordnung der ersten und zweiten optischen Anordnung zueinander ermöglicht beispielsweise einen einfachen und sichtbaren Zugang zum Probenvolumen, wodurch Justagezeiten verkürzt werden können. Ferner kann durch diese Anordnung auch ein Probenwechsel schneller als bei Lösungen aus dem Stand der Technik erfolgen.
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Die Erfindung löst die obige Aufgabe für das eingangs genannte Mikroskop dadurch, dass das Mikroskop ferner einen optischen Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei die erste optische Anordnung oder die zweite optische Anordnung an einer Objektivaufnahme befestigt ist.
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Der erfindungsgemäße optische Aufbau und das erfindungsgemäße Mikroskop können durch die nachfolgend beschriebenen spezifischen Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Die technischen Merkmale der weiteren Ausgestaltungen können dabei beliebig miteinander kombiniert oder weggelassen werden.
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Als optischer Aufbau ist insbesondere eine Anordnung optischer Elemente bzw. Baugruppen zu verstehen. Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann prinzipiell mit abtastenden oder nicht abtastenden Verfahren verwendet werden. Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann ausgestaltet sein, um z.B. in ein Weitfeldmikroskop oder ein Konfokalmikroskop integriert zu werden. Insbesondere kann der erfindungsgemäße optische Aufbau dazu verwendet werden, ein Weitfeldmikroskop modular zu erweitern, sodass das erweiterte Weitfeldmikroskop einen erhöhten Funktionsumfang, das heißt eine erhöhte Anzahl an Betriebsmodi, aufweist.
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Die Lage der ersten bzw. zweiten optischen Anordnung auf unterschiedlichen Seiten des Probenvolumens hat beispielsweise den Vorteil, dass eine Ausrichtung der Probe, die sich im allgemeinen im Probenvolumen befindet, erleichtert wird. Sowohl die erste als auch die zweite optische Achse sind durch das Probenvolumen hindurchtretend angeordnet. Die erste und zweite optische Achse können sich schneiden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus ist die erste oder die zweite optische Anordnung ausgestaltet, im Probenvolumen ein Lichtblatt zu erzeugen. Mit anderen Worten ist die erste oder zweite optische Anordnung als Lichtblattanordnung ausgestaltet. Dies kann im Allgemeinen durch zwei Möglichkeiten realisiert werden. Einerseits ist die Verwendung einer Zylinderlinse möglich, um ein sogenanntes statisches Lichtblatt zu erzeugen (andere optische Elemente, welche eine unterschiedliche Fokussierung entlang senkrecht zueinander stehender Ebenen, beispielsweise Sagitalebene und Parallelebene erlauben, sind auch verwendbar). Eine andere Möglichkeit ist die Erzeugung eines sogenannten virtuellen Lichtblattes, welches durch repetitives Bewegen eines fokussierten Strahls entlang einer Richtung erzeugt werden kann.
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Somit kann mit dieser Ausgestaltung durch die erste optische Anordnung von der ersten Seite ausgehend ein Lichtblatt im Probenvolumen ausgebildet werden oder von der zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Probenvolumens durch die zweite optische Anordnung ausgehend das Lichtblatt im Probenvolumen erzeugt werden.
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Insbesondere in dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die erste und die zweite optische Achse zumindest im Probenvolumen einen Winkel zwischen 45° und 90°, bevorzugt zwischen 60° und 90°, weiter bevorzugt zwischen 75° und 90°, und besonders bevorzugt im Wesentlichen von 90° zueinander einschließen. Hierbei ist es nicht wesentlich, dass sich beide optische Achsen im Probenvolumen schneiden. Dies ist beispielsweise beim Erzeugen des virtuellen Lichtblattes unter Umständen nur in einer Abtastposition während der Erzeugung des Lichtblattes der Fall.
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Der optische Aufbau kann weiter verbessert werden, indem die erste optische Achse und die zweite optische Achse im Probenvolumen im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft bei Verwendung der ersten oder zweiten optischen Ordnung zur Erzeugung eines Lichtblattes, sodass eine Detektion des von einer beleuchteten Ebene ausgesandten Lichtes senkrecht zu dieser Ebene, d.h. ohne Verzerrung erfolgen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus umfasst dieser einen Probenhalter, der im Wesentlichen zwischen der ersten und der zweiten optischen Anordnung angeordnet ist und der eine ebenfalls zwischen der ersten optischen Anordnung und der zweiten optischen Anordnung liegende Probenebene definiert. Der Probenhalter kann ein Mikroskoptisch sein. Alternativ kann der Probenhalter auch eine Platte oder auch eine Haltevorrichtung für den Probenträger sein, die zwischen den optischen Anordnungen angeordnet ist.
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Mikroskoptisch und Probenträger können eine Einheit bilden, der Mikroskoptisch also den Probenträger umfassen. Die Beleuchtung und Detektion von Streu- und/oder Fluoreszenzlicht erfolgt somit von bzw. in räumlich voneinander getrennten Bereichen, wobei die räumliche Trennung durch den Mikroskoptisch und die durch diesen definierte Probenebene definiert sein kann. Der Probenhalter bzw. der Mikroskoptisch kann Vorrichtungen aufweisen, welche die Aufnahme einer Probe ermöglichen. Die Probe kann entweder auf einer Seite des Mikroskoptisches angeordnet sein oder aber in einer Aufnahmevorrichtung im Mikroskoptisch angeordnet werden.
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Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann eine Positioniervorrichtung zur Positionierung und/oder Bewegung des Probenhalters, insbesondere des Mikroskoptisches in eine, zwei oder drei Raumrichtungen aufweisen.
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Eine Mechanik/ein Antrieb zur Bewegung des Probenhalters muss nicht zwingend zwischen den optischen Anordnungen liegen. Denkbar wäre beispielsweise ein Roboterarm, der einen Probenhalter zwischen den optischen Anordnungen verfährt.
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Die erste optische Achse und/oder die zweite optische Achse können eine derart definierte Probenebene bevorzugt unter einem Winkel von im Wesentlichen 45° schneiden, das heißt diesen Winkel mit der Probenebene einschließen.
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Der Probenhalter bzw. der Mikroskoptisch kann dazu ausgestaltet sein, in eine oder zwei vorzugsweise senkrecht zueinander stehende Richtungen, die innerhalb der Probenebene liegen, beweglich zu sein. Dies kann es erlauben, eine Probe entlang einer bzw. zweier Richtungen zu bewegen und beispielsweise abtastend durch die erste und/oder zweite optische Achse hindurch zu bewegen. Insbesondere kann eine Probe somit abtastend durch ein Lichtblatt bewegt werden, um Bilderstapel aufzunehmen, welche eine dreidimensionale Darstellung der Probe ermöglichen. Ferner kann der Probenhalter/der Mikroskoptisch in einer z-Richtung, bzw. Höhenrichtung verschieblich sein. Die Höhenrichtung ist bevorzugt senkrecht zur Probenebene orientiert. Der Mikroskoptisch kann somit ausgestaltet sein, in eine Richtung aus der Probenebene heraus bewegt zu werden. Dies ermöglicht das optimale Platzieren des Lichtblattes innerhalb der Probe und das Abrastem von entsprechend ausgedehnten Proben und ist insbesondere wichtig für das weiter unten beschriebene Stitching.
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Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann weiter dadurch verbessert werden, indem die optische Achse der ersten und/oder zweiten optischen Anordnung auf einer dem Probenvolumen abgewandten Seite der jeweiligen optischen Anordnung durch wenigstens ein Umlenkelement umgelenkt ist. Verfolgt man somit die erste optische Achse ausgehend vom Probenvolumen, so durchläuft diese vom Probenvolumen ausgehend die erste optische Anordnung und nachfolgend ein Umlenkelement, welches als erstes Umlenkelement bezeichnet werden kann. Entsprechend kann die zweite optische Achse ausgehend vom Probenvolumen durch die zweite optische Anordnung und nachfolgend durch ein Umlenkelement, ein zweites Umlenkelement, verlaufen. Das Umlenkelement kann einen in den erfindungsgemäßen optischen Aufbau eintretenden ersten Strahlengang insbesondere um im Wesentlichen 45° umlenken. Entsprechend kann ein auf der zweiten Seite des Probenvolumens eingespeister zweiter Strahlengang vom zweiten Umlenkelement ebenso bevorzugt um im Wesentlichen 45° umgelenkt werden. Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann somit auf vorteilhafte Weise zur Erweiterung bestehender Mikroskope verwendet werden, da deren im Allgemeinen senkrecht zur Probenebene orientierter erster Strahlengang durch ein erfindungsgemäßes Umlenkelement umgelenkt werden kann. Hierbei kann die zweite optische Anordnung ferner eine zusätzliche Beleuchtungsanordnung oder eine Umlenkeinrichtung zum Umlenken oder Einkoppeln von einer Beleuchtungsanordnung des Mikroskops ausgesandtem Licht vorgesehen sein.
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Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann in einer weiteren Ausgestaltung wenigstens eine Adapteranordnung mit wenigstens einer auswechselbaren Adaptereinheit vorsehen, wobei die Adapteranordnung mit der ersten oder der zweiten optischen Anordnung verbindbar ist und das wenigstens eine Umlenkelement umfasst. Die auswechselbare Adaptereinheit kann beispielsweise mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Mikroskopanschluss (zum Beispiel Bajonettverschluss/Schraubverschluss/etc.) ausgestattet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des optischen Aufbaus kann an wenigstens einer Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung eine Anschlussvorrichtung zur Befestigung der Adapteranordnung an einer Objektivaufnahme eines Mikroskops, und/oder an wenigstens einer Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines Anschlusses einer optischen Anordnung vorgesehen sein. Die Adapteranordnung kann somit ein Zwischenstück darstellen, welches zwischen einem Objektiv, das heißt allgemeiner einer optischen Anordnung, und einem Mikroskop vorgesehen sein kann und insbesondere am Mikroskop befestigt werden kann und an dem wiederum die optische Anordnung befestigt werden kann.
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Ein durch eine erste Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung eingespeister Lichtstrahl kann zum durch eine zweite Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung austretenden Lichtstrahl um im Wesentlichen 45° verkippt sein.
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Werden in einer Ausgestaltung zwei Umlenkelemente, d.h. jeweils ein Umlenkelement für die erste und für die zweite optische Anordnung, verwendet, so ist es vorteilhaft, wenn beide Umlenkelemente identisch sind. Dies erlaubt es, diese beliebig untereinander auszutauschen. In anderen Ausgestaltungen kann die Adapteranordnung den eingespeisten Lichtstrahl zum austretenden Lichtstrahl um einen von 45° verschiedenen Winkel, das heißt beispielsweise 30-40° oder 50-60° bzw. 15-40° oder 50-75° umlenken. Entsprechend können sich die an der ersten optischen Anordnung und an der zweiten optischen Anordnung vorgesehenen Adapteranordnungen derart kombiniert werden, dass die erste und zweite Achse weiterhin einen Winkel von im Wesentlichen 90° zueinander einschließen, die beiden Adapteranordnungen allerdings eine unterschiedliche Umlenkung der jeweiligen Achse aufweisen.
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Der optische Aufbau kann, insbesondere durch die Adapteranordnung, an einem, bevorzugt drehbaren, Revolver eines Mikroskops befestigbar sein. Somit ist es möglich, zwischen der Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus und weiterer am Revolver vorgesehener optischer Aufbauten, beispielsweise weiterer Mikroskopobjektive, auf einfache Art und Weise zu wechseln.
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Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann weiter dadurch verbessert werden, dass die erste und/oder die zweite optische Anordnung einen Aktuator umfasst, mittels welchem ein optischer Weg entlang der entsprechenden, der optischen Anordnung zugehörigen optischen Achse variabel einstellbar ist. Mittels eines solchen Aktuators kann eine Fokussierung oder Autofokussierung erfolgen. D.h., dass dieser Aktuator dazu dient, den Fokus der entsprechenden optischen Anordnung einzustellen. Ferner ist es denkbar, dass der Aktuator ausgestaltet ist, mit dem entsprechenden ersten oder zweiten Strahlengang eine Probe abzutasten. Der Aktuator kann ein Piezoelement umfassen oder manuell betätigbar sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus kann der optische Aufbau wenigstens ein Aufnahmegefäß zur Aufnahme eines Immersionsmediums aufweisen, wobei ein Boden des Aufnahmegefäßes eine Aufnahmeöffnung aufweist, und wobei die Aufnahmeöffnung ausgestaltet ist, ein dem Probenvolumen zugewandtes vorderes Ende der ersten optischen Anordnung oder der zweiten optischen Anordnung aufzunehmen.
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Das Aufnahmegefäß kann unabhängig von den bisher beschriebenen Ausgestaltungen des optischen Aufbaus in einem Mikroskop verwendet werden. Die Verwendung eines Aufnahmegefäßes hat den Vorteil, dass eine im Aufnahmegefäß aufnehmbare Immersionsflüssigkeit einen optimalen optischen Fluss zur und in die Probe gewährleistet, derart, dass Reflexionen an Oberflächen zum Probenvolumen hin (beispielsweise eines Proben- oder Präparateträgers) verringert bzw. gänzlich vermieden werden können. Das Aufnahmegefäß ist bevorzugt gemeinsam mit der entsprechenden ersten optischen Anordnung oder zweiten optischen Anordnung auf der ersten bzw. zweiten Seite des Probenmediums angeordnet. Das Aufnahmegefäß kann ferner eine Wanne sein, in welche die erste oder zweite optische Anordnung durch die Aufnahmeöffnung hineinragen kann.
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Das Aufnahmegefäß kann ausgestaltet sein, Wasser, Glycerin, ÖI, Gas oder andere geeignete Materialien als Immersionsmedium aufzunehmen.
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Das Aufnahmegefäß kann dadurch verbessert werden, dass eine Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung vorgesehen ist, deren Zu- und Ableitung mit dem Aufnahmegefäß verbunden ist, wobei die Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung ausgestaltet ist, das Aufnahmegefäß mit dem Immersionsmedium zu füllen und/oder nachzufüllen und/oder das Aufnahmegefäß zu entleeren. Eine solche Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung kann mit dem Aufnahmegefäß oder durch den erfindungsgemäßen optischen Aufbau bereitgestellt werden und hat den Vorteil, dass ein Immersionsmedium beispielsweise nachgefüllt werden kann, wenn ein solches in einer Wärmekammer verdunstet. Insbesondere kann das Auffüllen des Aufnahmegefäßes automatisiert erfolgen. Ferner ist ein Austausch des Immersionsmediums möglich, um ein solches gezielt auszuwählen, und wechseln zu können, sodass eine optische Anpassung an ein im Probenvolumen vorhandenes Medium ermöglicht wird.
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Das Aufnahmegefäß kann einen Füllstandsensor aufweisen. Dieser Füllstandsensor kann einem elektronischen Steuermodul den Füllstand des Immersionsmediums im Aufnahmegefäß übermitteln, sodass das Steuermodul eine Pumpe über Anschlussleitungen steuern kann. Hierzu kann die Pumpe über einen Schlauch mit einem Reservoir verbunden sein, sodass die Immersionsflüssigkeit aus diesem Reservoir in das Aufnahmegefäß gepumpt werden kann. Die Pumpe kann ausgestaltet sein, das Aufnahmegefäß sowohl zu füllen, als auch leer zu pumpen, da das Aufnahmegefäß leergepumpt sein muss, wenn eine andere optische Anordnung mit dem Aufnahmegefäß verwendet werden soll und zugleich vermieden werden soll, dass das Immersionsmediums in das System gelangt.
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Das Aufnahmegefäß kann insbesondere an derjenigen optischen Anordnung befestigt sein, deren vorderes Ende den Boden des Aufnahmegefäßes durchdringt. Somit ist es möglich, mittels einer Bewegung der in das Aufnahmegefäß ragenden optischen Anordnung zeitgleich das Aufnahmegefäß mitzubewegen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus kann der optische Aufbau einen wenigstens teilweise optisch durchlässigen Probenträger aufweisen, auf dessen einer Seite eine Probe im Probenvolumen positionierbar ist und an dessen anderer Seite das Aufnahmegefäß positionierbar ist, wobei das Aufnahmegefäß mit einem Immersionsmedium befüllbar ist und wobei das Aufnahmegefäß in einem Abstand zum Probenträger positionierbar ist, in dem das Immersionsmedium einen den Abstand überbrückenden Meniskus ausbildet.
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Mittels Adhäsion des Immersionsmediums kann somit ein geringer Abstand zwischen dem Aufnahmegefäß und dem Mikroskoptisch bzw. einem Probenträger eingestellt werden, ohne dass ein Luftspalt zwischen dem Probenträger und dem Immersionsmedium entsteht. Dieser Abstand zwischen Aufnahmegefäß und Probenträger kann mehr als 100 µm bis hin zu 500 µm betragen und erlaubt es, den Probenträger entlang einer in der Probenebene liegenden Richtung zu verschieben, ohne die optische Anpassung durch das Immersionsmedium zu unterbrechen. Ein sich ausbildender Meniskus zwischen dem Immersionsmedium und dem Probenträger gleitet somit bei einer solchen Bewegung entlang des Probenträgers.
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Das Immersionsmedium kann sich somit durch eine Adhäsionskraft an der Oberfläche eines Probenträgers oder Präparateträgers festsaugen. Die Adhäsionskraft kann sicherstellen, dass der optische Fluss durch das Immersionsmedium hindurch nicht unterbrochen wird, wenn der Präparateträger und damit die Probe weg von dem Aufnahmegefäß bewegt wird. Das Immersionsmedium ist so ausgestaltet (bezüglich seines Brechungsindex), dass es bevorzugt zu keiner Reflexion an der Oberfläche des Präparateträgers kommt. Der Probenträger kann aus einem geeigneten optisch transparenten Material wie beispielsweise Glas oder speziellen für bestimmte Wellenlängenbereiche spezifiziertem Glas bestehen. Das Immersionsmedium kann ein vorderes Ende einer in diesem aufgenommenen optischen Anordnung (der ersten oder der zweiten optischen Anordnung) vollständig umschließen.
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Die zu untersuchende Probe kann sich in einem optischen Medium befinden, welches dem Immersionsmedium entspricht. Ferner kann ein Boden des Präparateträgers einen ähnlichen Brechungsindex wie das Immersionsmedium aufweisen. Sofern sich die Brechungsindices des Immersionsmediums und des Bodens des Präparateträgers unterscheiden, kommt es lediglich zu einem Strahlversatz, die Winkelausrichtung der ersten bzw. zweiten optischen Achse im Probenvolumen bleibt unverändert, sodass die erste und die zweite optische Achse im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sein können. Der Parallelversatz kann mechanisch leicht ausgeglichen werden, indem die erste optische Anordnung oder die zweite optische Anordnung (bevorzugt entlang der jeweiligen optischen Achse) bewegt werden.
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Der erfindungsgemäße optische Aufbau kann dadurch verbessert werden, dass die erste optische Anordnung und/oder die zweite optische Anordnung ein Objektiv umfasst.
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Das eingangs erwähnte erfindungsgemäße Mikroskop kann jedwede oben beschriebene Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus umfassen. Die erste optische Anordnung oder die zweite optische Anordnung kann/können mittelbar, d.h. über die Adapteranordnung, oder unmittelbar an der Objektivaufnahme befestigt sein.
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Das erfindungsgemäße Mikroskop hat den Vorteil, dass verschiedene lichtmikroskopische Verfahren, wie beispielsweise die Lichtblattmikroskopie, die Weitfeldmikroskopie, sowie unterschiedliche Methoden der Konfokalmikroskopie in einem einzigen Mikroskop vereint werden können. Bei Verwendung eines Revolvers ist es somit im erfindungsgemäßen Mikroskop möglich, verschiedene optische Anordnungen auszuwählen, die ausgestaltet sind, eines der oben genannten Mikroskopieverfahren zu ermöglichen bzw. durchzuführen. Das erfindungsgemäße Mikroskop kann dazu ausgestaltet sein, automatisch zwischen den Verfahren umzuschalten. Insbesondere kann somit durch den erfindungsgemäßen optischen Aufbau ein bereits vorhandenes Mikroskop, beispielsweise ein Weitfeldmikroskop, kostengünstig nachgerüstet werden.
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Das erfindungsgemäße Mikroskop kann verschiedene Verschiebevorrichtungen aufweisen, welche ausgestaltet sind, die erste optische Anordnung relativ zur zweiten optischen Anordnung bevorzugt unabhängig voneinander entlang jeder der drei möglichen Raumrichtungen zueinander zu verschieben. Sofern ein Objektivrevolver vorgesehen ist, kann bei Wechsel des in den Strahlengang des Mikroskops eingebrachten Objektivs, d.h. in Abhängigkeit von der verwendeten optischen Anordnung, eine automatische Relokalisation, d.h. automatische Positionierung der ersten optischen Anordnung zur zweiten optischen Anordnung erfolgen.
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Die erste und zweite optische Anordnung können bevorzugt unabhängig voneinander beweglich sein, wobei die erste optische Achse und die zweite optische Achse bevorzugt senkrecht aufeinander stehen und eine der beiden optischen Anordnungen ausgestaltet ist, ein Lichtblatt im Probenvolumen zu erzeugen.
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Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung und das erfindungsgemäße Mikroskop haben den Vorteil, dass sich nur eine optische Anordnung in der Nähe einer Probe befinden kann, wohingegen sich die andere optische Anordnung auf der der Probe gegenüberliegenden Seite befindet. Dies hat den Vorteil, dass ein die Probe tragender Präparateträger im Wesentlichen frei in alle drei Raumrichtungen bewegt werden kann, sodass fortlaufend andere bzw. neue Proben in das Probenvolumen eingebracht werden können. Erfindungsgemäß kann somit eine nahezu beliebig große Fläche zur Unterbringung von Proben vorgesehen sein. Eine automatisierte und rasche Bearbeitung einer Vielzahl von Proben ist somit möglich (High-throughput-Anwendungen). Das Probenvolumen kann ebenso mit einem Immersionsmedium gefüllt oder von diesem umgeben sein. In dieses kann beispielsweise die erste optische Anordnung eintauchen. Zwischen den beiden optischen Anordnungen kann sich der Präparateträger mit einem Probenraum und einem Probenboden befinden. Die erste und zweite optische Anordnung können sich kongruent gegenüber angeordnet befindet. Die Adapteranordnung kann mittels einer Anschlussvorrichtung, beispielsweise einem Gewinde, mit dem Objektivrevolver verbunden sein. Diese Verbindung kann bevorzugt reversibel sein, sodass die optische Anordnung gegen eine andere optische Anordnung austauschbar ist.
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Die erste und/oder zweite optische Anordnung kann/können zum einen durch den zuvor beschriebenen Aktuator relativ zueinander bewegt werden, wobei ein solcher Aktuator eine spielfreie Bewegung längs der entsprechenden jeweiligen optischen Achse ermöglicht. Der Aktuator kann beispielsweise ein Piezoelement sein, welches über einen Elektronikbaustein angesteuert werden kann, welcher ferner eine automatische Fokussierung ermöglichen kann. Ferner sind auch manuell bedienbare Fokussierelemente denkbar.
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Damit im erfindungsgemäßen Mikroskop auch optische Anordnungen mit geringem Arbeitsabstand verwendet werden können, kann ein die entsprechende optische Anordnung tragender Objektivrevolver derart verschoben werden, dass die optische Anordnung näher an ein generiertes Lichtblatt herangeschoben werden kann. Die erste optische Anordnung und die zweite optische Anordnung können unabhängig voneinander entlang im Wesentlichen zwei senkrecht zueinander stehender Richtungen, bevorzugt in der Probenebene, verschoben werden. Dies kann beispielsweise durch einen Motor realisiert werden. Ferner kann das Mikroskop eine Schiene aufweisen, an welcher der Objektivrevolver bzw. die erste optische Anordnung oder die zweite optische Anordnung befestigt sein kann. Dies erlaubt es beispielsweise, das gesamte System mittels eines Motorantriebs reversibel und reproduzierbar hin und her zu bewegen. Eine solche Bewegung kann den oben beschriebenen Parallelenversatz durch den Boden des Präparateträgers kompensieren. Mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop kann ein Bilderstapel zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung der zu untersuchenden Probe durch eine jeweilige Bewegung des Probenvolumens oder der ersten und zweiten optischen Anordnung entlang einer der drei Raumrichtungen aufgenommen werden.
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Insbesondere kann das erfindungsgemäße Mikroskop ausgestaltet sein, eine Orientierung im Probenvolumen bzw. in der im Probenvolumen angeordneten Probe bereitzustellen bzw. zu erlauben (diese Orientierung kann auch als Pre-Scan bezeichnet werden) und darauffolgend in Abhängigkeit des Vorabscans bzw. der Vorabaufnahme ein ausgewählter Bereich der Probe mit höherer Auflösung gemessen werden.
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In einer Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße System somit zum automatischen oder manuellen Detektieren von Proben verwendet werden. Dabei können die detektierten Proben zunächst durch eine Bildanalyse mittels eines schnellen und großflächig aufgenommenen Bildes, beispielsweise einer Weitfeldaufnahme, automatisch oder manuell bestimmt bzw. detektiert werden. Hiernach kann die erste oder zweite optische Anordnung manuell oder automatisch ausgetauscht werden, bevorzugt gegen eine optische Anordnung, die ausgestaltet ist, ein Lichtblatt im Probenvolumen zu erzeugen. Hiernach kann eine hochaufgelöste Messung des interessierenden Bereiches der Probe erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Mikroskop erlaubt das sogenannte „Mosaicing“, d.h. ein Aufnehmen und späteres Zusammensetzen („Stitching“) von Teilscans von Proben um eine optimale Beleuchtung mittels des Lichtblatt zu erlangen. Hierzu wird die x-z-Positionierung des Probenträgers verändert, um das Lichtblatt in einer Ebene der Probe zu verschieben.
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Ein Mikroskop, welches eine erste und/oder zweite optische Anordnung aufweist, die ausgestaltet ist, ein Lichtblatt zu erzeugen, entspricht einem Lichtblattmikroskop.
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Das erfindungsgemäße Mikroskop kann vorteilhafterweise zur Ausführung des folgenden Verfahrens verwendet werden.
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Ein Pre-Scan (Übersichtsscan, Scan zur Erzeugung eines Übersichtsbildes) wird mittels eines Detektionsobjektives bei ausgeschaltetem Lichtblatt durchgeführt (Mikroskopieverfahren hierfür sind zum Beispiel weitfeldmikroskopische oder scannende Verfahren, typischerweise wird ein möglichst einfaches/schnelles Verfahren gewählt). Nach diesem Pre-Scan erfolgt ein Aktivieren des Lichtblatts, um dieses nun zur Beleuchtung zu verwenden, sowie ein Drehen des Objektivrevolvers der ersten optischen Anordnung, um einen Adapter plus Objektiv zur Detektion zu verwenden. Hierbei können weitere Einstellungen hinsichtlich der Positionierung des Probenträgers relativ zu den optischen Anordnungen getätigt werden, beispielsweise um gewünschte Probenposition zu betrachten und auch einen Offset zwischen einer optischen Anordnung ohne und mit Adapteranordnung auszugleichen. Dies ermöglicht insbesondere bei High-Throughput-Verfahren das gezielte Betrachten bestimmter Proben/Probenbereiche mittels der Lichtblattmikroskopie.
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Es wäre allerdings auch denkbar, ein lichtblattmikroskopisches Verfahren mittels einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Mikroskops für einen Pre-Scan zu benutzen und dann beispielsweise in ein scannendes, ggf. hochauflösendes Verfahren zu wechseln, um eine Detailaufnahme eines speziellen Probenbereiches anzufertigen.
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Eine Ausführungsform weist eine senkrechte Ausrichtung der ersten optischen Achse der ersten optischen Anordnung zur Ebene des Probenträgers und eine schräggestellte zweite optische Achse der zweiten optischen Anordnung auf, wobei die erste optische Anordnung der Detektion und die zweite optische Anordnung zur Beleuchtung mittels eines Lichtblattes dient. Die Beleuchtung mittels Lichtblatt kann ferner auch durch die senkrecht ausgerichtete erste optische Anordnung erfolgen.
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Obwohl einige Aspekte im Rahmen einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einer Funktion eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Rahmen eines Verfahrensschritts beschrieben werden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder einer Eigenschaft einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle Verfahrensschritte können durch (oder unter Verwendung) einer Hardwarevorrichtung ausgeführt werden, wie es zum Beispiel ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein programmierbarer Computer oder eine elektronische Schaltung sein kann. In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch eine solche Vorrichtung ausgeführt werden.
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Abhängig von bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder Software implementiert werden. Die Implementierung kann mit einem nichtflüchtigen Speichermedium wie einem digitalen Speichermedium, wie beispielsweise einer Diskette, einer DVD, einem Blu-Ray, einer CD, einem ROM, einem PROM und EPROM, einem EEPROM oder einem FLASH-Speicher, durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem so zusammenwirken (oder zusammenwirken können), dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Daher kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
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Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen einen Datenträger mit elektronisch lesbaren Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, so dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
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Im Allgemeinen können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert werden, wobei der Programmcode für die Ausführung eines der Verfahren wirksam ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Der Programmcode kann beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
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Mit anderen Worten, ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Speichermedium (oder ein Datenträger oder ein computerlesbares Medium), das ein darauf gespeichertes Computerprogramm zum Ausführen eines der hierin beschriebenen Verfahren umfasst, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das aufgezeichnete Medium sind in der Regel greifbar und/oder nicht übergangslos. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung wie hierin beschrieben, die einen Prozessor und das Speichermedium umfasst.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist daher ein Datenstrom oder eine Signalfolge, die das Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt. Der Datenstrom oder die Signalfolge kann beispielsweise so konfiguriert werden, dass sie über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, übertragen werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst ein Verarbeitungsmittel, zum Beispiel einen Computer oder eine programmierbare Logikvorrichtung, das konfiguriert oder angepasst ist, um eines der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Ausführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, das konfiguriert ist, um (zum Beispiel elektronisch oder optisch) ein Computerprogramm zum Ausführen eines der hierin beschriebenen Verfahren an einen Empfänger zu übertragen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, eine mobile Vorrichtung, eine Speichervorrichtung oder dergleichen sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Dateiserver zum Übertragen des Computerprogramms an den Empfänger umfassen.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann eine programmierbare logische Vorrichtung (z.B. eine feldprogrammierbare Gatteranordnung, FPGA) verwendet werden, um einige oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine feldprogrammierbare Gatteranordnung mit einem Mikroprozessor zusammenarbeiten, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Im Allgemeinen werden die Verfahren vorzugsweise von jedem Hardwaregerät durchgeführt.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in Zeichnungen näher beschriebene Ausgestaltungen beschrieben werden. Die gezeigten Ausgestaltungen stellen jeweils spezifische Ausgestaltungen dar, deren technische Merkmale beliebig miteinander kombiniert bzw. weggelassen werden können, wobei keine der gezeigten Ausgestaltungen als den angestrebten Schutzbereich einschränkend angesehen werden soll.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus;
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Adapteranordnung;
- 3 die Anordnung der 1 mit einem Probenträger;
- 4 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus mit einem Aufnahmegefäß;
- 5 und 6 eine weitere Ausgestaltung des optischen Aufbaus der 4;
- 7 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus;
- 8 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus/Mikroskops;
- 9 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus mit einem Aktuator;
- 10 und 11 weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus und des erfindungsgemäßen Mikroskops.
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In der 1 ist der erfindungsgemäße optische Aufbau 101 schematisch dargestellt. Dieser kann in einem Mikroskop 103, insbesondere in einem Weitfeldmikroskop 105 verwendet werden. Dieses ist schematisch angedeutet. Von einem Probenvolumen 109 ausgehend wird eine erste Seite 107 und eine zweite Seite 115 definiert. Zum Probenvolumen 109 hin weist eine erste optische Anordnung 111, die eine erste optische Achse 113 umfasst. Analog weist von der zweiten Seite 115 des Probenvolumens 109 eine zweite optische Anordnung 117 zum Probenvolumen 109 hin. Die zweite optische Anordnung 117 umfasst eine zweite optische Achse 119. Die erste Seite 107 liegt der zweiten Seite 115 gegenüber. Sowohl die erste 113 als auch die zweite optische Achse 119 schneiden das Probenvolumen 109 und sind nicht parallel zueinander.
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In der gezeigten Ausgestaltung des optischen Aufbaus 101 ist die zweite optische Anordnung 117 ausgestaltet, im Probenvolumen 109 ein Lichtblatt 121 zu erzeugen. Die zweite optische Anordnung 117 stellt somit eine Lichtblattanordnung 117a dar.
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Die erste optische Achse 113 und die zweite optische Achse 119 sind im Probenvolumen 109 unter einem Winkel 110 zueinander orientiert, welcher in der gezeigten Ausgestaltung 90° beträgt. Die optischen Achsen 113,119 sind somit senkrecht zueinander orientiert.
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Der optische Aufbau 101 umfasst ferner zwei Adapteranordnungen 127, die jeweils eine auswechselbare Adaptereinheit 129 umfassen.
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Die Adapteranordnungen 127 sind mit der ersten 111 und der zweiten optischen Anordnung 117 verbunden und umfassen jeweils ein Umlenkelement 125.
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Das Umlenkelement 125 lenkt im Falle der ersten optischen Anordnung 111 das von einer Probe 108 ausgesandte Licht 112 um einen Umlenkwinkel 125a um. Entsprechend lenkt das Umlenkelement 125, welches in der Adapteranordnung 127 vorgesehen ist, welche mit der zweiten optischen Anordnung 117 verbunden ist, eingestrahltes Licht 118 ebenso um den Umlenkwinkel 125a hin zum Probenvolumen 109 um.
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Des Weiteren werden in den 3 bis 11 weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 101 bzw. des Mikroskops 103 gezeigt. Die Beschreibung der technischen Merkmale der in 1 gezeigten Ausgestaltung des optischen Aufbaus 101 bzw. des Mikroskops 103 ist auch auf die Ausgestaltungen der 3 bis 11 übertragbar, wobei die Hunderter-Stelle der verwendeten Bezugszeichen die Figur, die Zehner- und Einer-Stelle das referenzierte technische Merkmal kennzeichnen. Auf Unterschiede der in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen wird explizit hingewiesen, wohingegen auf eine doppelte Beschreibung bereits vorab beschriebener technischer Merkmale verzichtet wird.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Adapteranordnung 227 gezeigt. Diese zeigt an einem ersten Ende 28 eine erste Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung 231 und an einem zweiten Ende 233 eine zweite Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung 235. Ein Lichtstrahl 237, der an der ersten 231 oder zweiten Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung 235 in die Adapteranordnung 227 eingespeist wird, wird in der gezeigten Ausgestaltung zum durch die jeweilige andere, d.h. die zweite 235 oder die erste Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung 231 austretendem Lichtstrahl 239 um 45° verkippt. Dies wird durch einen Spiegelwinkel 225a erreicht, unter welchem das Umlenkelement 225 zum auf der ersten 231 oder zweiten Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung 235 stehenden Lot 231a, 235a orientiert ist.
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In der gezeigten Ausgestaltung weist die Adapteranordnung 227 eine Anschlussvorrichtung 241 zur Befestigung der Adapteranordnung 237 an einer Objektivaufnahme 143 eines Mikroskops 103,105 (siehe 1) auf. Ferner ist eine Aufnahmevorrichtung 245 zur Aufnahme eines Anschlusses 111a, 117a einer optischen Anordnung 111,117 vorgesehen (siehe 1).
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Selbst wenn die in 2 gezeigte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Adapteranordnung 227 einen Umlenkwinkel 225a von 45° aufweist, so ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Umlenkwinkel 225a beschränkt. Ferner sind Umlenkwinkel 225a kleiner oder größer als 45° denkbar. Besonders bevorzugt sind die Umlenkwinkel 225a der auf der ersten Seite 107 und der auf der zweiten Seite 115 angeordneten Adapteranordnung 127, 227 symmetrisch, oder ergänzen sich derart, dass die jeweiligen optischen Achsen 113,119 im Wesentlichen senkrecht zueinander im Probenvolumen 109 ausgerichtet sind (siehe 1).
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In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 301 bzw. des erfindungsgemäßen Mikroskops 303 gezeigt. Zwischen der ersten optischen Anordnung 311 und der zweiten optischen Anordnung 317 ist ein wenigstens teilweise optisch durchlässiger Probenträger 355 angeordnet. Dieser liegt auf einem schematisch angedeuteten Mikroskoptisch 356 auf.
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Die in 3 gezeigte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops 303 weist ferner einen Objektivrevolver 357 auf, dessen Revolverdrehachse 359 versetzt zu einer Mikroskopachse 361 angeordnet ist. In der in 3 gezeigten Ausgestaltung ist die Revolverdrehachse 359 zudem zur Mikroskopachse 361 geneigt.
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Ferner sind im gezeigten Beispiel drei Objektivaufnahmen 343 gezeigt, deren jeweilige Mittelpunkte 363 den gleichen Abstand zur Revolverdrehachse 359 aufweisen. Somit ist es möglich, durch ein Drehen des Objektivrevolvers 357 die erste optische Anordnung 311 (mit der entsprechenden Adapteranordnung 327) oder weitere optische Anordnungen 365, beispielsweise Objektive 367 im durch die Mikroskopachse 361 angedeuteten Mikroskopstrahlengang 369 einzubringen bzw. zu betreiben.
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Wie in 3 gezeigt kann am Probenträger 355 ein Anteil des eingestrahlten Lichts 318, der durch die Lichtblattanordnung 317a zum Probenvolumen 309 hin fokussiert wird, an einer Oberfläche 371 des Probenträgers 355 reflektiert werden und zu einem reflektierten Lichtanteil 373 führen. Dieser reflektierte Lichtanteil 373 steht für die Mikroskopie nicht mehr zur Verfügung und schmälert die Effizienz der Beleuchtung der Probe 308 mit dem eingestrahlten Messlicht 318.
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Mit der in 4 gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 401 kann verhindert werden, dass der reflektierte Lichtanteil 373 auftritt.
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Der optische Aufbau 401 der 4 umfasst ein Aufnahmegefäß 447, in welchem ein Immersionsmedium 449 aufgenommen ist. Ein Boden 451 des Aufnahmegefäßes 447 weist eine Aufnahmeöffnung 453 auf. In dieser Aufnahmeöffnung 453 ist ein dem Probenvolumen 409 zugewandtes vorderes Ende 454 der zweiten optischen Anordnung 417 aufgenommen. In anderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus kann das vordere Ende 454 der ersten optischen Anordnung 411 aufgenommen sein.
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Die Wirkung des Aufnahmegefäßes 447 und des Immersionsmediums 449 ist in einer Vergrö-ßerung 475 schematisch dargestellt, wobei lediglich ein Mittenstrahl 477 zur Veranschaulichung dargestellt ist. Dieser Mittenstrahl 477 wird am Probenträger 455 im Idealfall nicht gebrochen. Dies ist der Fall, wenn eine Brechzahl n1 des Immersionsmediums 449 der einer Brechzahl n2 des Probenträger 455 entspricht. Ferner kann im Probenvolumen 409 ebenso ein Immersionsmedium 449 vorgesehen sein, wobei dieses besonders bevorzugt einen Brechungsindex n3 aufweist, der dem Brechungsindex n2 und dem Brechungsindex n1 entspricht. Ein solcher Verlauf des Mittenstrahls 477 ist in der Vergrößerung 475 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Allerdings ist eine Anpassung der Brechungsindices n1 und n3 an den Brechungsindex n2 nicht zwingend notwendig, wobei für den Fall n2 > n1 und n2 > n3 Mittenstrahl 477 lediglich einen Querversatz 479 erfährt. Dies ist zur Veranschaulichung übertrieben durch eine gepunktete Linie dargestellt. An einem Winkel, unter welchem der Mittenstrahl 477 somit in das Probenvolumen 409 eintritt, ändert sich somit nichts.
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Ein solcher Querversatz 479 kann leicht dadurch kompensiert werden, indem die erste optische Anordnung 411 verschoben wird. Dies ist in den 5 und 6 gezeigt. Hier ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops 503, 603 gezeigt, welche einen Motorantrieb 581, 681 aufweist, welcher es ermöglicht, dass den Objektivrevolver 557, 657 entlang (5) bzw. entgegen einer x-Richtung (6) entlang einer Schiene 583, 683 zu bewegen.
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Durch eine solche Bewegung ist es auch möglich, eine erste optische Anordnung 511 zu verwenden, welche einen geringeren Arbeitsabstand 585 (im Vergleich zum Arbeitsabstand 685) aufweist als die erste optische Anordnung 611.
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Ferner kann das erfindungsgemäße Mikroskop 503, 603 zusätzlich Vorrichtungen aufweisen (nicht gezeigt), welche es ermöglichen, den Objektivrevolver 557, 657 und damit die erste optische Anordnung 511, 611 entlang einer y-Richtung oder entlang einer z-Richtung zu verschieben. Wird im erfindungsgemäßen Mikroskop 503, 603 eine Lichtblattanordnung 517a, 617a verwendet, so ist mittels jeder Verschiebung entlang der drei Raumrichtungen x, y, z eine Aufnahme eines Bilderstapels möglich. Hierbei kann sich die Richtung der Verschiebung an der Ausdehnung der Probe 509, 609 orientieren. So wäre bei den gezeigten Proben 509, 609 der 5 und 6 eine Bewegung entlang bzw. entgegen der x-Achse vorteilhaft. Ein Translationsmodul 587, 687 kann diese Vorrichtungen zum Verschieben des Objektivrevolvers 557, 657 als auch entsprechende Steuervorrichtungen (nicht gezeigt) umfassen.
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In der 7 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops 703 bzw. des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 701 dargestellt. In dieser Ausgestaltung ist die erste optische Anordnung 711 in einem Immersionsmedium 749 eingetaucht, welches insbesondere demjenigen Immersionsmedium 749 entspricht, welches im Aufnahmegefäß 747 aufgenommen ist. Somit ist sichergestellt, dass das ausgesandte Licht 712 von der Probe 709 nicht an einer Grenzfläche (nicht gezeigt) zwischen Probe 709 und Luft (nicht gezeigt) gebrochen und somit ein Winkel 710 zwischen den beiden optischen Achsen 713 und 719 nicht verändert wird. Somit ist sichergestellt, dass (insbesondere in der Lichtblattmikroskopie) der vom Lichtblatt 721 beleuchtete Bereich der Probe 709 ohne Projektion und unverzerrt aufgenommen werden kann.
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In 8 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops 803 bzw. des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 801 gezeigt. Diese Ausgestaltung ähnelt jener der 7, wobei ferner eine Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung 889 vorgesehen ist.
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Die Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung 889 umfasst eine Pumpe 890, eine Zuleitung 891, einen Schlauch 892, der mit einem Reservoir 893 verbunden ist, einen Füllstandsensor 894, der über eine Sensorleitung 895 mit einem Steuermodul 896 verbunden ist, sodass in Abhängigkeit vom Füllstandsensor 894 gemessenen Füllstand im Aufnahmegefäß 847 über eine Steuerleitung 897 die Pumpe 890 gesteuert werden kann.
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Mit der Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung 889 ist es möglich, das Aufnahmegefäß 847 mit dem Immersionsmedium 849 zu füllen (positive Flussrichtung 898) oder das Aufnahmegefäß 849 zu entleeren (negative Flussrichtung 899). Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das Mikroskop 303 in einer Wärmekammer verwendet wird, sodass das im Aufnahmegefäß 847 aufgenommene Immersionsmedium 849 verdunstet und durch die Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung 889 aufgefüllt werden kann. Auch bei einem Wechsel des Immersionsmediums 849 bzw. der verwendeten zweiten optischen Anordnung 817 bzw. der verwendeten weiteren optischen Anordnung 865 kann die Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung 889 verwendet werden, um ein Auslaufen des Immersionsmediums 849 in das Mikroskop 803 zu verhindern.
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9 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops 903 bzw. des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 901. In dieser Ausgestaltung ist die erste optische Anordnung 911 mit der entsprechenden Adapteranordnung 927 mittelbar über ein Fokussierelement 944 verbunden. Das Fokussierelement 944 ist in der gezeigten Ausgestaltung ein Aktuator 946, welcher bewirkt, dass die erste optische Anordnung 911 ohne Spiel entlang der ersten optischen Achse 913 verschieblich aufgenommen ist, d.h., dass die erste optische Anordnung 911 entlang einer Aktuatorrichtung 946a verschoben werden kann. Der gezeigte Aktuator 946 kann beispielsweise ein Piezoaktuator 946b sein, mittels welchem durch ein Piezoelement (nicht gezeigt) die erste optische Anordnung 911 mittels entsprechender Steuerleitung 946c bewegt werden kann. Hierzu kann ein mittels der Steuerleitung 946c bereitgestelltes Steuersignal von einem geeigneten Elektronikbaustein 946b aufbereitet werden.
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In 9 ist lediglich die erste optische Anordnung 911 mit einem Aktuator 946 versehen. Allerdings kann in einer nicht gezeigten Ausgestaltung auch zweite optische Anordnung 917 einen solchen Aktuator 946 aufweisen. Ferner ist es möglich, dass das Fokussierelement 944 ein mechanischer Aktuator 946e ist, welcher die Bewegung der ersten optischen Anordnung 911 entlang der Aktuatorrichtung 946a durch eine Drehbewegung 946f ermöglicht.
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Andere denkbare Umsetzungsformen für einen Aktuator 946 wären beispielsweise ein elektromagnetischer oder ein pneumatischer Antrieb.
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Auch in der in 9 gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops 903 ist eine Bewegung des Probenträgers 955 möglich. Diese Bewegung kann insbesondere in einer zusammengesetzten Bewegung entlang der x-Richtung und der z-Richtung erfolgen, was zu einer zusammengesetzten x-z-Richtung führt. Eine solche x-z-Richtung hat den Vorteil, dass diese entlang des Lichtblattes 921 gerichtet sein kann, sodass mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop 903 das sogenannte Mosaicking durchgeführt werden kann. Dieses ist in einem Schaubild 922 schematisch beschrieben. Hierbei wird die Probe 908 nach der Verschiebung entlang der x-z-Richtung in zwei Bereichen 922a und 922b vom Lichtblatt 921 beleuchtet, was zu einem ersten 922c und einem zweiten Bild 922d führt, welche durch das sogenannte Stitching, d.h. Zusammenfügen, ein Gesamtbild 922e ergeben. Ebenso ist auch eine zusätzliche Verschiebung in y-Richtung denkbar, um entsprechend ausgedehnte Proben abzurastern.
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In den 10 und 11 sind zwei weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mikroskops 1003, 1103 bzw. des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 1001, 1101 gezeigt. Diese unterscheiden sich von den zuvor gezeigten Ausgestaltungen dadurch, dass die erste optische Anordnung 1011, 1111 senkrecht zum Probenträger 1055, 1155 ausgerichtet ist. In 10 wird eingestrahltes Licht 1018 über die Adapteranordnung 1027 in die zweite optische Anordnung 1017 eingekoppelt und über das Aufnahmegefäß 1047 und ein entsprechendes Immersionsmedium 1049 so fokussiert, dass sich ein schräges Lichtblatt 1021 in der Probe 1009 ausbildet. Der austretende Lichtstrahl 1039 des detektierten Messlichts wird durch die erste optische Anordnung 1011 aufgesammelt und zur Verarbeitung weitergeleitet. Zwischen der ersten optischen Achse 1013 und der zweiten optischen Achse 1019 beträgt der Winkel 1010 45°. Dies führt dazu, dass der vom Lichtblatt 1021 beleuchtete Bereich der Probe 1009 unter einem Neigungswinkel betrachtet wird, sodass eine nachträgliche Bildaufrichtung (nicht gezeigt) erforderlich ist. Dies kann über eine Software- und/oder Hardwarelösung erfolgen.
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Entsprechend kann das Lichtblatt auch von der ersten optischen Anordnung 1111 generiert werden, wie in 11. Hierbei wird das eingestrahlte Licht 1118 durch die erste optische Anordnung 1111 in die Probe 1109 eingestrahlt, sodass das sich ergebende Lichtblatt 1121 senkrecht zum Probenträger 1155 steht. Die Detektion erfolgt mittels der zweiten optischen Anordnung 1117, welche zudem einen Aktuator 1146 aufweist, der entlang der Aktuatorrichtung 1146a verschieblich ist. Der austretendem Lichtstrahl 1139 wird durch die zweite optische Anordnung 1117 aufgesammelt und zur Detektion über eine entsprechende Adapteranordnung 1127 weitergeleitet.
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Die individuellen technischen Merkmale der in den obigen Figuren gezeigten und beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mikroskops 103, 203 ... 1003, 1103 bzw. des erfindungsgemäßen optischen Aufbaus 101, 201 ... 1001, 1101 können beliebig miteinander kombiniert werden. Folglich kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass in 9 gezeigte technische Merkmale auch in Ausgestaltungen 1, 3, 4 etc. vorgesehen sind. Insbesondere schließt eine Erwähnung eines technischen Merkmals, wie beispielsweise des Aktuators 946 in 9, nicht aus, dass auch beispielsweise die Ausgestaltung der 5 um einen solchen Aktuator ergänzt werden kann, selbst wenn das Bezugszeichen 946 andeutet, dass der Aktuator in 9 eingeführt wird, und auch dann, wenn die Ausgestaltung der 5 selbst keinen Aktuator zeigt.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in der Bezugszeichenliste somit nicht jede Ausgestaltung einzelner technischer Merkmale einzeln aufgeführt. So ist der erfindungsgemäße optische Aufbau lediglich mit dem Bezugszeichen 101 aufgeführt, wobei auch die Bezugszeichen 301, 401 ... 1001, 1101 den optischen Aufbau kennzeichnen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- optischer Aufbau
- 103
- Mikroskop
- 105
- Weitfeldmikroskop
- 107
- erste Seite
- 109
- Probenvolumen
- 110
- Winkel
- 111
- erste optische Anordnung
- 111a
- Anschluss
- 112
- ausgesandtes Licht
- 113
- erste optische Achse
- 115
- zweite Seite
- 117
- zweite optische Anordnung
- 117a
- Lichtblattanordnung
- 117b
- Anschluss
- 119
- zweite optische Achse
- 121
- Lichtblatt
- 125
- Umlenkelement
- 125a
- Umlenkwinkel
- 127
- Adapteranordnung
- 129
- Adaptereinheit
- 143
- Objektivaufnahme
- 225a
- Spiegelwinkel
- 228
- erstes Ende
- 231
- erste Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung
- 231a
- Lot
- 233
- zweites Ende
- 235
- zweite Lichtein- oder Lichtaustrittsöffnung
- 235a
- Lot
- 237
- eingespeister Lichtstrahl
- 239
- austretender Lichtstrahl
- 241
- Anschlussvorrichtung
- 245
- Aufnahmevorrichtung
- 355
- teilweise optisch durchlässiger Probenträger
- 356
- Mikroskoptisch
- 357
- Objektivrevolver
- 359
- Revolverachse
- 361
- Mikroskopachse
- 363
- Mittelpunkt
- 365
- weitere optische Anordnung
- 367
- Objektiv
- 369
- Mikroskopstrahlengang
- 371
- Oberfläche
- 373
- reflektierter Lichtanteil
- 447
- Aufnahmegefäß
- 449
- Immersionsmedium
- 451
- Boden
- 453
- Aufnahmeöffnung
- 475
- Vergrößerung
- 477
- Mittenstrahl
- 479
- Querversatz
- 581
- Motorantrieb
- 583
- Schiene
- 585
- Querversatz
- 587
- Translationsmodul
- 681
- Motorantrieb
- 683
- Schiene
- 685
- Querversatz
- 687
- Translationsmodul
- 889
- Nachfüll- oder Entleerungsvorrichtung
- 890
- Pumpe
- 891
- Zuleitung
- 892
- Schlauch
- 893
- Reservoir
- 894
- Füllstandsensor
- 895
- Sensorleitung
- 896
- Steuermodul
- 897
- Steuerleitung
- 898
- positive Flussrichtung
- 899
- negative Flussrichtung
- 922
- Schaubild
- 922a
- Bereich
- 922b
- Bereich
- 922c
- erstes Bild
- 922d
- zweites Bild
- 944
- Fokussierelement
- 946
- Aktuator
- 946a
- Aktuatorrichtung
- 946b
- Piezoaktuator
- 946c
- Steuerleitung
- 946d
- Elektronikbaustein
- 946e
- mechanischer Aktuator
- 946f
- Drehbewegung
