DE102020120198A1

DE102020120198A1 - Detektionsanordnung für Mikroskopsystem, Mikroskopsystem mit Detektionsanordnung, Verfahren zur Untersuchung einer mikroskopischen Probe, Verfahren zur Montage einer Detektionsanordnung

Info

Publication number: DE102020120198A1
Application number: DE102020120198.2A
Authority: DE
Inventors: Claus Bender
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: DE102020120198B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektionsanordnung (100), die zur Adaption an ein Mikroskopsystem (10) ausgebildet ist, mit einem Lichtverteilermodul (110), das einen mechanisch-optischen Eingangsanschluss (111) und mehrere mechanisch-optische Ausgangsanschlüsse (112) aufweist und dafür eingerichtet ist, über den Eingangsanschluss (111) eingestrahltes Licht auf die Ausgangsanschlüsse (112) aufzuteilen, und mit mehreren Detektormodulen (120), die an die Ausgangsanschlüsse (112) angebunden sind, wobei die Detektormodule (120) mittels Justagemodulen (130) an die Ausgangsanschlüsse (112) angebunden sind und wobei die Justagemodule (130) Festkörpergelenke aufweisen, die zur Einstellung einer Verkippung der Detektormodule (120) gegenüber den Ausgangsanschlüssen (112) eingerichtet sind. Ein Mikroskopystem (10), ein Verfahren zur Untersuchung einer mikroskopischen Probe, und ein Verfahren zur Montage einer Detektionsanordnung (100) sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektionsanordnung für ein Mikroskopsystem, ein Mikroskopsystem mit einer entsprechenden Detektionsanordnung, ein Verfahren zur Untersuchung einer mikroskopischen Probe und ein Verfahren zur Montage einer entsprechenden Detektionsanordnung.
Hintergrund der Erfindung
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 dabei zwischen einer sequenziellen und einer gleichzeitigen bzw. parallelen Detektion mehrerer Farben bzw. Fluorophore unterscheiden, wie in der WO 2019/110368 A1 unter Bezugnahme auf den Stand der Technik erläutert.
Wenngleich nachfolgend überwiegend auf die Fluoreszenzmikroskopie Bezug genommen wird, gelten die entsprechenden Erläuterungen auch für andere mikroskopische Untersuchungsverfahren. Die nachfolgenden Erläuterungen gelten ferner in gleicher Weise für Weitfeld- und Konfokalmikroskopsysteme und sämtliche Arten der Aufspaltung von Licht auf mehrere (Flächen-)Detektoren beliebiger Art.
Der Nachteil sequenzieller Verfahren ist aufgrund der erforderlichen Umschaltung zwischen unterschiedlichen Anregungs- und Detektionsmodalitäten die insbesondere für Lebendzellexperimente noch immer nicht ausreichende Detektionsdynamik. Dieser Nachteil tritt bei der parallelen Detektion mehrerer Farbkanäle nicht auf.
Anordnungen zur parallelen Detektion mehrerer Farbkanäle sind beispielsweise in der WO 2016/166374 A1 , der WO 2016/166375 A1 beschrieben. Aufgrund der spektralen Aufteilung des Detektionslichts können hierbei auch beispielsweise mehrere Monochromkameras zur Fluoreszenzdetektion eingesetzt werden. Weitere grundsätzlich für die farbselektive Aufteilung von Licht auf unterschiedliche Detektionskanäle vorgesehene Verfahren und Vorrichtungen sind auch beispielsweise aus der US 3,659,918 A , der US 4,084,180 A , der US 2009/0323192 A1 , der DE 10 2008 062 791 A1 und der US 8,988,564 B2 bekannt. Wie in der WO 2019/110368 A1 erläutert, weisen derartige Anordnungen aber spezifische Nachteile auf, die sie für die Anwendung in der Mikroskopie ungeeignet erscheinen lassen bzw. aufwendige Kopplungen erfordern.
Die WO 2019/110368 A1 schlägt daher ein Mikroskopsystem mit einer Detektionseinheit vor, die eine Farbstrahlteileranordnung mit drei hintereinander angeordneten Strahlteilerprismen aufweist. Die Strahlteilerprismen weisen jeweils eine erste, eine zweite und eine dritte Prismenfläche auf. Die ersten Prismenflächen der Strahlteilerprismen sind parallel zueinander und in einem rechten Winkel zu einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet, die jeweils nacheinander durch die ersten und zweiten Prismenflächen der Strahlteilerprismen verläuft.
Die ersten und zweiten Prismenflächen der in der WO 2019/110368 A1 verwendeten Strahlteilerprismen sind jeweils in spitzen ersten Winkeln, die zweiten und dritten Prismenflächen jeweils in rechten oder stumpfen zweiten Winkeln, und die dritten und ersten Prismenflächen jeweils in spitzen dritten Winkeln zueinander ausgerichtet. Die Strahlteilerprismen können insbesondere jeweils als Bauernfeindprismen ausgebildet und um eine gemeinsame optische Achse verdreht sein, wobei eine Drehebene jeweils senkrecht zu der gemeinsamen optischen Achse und damit entsprechend den ersten Prismenflächen ausgerichtet ist.
Durch dichroitische Schichten, die unterschiedliche spektrale Selektivitäten aufweisen, kann mittels der in der WO 2019/110368 A1 verwendeten Strahlteilerprismen Licht farbselektiv in mehrere Anteile bzw. Farbkanäle aufgeteilt werden, die jeweils über die dritten Prismenflächen ausgestrahlt und jeweils einem Detektor zugeführt werden können. Die Anzahl der maximal gebildeten Farbkanäle und damit der verwendbaren Detektoren ist um eins größer als die Anzahl der eingesetzten Strahlteilerprismen.
Die jeweils für einen Farbkanal verwendeten Detektoren weisen gemäß der WO 2019/110368 A1 vorteilhafterweise die gleiche Pixelgröße und Pixelanordnung auf, so dass auf elektronischem Wege eine Überlagerung der Bilder aller Detektoren ohne eine möglicherweise fehleranfällige Skalierung möglich ist. Eine derartige Überlagerung ist beispielsweise für das sogenannte Spectral Unmixing erforderlich, bei dem der spektrale Inhalt jedes Pixels eines Pixelstapels, wie er durch die Überlagerung erhalten wird, mit möglichen Summenkombinationen der bekannten Spektren der Fluorophormoleküle einer Probe verglichen wird. Auch andere Auswertungsverfahren in entsprechenden Anwendungen erfordern eine genaue Überlagerung von Bildern, um diese zu einem Bildstapel zusammenzusetzen.
Zwar kann, wie in der WO 2019/110368 A1 erwähnt, beispielsweise eine mechanische Ungenauigkeit in der lateralen Bildlage oder der Aufrichtung der Kameras auf elektronischem Weg ausgeglichen werden, allerdings ist dies ggf. nur in einem bestimmten Umfang oder nur mit vergleichsweise hohem Rechenaufwand und unter Erzeugung unerwünschter Bildungenauigkeiten bzw. Artefakte sowie vergleichsweise langsam möglich. Insbesondere kann aber, wie weiter unten im Detail erläutert, bei einer Schieflage eines Flächendetektors gegenüber der optischen Achse des jeweiligen Farbkanals dieser ggf. nur teilweise in der Schärfenebene liegen, so dass Bildbereiche außerhalb der Schärfenebene unscharf auf dem Flächendetektor abgebildet werden. Es ist daher wünschenswert, entsprechende Flächendetektoren von vorneherein ausreichend präzise anzuordnen bzw. zu justieren, so dass sich ihre jeweiligen Bilddaten ohne umfangreiche weitere Nachbearbeitung pixelweise überlagern lassen.
Dieser Wunsch besteht nicht nur bei der in der WO 2019/110368 A1 vorgeschlagenen Anordnung, sondern allgemein bei Detektoren, die eingestrahltes Licht in mehrere Kanäle aufteilen und jeweils mittels Detektoren erfassen, insbesondere dann, wenn mittels der Detektoren erhaltene Bilder überlagert werden sollen. Der Einsatz der vorliegenden Erfindung ist damit ausdrücklich nicht auf eine spezifische Art oder Ausgestaltung der Strahlteilung beschränkt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund eine Detektionsanordnung für ein Mikroskopsystem, ein Mikroskopsystem mit einer entsprechenden Detektionsanordnung, ein Verfahren zur Untersuchung einer mikroskopischen Probe und ein Verfahren zur Montage einer entsprechenden Detektionsanordnung mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Merkmale und Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Detektionsanordnung ist zur Adaption an ein Mikroskopsystem eingerichtet und weist eine hier allgemein als Lichtverteilermodul bezeichnete optische Einheit auf, die insbesondere als (Farb-)Strahlteilermodul ausgebildet sein kann, jedoch auch beispielsweise eine nichtfarbselektive oder polarisationsselektive Strahlteilung, also eine beliebige Aufteilung von Detektionslicht in unterschiedliche Kanäle, vornehmen kann.
Wesentliches Merkmal des Lichtverteilermoduls ist, dass es einen insbesondere justierbaren mechanisch-optischen Eingangsanschluss (zur Anbindung an ein Mikroskop, ggf. über Zwischenmodule und dergleichen) und mehrere, insbesondere justierbare mechanisch-optische Ausgangsanschlüsse (zur Anbindung von Detektormodulen) aufweist und dafür eingerichtet ist, über seinen Eingangsanschluss eingestrahltes Licht (farb- bzw. wellenlängenselektiv, polarisationsselektiv oder unselektiv) auf seine Ausgangsanschlüsse aufzuteilen. Zur Vermeidung von Missverständnissen sei hier betont, dass das Licht in Form eines Lichtbündels bzw. Lichtbüschels unter Bewahrung seiner Lateralauflösung in den Eingangsanschluss eingestrahlt, auf die Ausgangsanschlüsse verteilt, und über die Ausgangsanschlüsse ausgestrahlt wird. Die Erfindung bezieht sich also nicht auf Lichtverteiler für Lichtleiter, in denen das Licht im Wesentlichen punktförmig, d.h. ohne Lateralauflösung eingestrahlt und ggf. aufgeteilt wird.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Detektionsanordnung umfasst mehrere Detektormodule, die an die Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls angebunden sind, wobei sich an jedem Ausgangsanschluss oder zumindest an einigen der Ausgangsanschlüsse jeweils ein Detektormodul befindet.
Mit dem Begriff „angebunden“ bzw. „Anbindung“ soll hier eine mechanisch-optische Kopplung beliebiger Art verstanden werden, die einerseits eine insbesondere lösbare mechanische Verbindung und andererseits eine optische Verbindung herstellt.
Unter einem Detektormodul soll im hier verwendeten Sprachgebrauch insbesondere eine zur flächigen Detektion von Licht eingerichtete Einheit mit einem entsprechenden Flächendetektor in Form eines bekannten Detektorchips verstanden werden, wobei der Detektorchip beispielsweise in Form eines CCD- oder CMOS-Sensors mit einem Pixelraster bekannter Art ausgebildet sein kann. Der Detektorchip, und damit das Detektormodul insgesamt, kann zur Erfassung von Farbbildern eingerichtet sein und dazu beispielsweise ein bekanntes Bayer-Filter aufweisen oder beispielsweise auch mehrere Detektionsschichten umfassen, die jeweils bestimmte Bildanteile in darunterliegende Detektionsschichten passieren lassen, beispielsweise nach Art eines mehrschichtigen CMOS-Sensors. Es können aber insbesondere auch monochrom detektierende Flächendetektoren zum Einsatz kommen. Die Detektormodule können insbesondere mit Flächendetektoren identischer Abmessungen, d.h. Höhe, Breite und Pixelzahl, ausgebildet sein, um auf diese Weise eine einfache pixelweise Überlagerung von erhaltenen Bildern zu ermöglichen, sofern die Flächendetektoren ausreichend gut ausgerichtet sind.
Unter einer Oberfläche eines Flächendetektors wird hier insbesondere die obenliegende Lichteinfallsfläche des Flächendetektors verstanden, die auch beispielsweise von Filtern, Schutzschichten oder dergleichen überlagert sein kann. Ist nachfolgend von einer Flächennormale auf die Oberfläche des Flächendetektors die Rede, wird hierunter eine beliebige, senkrecht zur Oberfläche des Flächendetektors stehende Achse verstanden.
Erfindungsgemäß sind die genannten Detektormodule (jeweils) mittels Justagemodulen an die (ggf. ihrerseits weiter justierbaren) Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls angebunden, und die Justagemodule weisen Festkörpergelenke auf, die zur Einstellung einer Verkippung der Detektormodule gegenüber den Ausgangsanschlüssen eingerichtet sind. Die Ausgangsanschlüsse können dabei Referenzachsen definieren, wobei Referenzachsen im hier verstandenen Sinn insbesondere die optischen Achsen sind, entlang derer die durch das Lichtverteilermodul bereitgestellten Lichtanteile über dessen Ausgangsanschlüsse ausgestrahlt werden. Diese können, müssen aber nicht senkrecht zu einer mechanisch definierten Anschlussebene bzw. Anschlagsfläche der Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls stehen. Eine Schärfenebene bzw. eine mit der Bildebene des zugehörigen Mikroskops konjugierte Ebene liegt senkrecht zu den jeweiligen Referenzachsen und soll idealerweise vollständig mit der Oberfläche des Flächendetektors zusammenfallen.
Für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht kommenden Anwendungen, beispielsweise das Spectral Unmixing oder andere Verfahren, bei denen aus überlagerten Einzelbildern verbesserte Gesamtbilder berechnet werden, wird eine nahezu gleiche Bildschärfe über das gesamte Bild benötigt. Die Schärfentiefe T des bildseitigen Systems berechnet sich dabei aus der Wellenlänge λ und der numerischen Apertur NA wie folgt: $T = λ {/NA}^{2}$
Mit einer beispielsweise maximalen numerischen Apertur NA von 0,067 am Flächendetektor und einer Wellenlänge von 546 nm = 0,546 µm ergibt sich damit eine Schärfentiefe des bildseitigen Systems gemäß folgender Berechnung: $0,546 μ m/ {0,067}^{2} = 120 μ m$
Da es bei der Montage eines Flächendetektors in einem entsprechenden Detektormodul zu Fertigungstoleranzen kommen kann, kann hierbei die Oberfläche des Flächendetektors in der X/Y-Ebene (also in einer Ebene parallel zu einer durch die Ausgangsanschlüsse bzw. eine entsprechende Anschlagfläche des Detektormoduls definierten Anschlussebene, bzw. in einer Ebene senkrecht zu der erwähnten Referenzachse) um mehr als diese 120 µm verkippt sein.
Eine scharfe Abbildung über den gesamten Flächendetektor ergibt sich typischerweise nur, wenn folgende Ungleichung, in der h die Detektorhöhe und α den Kippwinkel des Flächendetektors bezeichnet, erfüllt ist: $h \times sin α \leq λ {/NA}^{2}$
Mit einer Detektorhöhe über Mitte von beispielsweise 4,25 mm und einer Schärfentiefe des Systems von 120 µm = 0,12 mm wie oben angegeben ergibt sich ein maximal zulässiger Kippwinkel β des Flächendetektors wie folgt: $β \leq arcsin (T / h)$
Im angegebenen Beispiel: $β \leq arcsin (0,12 mm / 4,25 mm) bzw . β \leq 1,6 °$
Ist also beispielsweise in einem Detektormodul der hier verwendeten Art ein Flächendetektor um mehr als 1,6° verkippt verbaut, entstehen bei dem im Beispiel beschriebenen Abbildungssystem zwangsläufig sichtbare Unschärfen in den Randbereichen des Flächendetektors.
In derartigen Fällen, in denen die Oberfläche der Flächendetektoren in den Detektormodulen nicht genau senkrecht zu den jeweiligen Referenzachsen steht bzw. voll in der Bildebene liegt, können also die Flächendetektoren die Schärfenebene nicht vollständig erfassen; ihre Oberflächen schneiden vielmehr die Schärfenebene und nur entlang einer Schnittlinie zwischen den beiden Ebenen, oder ggf. in einem schmalen Bereich beiderseits der Schnittlinie, ergibt sich ein scharfes Bild auf den Flächendetektoren. Durch die Verkippbarkeit der Detektormodule, die durch die Justagemodule mit den Festkörpergelenken erfindungsgemäß gewährleistet wird, kann, wie auch nachfolgend noch unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert, eine exakte Ausrichtung des Flächendetektors gegenüber der optischen Achse sichergestellt werden.
Neben der vollständigen Erfassung der Schärfenebene kann durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung auch eine Verzerrung der Bilddaten, die durch einen schräggestellten Flächendetektor zustande kommt, vermieden werden, wodurch sich die Überlagerung der Bilddaten aus unterschiedlichen Detektormodulen vereinfacht. Auf eine anderenfalls ggf. erforderliche rechnerische Rektifizierung kann damit verzichtet werden. Sollen, wie bei bestimmten Anwendungen, Live-Bilder nahezu in Echtzeit und ohne Qualitätsverlust optimiert werden, fällt eine Bilderoptimierung mittels Software als Möglichkeit aus.
Mit einer Bereitstellung eines Festkörpergelenks kann eine besonders zuverlässige und baulich einfach zu realisierende Verkippung der Detektormodule, und damit auch der darin verbauten Flächendetektoren, sichergestellt werden. Festkörpergelenke können dabei aus den auch ansonsten in entsprechenden optischen Modulen verwendeten Materialien gefertigt sein. Eine Verkippung wird dabei insbesondere durch eine einseitige Beaufschlagung des Festkörpergelenks mittels Verspannelementen wie Verstellschrauben und entsprechendes Verspannen des Festkörpergelenks erzielt. Durch weitere Elemente, beispielsweise Justierschrauben, Kitts oder Kleber kann das entsprechend verspannte Festkörpergelenk fixiert werden.
Durch die Verwendung der Justagemodule mit Festkörpergelenken und die weiteren nachfolgend erläuterten Maßnahmen kann mittels der vorliegenden Erfindung insgesamt eine pixelgenaue Überlagerung mehrerer Einzelbilder der Detektormodule erzielt werden, Einbaubedingungen und optische Vorgaben können durch die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbare Kompaktheit der Justagemodule eingehalten werden, und es ergibt sich ein besonders einfaches Handling bei der Justierung sowie eine wirtschaftliche Fertigung.
Neben der Verkippung sind die in einer erfindungsgemäßen Detektionsanordnung vorgesehenen Justagemodule ferner vorteilhafterweise zur Verdrehung der Detektormodule gegenüber den Festkörpergelenken (insbesondere um Achsen, die senkrecht zu Anschlussebenen der Justagemodule an die Detektormodule stehen) eingerichtet. Die Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls können ggf. ebenfalls für diese und beliebige weitere Justageeinstellungen eingerichtet sein.
Ziel bei einem Gesamtsystem mit mehreren Detektormodulen ist es, die Pixelzeilen der einzelnen Flächendetektoren nahezu deckungsgleich zu überlagern. Dies bedeutet, dass die Abweichung bzw. Verdrehung der einzelnen Pixelzeile kleiner als ein Pixel pro Zeile sein muss. Typischerweise verwendete Flächendetektoren weisen beispielsweise eine Pixelgröße von 0,00345 mm und eine minimale Pixelzeilenlänge von 7,065 mm auf.
Dies ergibt eine maximale Verdrehung γ einer Pixelzeile: $γ < arctan (0,00345 mm/ 7,065 mm)$
$γ < 0,028 ° bzw . ca . 1,6'$
Die Verdrehung der Pixelzeilen der Flächendetektoren zur Horizontalen bzw. zu einem anderen Flächendetektor im System kann, wie erwähnt, mittels der Justagemodule, ggf. aber auch mittels entsprechender Justagemittel an den Ausgangsanschlüssen des Lichtverteilermoduls erfolgen, beispielsweise an einer Zentriereinrichtung bei gelockerten Zentrierschrauben. Nach Erreichen der Endposition, also bei deckungsgleichen Pixelzeilen, können entsprechende Justagemittel dann fixiert und gegen weiteres Verdrehen gesichert werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch die Kombination der erwähnten Justagemöglichkeiten, inklusive der Verkippung unter Verwendung des Festkörpergelenks, einen Justageablauf mit aufeinander folgenden und aufeinander abgestimmten Justageschritten, der die einzelnen Flächendetektoren der Detektormodule letztlich pixelweise miteinander ausrichtet, wie auch unter Bezugnahme auf das weiter unten erläuterte erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren erläutert.
In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Detektionsanordnung können die Justagemodule insbesondere erste Modulteile und zweite Modulteile aufweisen und die zweiten Modulteile können gegenüber den ersten Modulteilen verdrehbar und gegenüber diesen fixierbar sein. Dies kann beispielsweise durch die Bereitstellung einer Aufnahme mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt in einem der Modulteile erfolgen, in der ein entsprechender, im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmiger Flansch des Modulteils eingepasst wird, verdrehbar ist, und beispielsweise mittels Fixierschrauben fixiert werden kann. Es sind also vorteilhafterweise Fixierungsmittel, beispielsweise in Form von drei um den Umfang des Querschnitts der Aufnahme verteilten Fixierschrauben, bereitgestellt.
Die erwähnten ersten Modulteile können insbesondere mit den Detektormodulen gekoppelt sein und die zweiten Modulteile können insbesondere mit den Ausgangsanschlüssen des Lichtverteilermoduls gekoppelt sein, wobei an letzteren insbesondere, wie erwähnt, weitere Justagemittel bereitgestellt sein können.
Die Festkörpergelenke können insbesondere in den zweiten Modulteilen ausgebildet sein und die Verkippung kann, wie erwähnt, durch Einstellen und Festlegen der Festkörpergelenke fixierbar sein. Zum Festlegen der Festkörpergelenke können insbesondere Einrichtungen zur Aufnahme von Fixierungsmitteln, beispielsweise eines aushärtenden Klebers, Kitts, Polymers oder von mechanischen Fixierungsmitteln wie Fixierschrauben, bereitgestellt sein. Die Festkörpergelenke können fertigungstechnisch insbesondere durch die Ausbildung von zwei in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des zweiten Modulteils, also parallel zu einer Anschlussebene, liegenden Einschnitten in einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt der zweiten Modulteile hergestellt sein, wodurch zwei um 180° um die Achse versetzte Stege verbleiben, die die Festkörpergelenke definieren. Verkippachsen der Festkörpergelenke verlaufen damit durch die beiden verbleibenden Stege und senkrecht zur Achse. Die Achse kann insbesondere der erwähnten Referenzachse entsprechen bzw. steht senkrecht zu einer Anschlussebene des Justagemoduls.
Mit anderen Worten können durch diese oder andere Maßnahmen die Festkörpergelenke derart ausgebildet sein, dass sie für die Verkippung um Verkippachsen eingerichtet sind, die senkrecht zu Längsachsen der Justagemodule bzw. der zweiten Modulteile angeordnet sind. Die Festkörpergelenke verbinden insbesondere zwei weitere Elemente der Justagemodule einstückig miteinander, insbesondere durch zwei Materialstege. Neben der Fertigung durch die Ausbildung von zwei in einer Ebene senkrecht zur Längsachse liegenden Einschnitten kann auch auf beliebige andere Maßnahmen zur Fertigung zurückgegriffen werden.
In der erfindungsgemäßen Detektionsanordnung ist das Lichtverteilermodul insbesondere dafür eingerichtet, das über seinen Eingangsanschluss eingestrahlte Licht in unterschiedliche Spektralbereiche zu zerlegen, in den unterschiedlichen Spektralbereichen auf seine Ausgangsanschlüsse aufzuteilen, und in den unterschiedlichen Spektralbereichen über seine Ausgangsanschlüsse in die Detektormodule einzustrahlen. Das Lichtverteilermodul kann dazu insbesondere zur Zerlegung des über seinen Eingangsanschluss eingestrahlten Lichts in unterschiedliche Spektralbereiche mehrere Strahlteilerprismen mit dichroitischen Schichten, insbesondere mehrere Bauernfeindprismen, aufweisen. Zu weiteren Details bezüglich eines beispielsweise auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Lichtverteilermoduls sei auf den eingangs erwähnten Stand der Technik, insbesondere die WO 2019/110368 A1 , ausdrücklich verwiesen. Die vorliegende Erfindung ist aber, wie erwähnt, nicht auf die Verwendung eines spezifischen Lichtverteilermoduls beschränkt.
Wie mehrfach erwähnt, können in einer erfindungsgemäß vorgesehenen Detektionsanordnung die Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls mit Justiermitteln zur Einstellung einer Position in einer, zwei oder drei Raumrichtungen ausgebildet sein. Insbesondere können derartige Justiermittel Schienen, Führungszapfen und dergleichen umfassen, die eine Verstellung der Detektormodule parallel zu den optischen Achsen des ausgestrahlten Lichts, und damit den Referenzachsen, umfassen, sowie Zentriermittel, die eine Zentrierung der Justagemodule gegenüber den Ausgangsanschlüssen zulassen und zugleich eine Drehbarkeit um die Längsachse ermöglichen. Es versteht sich, dass die Justiermittel nicht dauerhaft an den Positionen der Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls vorgesehen sein müssen, sondern auch zur Ausbildung der Ausgangsanschlüsse an eine geeignete Struktur, beispielsweise eine Grundplatte, auf der die übrigen Komponenten des Lichtverteilermoduls angeordnet sind, montiert werden können.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf ein Mikroskopsystem, das ein Mikroskop und eine Detektionsanordnung umfasst, in welche Licht eines Beobachtungsstrahlengangs des Mikroskops eingestrahlt wird. Dieses Mikroskopsystem zeichnet sich durch eine Detektionsanordnung aus, die gemäß einer der zuvor erläuterten unterschiedlichen Ausgestaltungen ausgebildet ist.
Ein Verfahren zur Beobachtung einer mikroskopischen Probe ist ebenfalls Teil der vorliegenden Erfindung. Diese umfasst die Verwendung eines Mikroskopsystems mit einer Detektionsanordnung, wobei Licht eines Beobachtungsstrahlengangs des Mikroskops in die Detektionsanordnung eingestrahlt wird. Das Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung einer Detektionsanordnung aus, die gemäß einer der zuvor erläuterten unterschiedlichen Ausgestaltungen ausgebildet ist.
Zu dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikroskopsystem und seinen bevorzugten Ausgestaltungen sowie dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren und seinen bevorzugten Ausgestaltungen sei auf die obigen Erläuterungen zu der erfindungsgemäß bereitgestellten Detektionsanordnung und ihrer bevorzugten Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen.
Ein Verfahren zur Montage einer Detektionsanordnung für ein Mikroskopsystem ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Verfahren wird ein Lichtverteilermodul bereitgestellt, das einen mechanisch-optischen Eingangsanschluss und mehrere mechanisch-optische Ausgangsanschlüsse aufweist und dafür eingerichtet ist, über seinen Eingangsanschluss eingestrahltes Licht auf seine Ausgangsanschlüsse aufzuteilen. Bei dem Verfahren werden mehrere Detektormodule an die Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls angebunden, um auf diese Weise eine zuvor erläuterte Detektionsanordnung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Montage der Detektionsanordnung zunächst eine Verbindung der Detektormodule mit Justagemodulen zu Modulgruppen hergestellt, und die Modulgruppen werden anschließend unter Verwendung einer Einstellvorrichtung einer Justage, hier als Moduljustage bezeichnet, unterworfen. Als Einstellvorrichtung kann insbesondere eine bekannte optische Einrichtung wie beispielsweise ein Autokollimationsfernrohr verwendet werden. Es werden Justagemodule verwendet, die zur Verdrehung und Verkippung der Detektormodule gegenüber der Einstelleinrichtung eingerichtet sind, und die Festkörpergelenke aufweisen.
Die Moduljustage umfasst die Verdrehung und Verkippung der Detektormodule in den Modulgruppen gegenüber der Einstellvorrichtung, wobei die Verkippung mittels der Festkörpergelenke vorgenommen wird. Nach der Moduljustage werden die dabei erreichten Positionen fixiert und es wird eine Trennung der Modulgruppen von der Einstellvorrichtung und eine Anbindung der Modulgruppen an die Ausgangsanschlüsse des Lichtverteilermoduls vorgenommen. Die erläuterten Schritte erfolgen insbesondere nacheinander, Detektormodul für Detektormodul bzw. Modulgruppe für Modulgruppe, bevor eine anschließende Gesamtjustage vorgenommen wird.
Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur Montage der Detektionsanordnung Lichtverteilermodule verwendet, deren Ausgangsanschlüsse mit Justiermitteln ausgestattet sind, die zu einer Verdrehung der Modulgruppen, zur Einstellung eines Abstands der Modulgruppen und/oder zur Zentrierung der Modulgruppen gegenüber den Ausgangsanschlüssen eingerichtet sind. In einer weiteren Justierung, der erwähnten Gesamtjustage, werden die Verdrehung, der Abstand und/oder die Zentrierung der Modulgruppen gegenüber den Ausgangsanschlüssen eingestellt. Auch dies erfolgt vorteilhafterweise nacheinander, Detektormodul für Detektormodul bzw. Modulgruppe für Modulgruppe, bis alle Detektormodule bzw. Modulgruppen justiert sind.
Mit diesem Verfahren wird durch die Verwendung und Kombination der erwähnten Justagemöglichkeiten, inklusive der Verkippung unter Verwendung des Festkörpergelenks, der bereits erwähnte Justageablauf mit aufeinander folgenden und aufeinander abgestimmten Justagevorgängen durchgeführt, der die einzelnen Flächendetektoren der Detektormodule letztlich pixelweise miteinander ausrichtet. Dieser Ablauf wird nachfolgend nochmals mit anderen Worten zusammengefasst.
In einem ersten Schritt wird, um einen verkippten Flächendetektor senkrecht zur gewünschten optischen Achse, und damit parallel zur Schärfenebene auszurichten, das jeweilige Detektormodul mit dem Justagemodul verbunden, beispielsweise auf dieses aufgeschraubt. Dabei kann, wie erwähnt, das Justagemodul zweiteilig ausgebildet sein, wobei eines der Modulteile mit einer Aufnahme ausgebildet ist, in die ein Zentrierflansch des anderen Modulteils als Gegenstück eingesetzt wird. Auf diese Weise wird eine der zuvor mehrfach erwähnten Modulgruppen geschaffen.
Da das Justagemodul das insbesondere einstückig mit weiteren Komponenten des Justagemoduls ausgebildete Festkörpergelenk aufweist und dieses beispielsweise durch zwei Stege und entsprechende Einschnitte gebildet ist, kann durch dieses eine Verkippachse bereitgestellt werden, die im Beispiel durch die beiden Stege, die hier als Gelenkverbindung des Festkörpergelenks dienen, verläuft. Wie erwähnt, kann auch eine abweichende Ausbildung des Festkörpergelenks vorgesehen sein.
Die Modulgruppe wird nun insbesondere mittels einer Einstelleinrichtung, d.h. eines optischen Messgeräts wie beispielsweise einem Autokollimationsfernrohr, eingestellt und dazu mit diesem verbunden. In der Einstelleinrichtung wird insbesondere ein Kippfehler, also eine unerwünschte Schrägausrichtung des Flächendetektors, erkennbar, ebenso wie die Orientierung der Achse, um die der Flächendetektor verkippt ist, also dessen Kippachse.
Nun wird insbesondere durch Verdrehen des mit der Einstelleinrichtung verbundenen Detektormoduls über das hierzu entsprechend eingerichtete Justagemodul, d.h. insbesondere durch Drehen des in die entsprechende Aufnahme eines der Modulteile eingebrachten Zentrierflanschs des anderen Modulteils, die erwähnte Kippachse des Flächendetektors so weit zur Verkippachse des Festkörpergelenks verstellt (verdreht), bis die Ausrichtung beider Kippachsen identisch ist, diese also parallel zueinander liegen. Diese endgültige Drehposition kann beispielsweise anschließend mittels der Feststellschrauben in dem Justagemodul dauerhaft fixiert werden.
So ausgerichtet kann anschließend unter Beobachtung durch die Einstelleinrichtung mittels entsprechender Einstellmittel wie Einstellschrauben eine Kraft auf das Festkörpergelenk ausgeübt und dieses damit so verformt werden, dass der Kippfehler des Flächendetektors durch die Kippung um die Verkippachse des Festkörpergelenks behoben wird. Dies wird durch den zuvor beschriebenen Schritt, in dem beide Achsen durch das Verdrehen zueinander ausgerichtet werden, erreicht.
Der auf diese Weise optimierte bzw. eingestellte Endzustand kann vor der Demontage von der Einstelleinrichtung und der anschließenden Montage an das Lichtverteilermodul dauerhaft fixiert werden. Dazu kann beispielsweise ein Kleber in dafür vorgesehene Klebertaschen gefüllt werden, um das Festkörpergelenk zu fixieren. Wie erwähnt, können auch andere Fixiermittel in entsprechender Weise eingesetzt werden. Spätestens mit diesem Schritt ist die erwähnte Moduljustage abgeschlossen.
Eine Fokussierung des Flächendetektors kann insbesondere mittels entsprechender Justagemittel an den Ausgangsanschlüssen des Lichtverteilermoduls im Rahmen der erwähnten Gesamtjustage erfolgen. Beispielsweise kann die zuvor erwähnte und fixierte Modulgruppe mit einer entsprechenden Aufnahme, beispielsweise einer bekannten C-Mount-Aufnahme, verbunden und auf entsprechende Führungsschienen bzw. -zapfen an den Ausgangsanschlüssen aufgeschoben werden, welche wiederum an einem Grundkörper angebracht sind, der zur finalen Montage auf eine Grundplatte des Lichtverteilermoduls aufgebracht wird.
Durch Drehen an einer entsprechenden Stellschraube kann nun das Lichtverteilermodul in Richtung des Strahlengangs verstellt bzw. fokussiert werden. Die endgültige Position kann beispielsweise durch Fixierschrauben gesichert werden.
Wiederum im Anschluss hieran kann eine Zentrierung der Detektormodule bzw. der Modulgruppen in X/Y-Richtung zum Strahlengang erfolgen, insbesondere mittels entsprechender, beispielsweise als Justierschrauben ausgebildeter Justiermittel an dem Lichtverteilermodul bzw. seinen Ausgangsanschlüssen.
Auf diese Weise können die Pixelzeilen der einzelnen Flächendetektoren nahezu deckungsgleich ausgerichtet und dabei die zuvor erwähnten Randbedingungen eingehalten werden. Die Verdrehung der Pixelzeilen der Flächendetektoren zur Horizontalen bzw. zu einem anderen Detektor im System kann ebenfalls mittels entsprechender Justagemittel an den Ausgangsanschlüssen des Lichtverteilermoduls erfolgen, beispielsweise an einer Zentriereinrichtung bei gelockerten Zentrierschrauben. Nach Erreichen der Endposition, also bei deckungsgleichen Pixelzeilen, werden die Zentrierschrauben wieder fixiert und alle Schraubverbindungen können gegen Lösen gesichert werden.
Im Gesamtsystem mit mehreren Detektormodulen können diese auf eine gemeinsame Grundplatte montiert werden und die zuvor beschriebene Gesamtjustage kann Detektormodul für Detektormodul durchgeführt werden, bis alle Einzelbilder deckungsgleich sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die besonders bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Es versteht sich, dass die zuvor erläuterten und nachfolgend noch angegebenen Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, welcher durch die Patentansprüche definiert ist.
Figurenliste

1 zeigt ein Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in stark vereinfachter, schematischer Darstellung.
2 zeigt eine Detektionsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer schematischer Darstellung.
3 zeigt ein Detektormodul mit einem Justagemodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Explosionszeichnung.
4 zeigt eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bereitgestellte Modulgruppe in schematischer Darstellung.
5 zeigt ein Modulteil eines Justagemoduls mit einem Festkörpergelenk gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine Einstellung der in 4 gezeigten Modulgruppe unter Verwendung einer Einstelleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt eine Anbringung der in 4 gezeigten Modulgruppe an ein Lichtverteilermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt das Ergebnis der in 8 gezeigten Anbringung und eine weitere Justierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
9 veranschaulicht in 6 gezeigte Sachverhalte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in nochmals vereinfachter Darstellung.
10 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines vereinfachten schematischen Ablaufplans.

In den Figuren sind einander baulich und/oder funktional entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Falls in bestimmten Zeichnungen mehrere Elemente in aus den Zeichnungen offensichtlich identischer Ausgestaltung, ggf. aber in abweichender Orientierung, an abweichenden Montagepositionen und dergleichen, bereitgestellt sind, sind diese bisweilen nur teilweise mit Bezugszeichen versehen. Werden nachfolgend Vorrichtungsmerkmale erläutert, können die entsprechenden Ausführungen auch für mittels dieser Vorrichtungsmerkmale realisierte Verfahrensmerkmale stehen und umgekehrt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in stark vereinfachter, schematischer Darstellung.
Das Mikroskopsystem ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Es umfasst ein, hier in Draufsicht und stark vereinfacht dargestelltes Mikroskop 200, das insbesondere als Fluoreszenzmikroskop ausgebildet sein kann und über eine Schnittstelle 210, beispielsweise einen Fotoabgang, zumindest einen Teil des aus einer Untersuchung einer Probe beliebiger Art resultierenden (Detektions-)Lichts teilweise oder vollständig auskoppeln kann. Wie mehrfach erwähnt, kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beliebigen Arten von Mikroskopen 200 mit unterschiedlichsten Detektionsmöglichkeiten zum Einsatz kommen und ist nicht auf eine bestimmte Art der mikroskopischen Detektion beschränkt. Das Mikroskop 200 kann als Weitfeld- oder Konfokalmikroskop ausgebildet sein oder als ein Mikroskop 200, mittels dessen, parallel oder sequenziell sowohl eine Weitfeld- als auch eine Konfokaldetektion vorgenommen werden kann.
Dem Mikroskop 200 ist in dem Mikroskopsystem 10 eine Detektionsanordnung 100 zugeordnet, die mehrfach zuvor erläutert wurde. Die Detektionsanordnung 100 umfasst eine, wie erwähnt, hier als Lichtverteilermodul 110 bezeichnete optische Einheit, die wie erwähnt insbesondere als (Farb-)Strahlteilermodul ausgebildet sein kann, jedoch auch beispielsweise eine nichtfarbselektive oder polarisationsselektive Strahlteilung vornehmen kann.
Wesentliches Merkmal des Lichtverteilermoduls 110 ist, wie ebenfalls erwähnt, dass es einen insbesondere justierbaren mechanisch-optischen Eingangsanschluss 111 (zur Anbindung an das Mikroskop 200 bzw. die Schnittstelle 210, ggf. über Zwischenmodule und dergleichen) und mehrere, insbesondere justierbare mechanisch-optische Ausgangsanschlüsse 112 (zur Anbindung von Detektormodulen 120) aufweist und dafür eingerichtet ist, über seinen Eingangsanschluss 111 eingestrahltes Licht (farb- bzw. wellenlängenselektiv, polarisationsselektiv oder unselektiv) auf seine Ausgangsanschlüsse 112 aufzuteilen.
Die Detektionsanordnung 100 umfasst die erwähnten Detektormodule 120, die jeweils an die ihrerseits weiter justierbaren Ausgangsanschlüsse 112 des Lichtverteilermoduls 110 angebunden sind, und zwar jeweils über Justagemodule 130. Die Justagemodule 130 weisen, wie in den nachfolgenden Figuren teilweise gezeigt, Festkörpergelenke auf, die zur Einstellung einer Verkippung der Detektormodule 120 gegenüber Referenzachsen eingerichtet sind. Die Justagemodule 130 weisen weitere Elemente auf, die ebenfalls in den nachfolgenden Zeichnungen teilweise dargestellt sind. Es sind insgesamt vier Detektormodule 120 und entsprechende Justagemodule 130 vorhanden, wobei ein Detektormodul, das in der Darstellung aus der Zeichenebene nach oben ragt, ohne separate Veranschaulichung des entsprechenden Justagemoduls 130 gestrichelt gezeigt ist.
2 zeigt eine Detektionsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer schematischer Darstellung.
Die Detektionsanordnung ist auch hier insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Detektormodule und die justierbaren Ausgangsanschlüsse 112 des Lichtverteilermoduls 110 sowie das Lichtverteilermodul 110 sind hier in detaillierterer Weise dargestellt. Nicht gezeigt ist ein Gehäuse, das die Detektionsanordnung bzw. zumindest das Lichtverteilermodul 110 umgeben kann. Das Lichtverteilermodul 110 umfasst in der hier veranschaulichten Ausgestaltung (Bauernfeind-)Prismen 114, die sequenziell in einem Strahlengang angeordnet sind, wie bereits eingangs unter Bezugnahme auf die WO 2019/110368 A1 beschrieben. Die Prismen 114 sind auf einer Grundplatte 113 befestigt, welche auch die justierbaren Ausgangsanschlüsse 112 des Lichtverteilermoduls 110 trägt. In der hier veranschaulichten Ausgestaltung sind drei Prismen 114 (jeweils mit aufgesetzten Ausgleichsprismen) vorhanden, so dass mittels diesen jeweils Licht in die vier gezeigten Detektormodule 120 ausgekoppelt werden kann.
3 zeigt ein Detektormodul mit einem Justagemodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Explosionszeichnung.
Das Detektormodul ist auch hier mit 120, das Justagemodul insgesamt mit 130 bezeichnet. Die in 3 veranschaulichten Elemente können entlang einer strichpunktiert veranschaulichten Achse, die der Z-Koordinate eines perspektivisch dargestellten Koordinatensystems X,Y,Z entspricht, zusammengesetzt werden.
Das Detektormodul 120 weist einen Flächendetektor 121 auf, der in einem Gehäuse untergebracht ist, das beliebige, hier nicht gesondert veranschaulichte Detektionselektronik aufweisen kann. Ein Datenanschluss ist mit 122 bezeichnet. Er dient zur Bereitstellung der mittels des Detektormoduls 120 erhaltenen Bilddaten.
Eine Aufnahme 123, beispielsweise mit einem nicht im Detail dargestellten Gewinde, dient zur Anbindung eines entsprechenden Gegenstücks 131a des Justagemoduls 130.
Das Justagemodul 130 weist ein erstes Modulteil 131 und ein zweites Modulteil 132 auf, wobei das erste Modulteil 131 mit dem erwähnten Gegenstück 131a versehen ist, das zur Verbindung mit dem Detektormodul 120 in dessen Aufnahme 123 eingepasst, beispielsweise eingeschraubt, werden kann. Das Modulteil 131 weist seinerseits eine Aufnahme 131b auf, in das ein entsprechendes Gegenstück 132a des zweiten Modulteils 132 eingepasst werden kann. Das Gegenstück 132a des zweiten Modulteils 132 ist in der Aufnahme 131b des ersten Modulteils 131 drehbar und mittels Fixierschrauben 1310 gegenüber der strichpunktiert veranschaulichten Achse gegen eine weitere Rotation fixierbar. Ein Anschlussflansch 132b des zweiten Modulteils 132 dient zur Anbringung an einen der Ausgangsanschlüsse 112 des Lichtverteilermoduls 120, wie auch nachfolgend noch veranschaulicht.
Wie bereits aus 3 ersichtlich, ist das zweite Modulteil 132 insgesamt einstückig ausgebildet, wobei zwei Komponenten 134, 135 des zweiten Modulteils 132 über ein Festkörpergelenk 133, das nachfolgend noch weiter veranschaulicht wird, miteinander gekoppelt sind. Mittels Einstellschrauben 137 kann das Festkörpergelenk 133 verstellt werden, wie ebenfalls nachfolgend noch erläutert.
Um einen verkippten Flächendetektor 121 eines Detektormoduls 120 senkrecht zur optischen Achse auszurichten, wird in einem ersten Justageschritt gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zunächst das Detektormodul 120 mit den Modulteilen 131 und 132 verbunden. Auf diese Weise wird eine hier als Modulgruppe 140 bezeichnete Anordnung geschaffen, wie sie in 4 veranschaulicht ist. Die dort gezeigten Komponenten wurden bereits unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
Um den in 4 anhand des Rotationspfeils A veranschaulichten Justageschritt näher zu erläutern, soll zunächst kurz auf die 5 und 6 Bezug genommen werden. In 5 ist dabei das bereits in den 3 und 4 veranschaulichte zweite Modulteil 132 im Querschnitt (links) und seitlicher Draufsicht (rechts) veranschaulicht, wie auch mittels der Schnitt- bzw. Ebenenkennzeichnung C und C-C erläutert. In 6 ist eine Einstellung der in 4 gezeigten Modulgruppe 140 unter Verwendung einer Einstellvorrichtung 300 gezeigt.
Das zweite Modulteil 132 ist, wie in 5 im Detail dargestellt, einstückig gefertigt und umfasst zwei Elemente 134, 135, die durch Materialstege verbunden sind, die das Festkörpergelenk 133 definieren. Die Materialstege und damit das Festkörpergelenk 133 können durch die Ausbildung von zwei in einer Ebene senkrecht zur Längsachse (in der Papierebene in der linken und senkrecht zur Papierebene in der rechten Ansicht der 5) vorgenommenen Einschnitten 133a ausgebildet werden, so dass die Materialstege um 180° um die Längsachse versetzt sind. Eine Verkippachse T des Festkörpergelenks 133 verläuft damit durch die beiden verbleibenden Materialstege und liegt in der Papierebene in der linken und senkrecht zur Papierebene in der rechten Ansicht der 5.
In 6 ist eine Referenzachse mit R bezeichnet. Diese kann einer optischen Achse eines Ausgangsanschlusses 112 eines Lichtverteilermoduls 120 entsprechen oder einer Achse, die senkrecht zu einer Anschlagsfläche eines derartigen Ausgangsanschlusses 112 steht. In 6 ist ein Gehäuse des Detektormoduls 120 teilweise eröffnet dargestellt. Der Flächendetektor 121 soll hier gegenüber der Referenzachse R verkippt sein, und zwar um eine Kippachse K. Die Kippachse K des Flächendetektors 121 kann zunächst in jeder beliebigen Richtung gegenüber der Verkippachse T des Festkörpergelenks 133 verdreht sein.
Ein erster Justageschritt in einer Ausgestaltung der Erfindung dient nun dazu, wie bereits mit dem Rotationspfeil A in 4 veranschaulicht, den Zustand gemäß 6 herzustellen, d.h. für eine parallele Anordnung der Verkippachse T des Festkörpergelenks 133 und der Kippachse K des Flächendetektors 121 zu sorgen. Hierzu wird die in 6 schematisch veranschaulichte Einstellvorrichtung 300, beispielsweise ein Autokollimationsfernrohr, verwendet. Mittels der Einstellvorrichtung 300 kann der Kippfehler und auch die Orientierung der Kippachse K des Flächendetektors 121 festgestellt werden. Sind die Verkippachse T des Festkörpergelenks 133 und die Kippachse K des Flächendetektors 121 in einem entsprechenden Justierschritt durch die Drehung gemäß A in 4 parallel zueinander ausgerichtet, werden die Fixierschrauben 131c angezogen und ggf. gesichert, so dass eine weitere Drehung verhindert wird.
Nun kann ein nächster Justierschritt vorgenommen werden, in welchem, wie in 6 veranschaulicht, unter Beobachtung durch die Einstellvorrichtung 300 mittels der Einstellschrauben 137 eine Verstellkraft F auf das Festkörpergelenk 133 ausgeübt und dieses damit so verformt wird, dass der Kippfehler des Flächendetektors 121 zur einer Anschlussebene 139 durch eine Verkippung B um die Verkippachse T des Festkörpergelenks 133 behoben wird. Der so optimierte Endzustand wird vor der Demontage der Modulgruppe 140 von der Einstellvorrichtung 300 vorteilhafterweise dauerhaft fixiert. Dazu wird beispielsweise ein Kleber in dafür vorgesehene Klebertaschen 138 (siehe 5) gefüllt.
7 zeigt eine Anbringung der in 4 gezeigten und gemäß 6 justierten Modulgruppe 140 an einen Ausgangsanschluss 112 eines Lichtverteilermoduls 110 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Hierbei wird der Anschlussflansch 132b in eine entsprechende Aufnahme 112a, die endmontiert Teil des Ausgangsanschlusses 112 des Lichtverteilermoduls 110 ist, eingesetzt und zusammen hiermit auf Führungszapfen 112b eines Grundkörpers 112c geschoben, der endmontiert ebenfalls Teil des Ausgangsanschlusses 112 des Lichtverteilermoduls 110 ist. Der Grundkörper 112c wird zur finalen Justierung auf der Grundplatte 113 des Lichtverteilermoduls 110 montiert. Der so montierte Zustand wird in der linken Ansicht der weiter unten erläuterten 8 veranschaulicht.
Durch Drehen an einer Stellschraube 112d kann nun die Modulgruppe 140 mit der damit mittels Zentrierschrauben 112e temporär fest verbundenen Aufnahme 112a in Richtung des Strahlengangs Z verstellt bzw. fokussiert werden. Die endgültige Position kann dabei durch Fixierschrauben 112f gesichert werden.
8 zeigt, wie erwähnt, das Ergebnis der in 7 gezeigten Anbringung und eine weitere Justierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In 8 ist dabei in der linken Ansicht die in 7 dargestellte Z-Achse in der Papierebene und in der rechten Ansicht senkrecht dazu dargestellt, wie auch aus den in fachüblicher Weise verwendeten Schnitt- bzw. Ansichtsbezeichnungen D und D-D ersichtlich.
Die Zentrierung der Modulgruppe in X/Y-Richtung (also senkrecht zur Papierebene in der linken und parallel zu der Papierebene in der rechten Ansicht der 8) erfolgt durch eine Einleitung einer Kraft F über die drei Zentrierschrauben 112e in der Aufnahme 112a, die auf eine Schräge des Anschlussflanschs 132b wirken. Für eine Anhebung des Flächendetektors in Richtung Y (rechte Ansicht von 8), müssen dabei beispielsweise die beiden unteren Zentrierschrauben 112e gleichmäßig eingedreht werden.
Eine Verdrehung E zur Horizontalen bzw. zu einem anderen Detektormodul 120 kann ebenfalls an dieser Schnittstelle bei gelockerten Zentrierschrauben 112e erfolgen. Nach Erreichen der Endposition, also bei deckungsgleichen Pixelzeilen, werden die Zentrierschrauben 112e wieder fixiert und alle Schraubverbindungen gegen Lösen gesichert.
9 veranschaulicht in 6 gezeigte Sachverhalte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in nochmals vereinfachter Darstellung. Die in 6 bereits gezeigten Elemente sind hier teilweise nochmals schematisiert dargestellt. Eine obere Ansicht in 9 zeigt dabei eine Situation vor, eine untere Ansicht nach einer Einstellung des Festkörpergelenks 133 zur Kompensation der Verkippung des Flächendetektors 121.
Die Verkippung des Flächendetektors 121 ist hier stark übertrieben dargestellt. Wie ersichtlich, ist dieser um die Kippachse K in dem Detektormodul 120 verkippt, so dass eine Detektorachse D, die senkrecht zu einer Oberfläche 121a des Detektormoduls 120 steht, schräg gegenüber einer Referenzachse R, die einer optischen Achse der Einstellvorrichtung 300 bzw. später der Ausgangsanschlüsse 112 des Lichtverteilermoduls ausgerichtet ist. Die Kippachse K ist damit bereits gemäß einer Verdrehung A gemäß 4 mit einer Verkippachse T des Festkörpergelenks 133 ausgerichtet, so dass beide parallel und senkrecht zur Papierebene stehen. Damit können die Detektorachse D und die Referenzachse R nun durch ein Verstellen des Festkörpergelenks 133, dessen Ergebnis in der unteren Ansicht der 9 veranschaulicht ist, parallel ausgerichtet werden. Es schließt sich eine weitere Justage an, insbesondere um die Detektorachse D und die Referenzachse R zur Deckung zu bringen und den erforderlichen Abstand des Flächendetektors 121 einzustellen.
10 veranschaulicht ein Verfahren 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines vereinfachten schematischen Ablaufplans.
In einem Verfahrensschritt 21 werden dabei ein Detektormodul und ein Justagemodul 130 zu einer Modulgruppe 140 verbunden. Die Modulgruppe 140 wird in einem Verfahrensschritt 22 mit einer Einstellvorrichtung 300 verbunden. Durch eine Verdrehung A gemäß 4 werden in einem Verfahrensschritt 23 zunächst die Kippachse K des Flächendetektors 121 in dem Detektormodul 120 und die Verkippachse T des Festkörpergelenks 133 ausgerichtet. In einem Verfahrensschritt 24 wird das Festkörpergelenk 133 verstellt, um die Verkippung des Flächendetektors 121 in dem Detektormodul 120 zu kompensieren. Die entsprechende Verstellung kann in der erläuterten Weise fixiert werden. In einem Verfahrensschritt 25 wird die Modulgruppe 140 von der Einstellvorrichtung 300 getrennt und in einem Verfahrensschritt 26 mit dem jeweiligen Ausgangsanschluss 112 verbunden, wo in einem Schritt 27 eine weitere Justierung wie erläutert vorgenommen wird.
Bezugszeichenliste

10: Mikroskopsystem
20: Verfahren zur Montage einer Detektionsanordnung
21: Verbindung zu Modulgruppe
22: Verbindung mit Einstellvorrichtung
23: Einstellung Achsen
24: Verkippung
25: Trennung von Einstellvorrichtung
26: Verbindung mit Ausgangsanschluss
27: Weitere Justierung
100: Detektionsanordnung
110: Lichtverteilermodul
111: Eingangsanschluss Lichtverteilermodul
112: Ausgangsanschluss Lichtverteilermodul
112a: Aufnahme im Ausgangsanschluss
112b: Führungszapfen an Ausgangsanschluss
112c: Grundkörper Ausgangsanschluss
112d: Stellschraube Ausgangsanschluss
112e: Zentrierschraube Ausgangsanschluss
112f: Fixierschraube Ausgangsanschluss
113: Grundplatte Lichtverteilermodul
114: Prisma Lichtverteilermodul
120: Detektormodul
121: Flächendetektor
122: Datenanschluss
123: Aufnahme
130: Justagemodul
131: Erstes Modulteil Justagemodul
131a: Gegenstück an erstem Modulteil
131b: Aufnahme in erstem Modulteil
131c: Fixierschraube erstes Modulteil
132: Zweites Modulteil
132a: Gegenstück an zweitem Modulteil
132b: Anschlussflansch an zweitem Modulteil
133: Festkörpergelenk
133a: Einschnitte
134: Komponente zweites Modulteil
135: Komponente zweites Modulteil
137: Einstellschrauben
138: Klebertaschen
139: Anschlussebene
140: Modulgruppe
200: Mikroskop
210: Schnittstelle
300: Einstellvorrichtung
A: Rotation
B: Verkippung
E: Verdrehung
F: Verstellkraft
T: Verkippachse Festkörpergelenk
K: Kippachse Flächendetektor
R: Referenzachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019/110368 A1 [0002, 0005, 0006, 0007, 0008, 0009, 0010, 0011, 0034, 0063]
WO 2016/166374 A1 [0005]
WO 2016/166375 A1 [0005]
US 3659918 A [0005]
US 4084180 A [0005]
US 2009/0323192 A1 [0005]
DE 102008062791 A1 [0005]
US 8988564 B2 [0005]

Claims

Detektionsanordnung (100), die zur Adaption an ein Mikroskopsystem (10) ausgebildet ist, mit einem Lichtverteilermodul (110), das einen mechanisch-optischen Eingangsanschluss (111) und mehrere mechanisch-optische Ausgangsanschlüsse (112) aufweist und dafür eingerichtet ist, über den Eingangsanschluss (111) eingestrahltes Licht auf die Ausgangsanschlüsse (112) aufzuteilen, und mit mehreren Detektormodulen (120), die an die Ausgangsanschlüsse (112) angebunden sind, wobei die Detektormodule (120) mittels Justagemodulen (130) an die Ausgangsanschlüsse (112) angebunden sind und wobei die Justagemodule (130) Festkörpergelenke (133) aufweisen, die zur Einstellung einer Verkippung der Detektormodule (120) gegenüber den Ausgangsanschlüssen (112) eingerichtet sind.
Detektionsanordnung (100) nach Anspruch 1, bei der die Justagemodule (130) ferner zur Verdrehung der Detektormodule (120) gegenüber den Festkörpergelenken (133) eingerichtet sind.
Detektionsanordnung (100) nach Anspruch 2, bei der die Justagemodule (130) erste Modulteile (131) und zweite Modulteile (132) aufweisen und die zweiten Modulteile (132) gegenüber den ersten Modulteilen (132) verdrehbar und fixierbar sind.
Detektionsanordnung (100) nach Anspruch 3, bei der die Festkörpergelenke (133) in den zweiten Modulteilen (132) ausgebildet sind und die Verkippung durch Einstellen und Festlegen der Festkörpergelenke (133) fixierbar ist.
Detektionsanordnung (100) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei der die ersten Modulteile (131) mit den Detektormodulen (120) gekoppelt sind und die zweiten Modulteile (132) mit den Ausgangsanschlüssen (112) gekoppelt sind.
Detektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Festkörpergelenke (133) für die Verkippung um Verkippachsen (T) eingerichtet sind, die parallel zu zu einer oder mehreren Anschlussebenen (139) der Justagemodule (130) angeordnet sind.
Detektionsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Festkörpergelenke (133) zwei weitere Elemente (134, 135) der Justagemodule (130), einstückig miteinander verbinden.
Detektionsanordnung (100) nach Anspruch 7, bei der die Festkörpergelenke (133) die zwei weiteren Elemente (134, 135) der Justagemodule (130)durch zwei Materialstege miteinander verbindet.
Detektionsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Lichtverteilermodul (110) dafür eingerichtet ist, das über seinen Eingangsanschluss (111) eingestrahlte Licht in unterschiedliche Spektralbereiche zu zerlegen, in den unterschiedlichen Spektralbereichen auf seine Ausgangsanschlüsse (112) aufzuteilen, und in die unterschiedlichen Spektralbereiche über seine Ausgangsanschlüsse (112) in die Dektormodule (120) einzustrahlen.
Detektionsanordnung (100) nach Anspruch 9, bei der das Lichtverteilermodul (110) zur Zerlegung des über seinen Eingangsanschluss (111) eingestrahlten Lichts in unterschiedliche Spektralbereiche mehrere Strahlteilerprismen (114) mit dichroitischen Schichten aufweist.
Detektionsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Ausgangsanschlüsse (112) mit Justiermitteln (112a-f) zur Einstellung einer Position in einer, zwei oder drei Raumrichtungen ausgebildet ist.
Mikroskopystem (10), das ein Mikroskop (200) und eine Detektionsanordnung (100) umfasst, in welche Licht eines Beobachtungsstrahlengangs des Mikroskops (200) eingestrahlt wird, wobei die Detektionsanordnung (100) als eine Detektionsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verfahren zur Untersuchung einer mikroskopischen Probe, bei dem ein Mikroskopystem (10) mit einer Detektionsanordnung (100) verwendet wird und Licht eines Beobachtungsstrahlengangs des Mikroskops (200) in die Detektionsanordnung (100) eingestrahlt wird, wobei als Detektionsanordnung (100) eine Detektionsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.
Verfahren (20) zur Montage einer Detektionsanordnung (100) für ein Mikroskopsystem (10), bei dem ein Lichtverteilermodul (110) bereitgestellt wird, das einen mechanisch-optischen Eingangsanschluss (111) und mehrere mechanisch-optische Ausgangsanschlüsse (112) aufweist und dafür eingerichtet ist, über seinen Eingangsanschluss (111) eingestrahltes Licht auf seine Ausgangsanschlüsse (112) aufzuteilen, und bei dem mehrere Detektormodule (120), an die Ausgangsanschlüsse (112) des Lichtverteilermoduls (110) angebunden werden, wobei zunächst eine Verbindung (21) der Detektormodule (120) mit Justagemodulen (130) zu Modulgruppen (140) hergestellt wird, die Modulgruppen (140) danach unter Verwendung einer Einstellvorrichtung (300) einer Moduljustage (23, 24) unterworfen werden, und die Modulgruppen (120) danach von der Einstellvorrichtung (300) getrennt und an die Ausgangsanschlüsse (112) angebunden werden, wobei Justgagemodule (130) verwendet werden, die zur Verdrehung und Verkippung der Detektormodule (120) gegenüber der Einstellvorrichtung (300) eingerichtet sindund Festkörpergelenke (133) aufweisen, und wobei die Moduljustage die Verdrehung und Verkippung der Detektormodule (120) in den Modulgruppen (140) gegenüber der Einstellvorrichtung (300) umfasst.
Verfahren (20) nach Anspruch 14, bei dem Ausgangsanschlüsse (112) mit Justiermitteln (112a-f) verwendet werden, die zur Einstellung einer Verdrehung der Modulgruppen (140), zur Einstellung eines Abstands der Modulgruppen (140) und/oder zur Zentrierung der Modulgruppen (140) gegenüber den Ausgangsanschlüssen (112) eingerichtet sind, und wobei das Verfahren (20) eine Gesamtjustage umfasst, bei der die Verdrehung, der Abstand und/oder die Zentrierung der Modulgruppen (140) gegenüber den Ausgangsanschlüssen (112) eingestellt wird.