DE10257521B4 - Auflichtmikroskop - Google Patents
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Abstract
Auflichtmikroskop mit einer Lichtquelle (1) zur Erzeugung eines Beleuchtungslichtstrahlenbündels (3), das durch ein Objektiv (17), das in einer Pupillenebene (29) eine Objektivpupille aufweist, entlang eines Beleuchtungsstrahlenganges auf eine Probe (19) richtbar ist, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Abbildungsoptik (27) vorgesehen ist, die eine zur Pupillenebene (29) optisch korrespondierende Ebene (9) erzeugt, – wobei zumindest ein über den gesamten Querschnitt des Beleuchtungslichtstrahlenbündels (3) gleichmäßig wirkendes Abschwächmittel (11) in der optisch korrespondierenden Ebene (9) in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbar ist, – und wobei das Abschwächmittel (11) Strukturelemente aufweist und die Beleuchtungslichtstärke mittels der Strukturelemente gleichmäßig über den gesamten Strahlquerschnitt des Beleuchtungslichtstrahlenbündels (3) reduziert.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Auflichtmikroskop mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Beleuchtungslichtstrahlenbündels, das durch ein Objektiv, das in einer Pupillenebene eine Objektivpupille aufweist, entlang eines Beleuchtungsstrahlenganges auf eine Probe richtbar ist.
- In der Auflichtmikroskopie sind verschiedene Möglichkeiten zur Variierung der Lichtleistung des Beleuchtungslichtes bekannt.
- Die Deutsche Offenlegungsschrift
DE 35 38 774 A1 offenbart ein Mikroskop, bei dem zur Regelung des Lichtes eine Jalousie verwendet ist. - Aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 10 389 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Lampenjustierung bei einem Mikroskop ohne Strahlhomogenisierer im Beleuchtungsstrahlengang und ein für die Anwendung des Verfahrens ausgerüstetes Mikroskop bekannt. Gemäß der Erfindung wird die Lichtleistung im Beleuchtungsstrahlengang hinter der Pupillenebene des Mikroskopobjektivs oder hinter der Pupillenebene des Beleuchtungsstrahlenganges mit einem Detektor integral gemessen und die Lampe relativ zum Beleuchtungsstrahlengang so justiert, dass die mit dem Detektor detektierte Lichtleistung maximal ist. Bei einem Mikroskop, das zu einer automatisierten Lampenjustierung beispielsweise nach einem Lampenwechsel gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, sind zur Justierung der Lampe motorische Antriebe vorgesehen, die von einem Auswerte- und Steuerrechner nacheinander so lange angesteuert werden, bis mit einem Detektor maximale Lichtleistung detektiert wird. - In der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 35 35 749 A1 ist eine Einrichtung zur Helligkeitsregelung in Mikroskopen beschrieben, die aus einem Sensor zur Ermittlung der Bildhelligkeit im Beobachtungsstrahlengang, einer Schaltung zur Regelung der Intensität der Lichtquelle der Mikroskopierbeleuchtung und einer Anordnung, die von einem Schwellwert-Schalter gesteuert den Strahlengang bei Überschreitung einer eingestellten Maximallichtstärke dunkelsteuert. Damit wird eine Blendung des Beobachters beim Objektivwechsel oder bei der Umschaltung auf andere Kontrastierungsverfahren vermieden. - Aus der US-Patentschrift
US 6 384 967 B1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Mikroskop mit einem Objektivrevolver bekannt und einer Aperturblendeneinrichtung bekannt. Die Aperturblendeneinrichtung weist mehrere kreisförmige Lochblenden auf einer Drehscheibe auf, die in den Beleuchtungsstrahlengang gedreht werden können. Die Beleuchtungsvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass bei Wechsel des Objektivs automatisch die passende Aperturblende eingestellt wird und das während des Wechselvorganges die Beleuchtung blockiert ist. - Die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen zur Variierung der Beleuchtungslichtleistung, die üblicherweise im kollimierten Bereich der Strahlführung und insbesondere die, die außerhalb des Mikroskops angebrachten Anordnungen, haben den Nachteil, dass relativ große Abschwächelemente verwendet werden müssen, um den gesamten Strahldurchmesser abzudecken. Sind diese Elemente motorisch betrieben, müssen große Trägheitsmomente überwunden werden, was ein schnelles Einbringen in den Beleuchtungsstrahlengang bzw. ein schnelles Entfernen aus dem Beleuchtungsstrahlengang zumindest erschwert.
- Oft werden die Aperturblenden, die, wie in der bereits erwähnten US-Patentschrift
US 6 384 967 B1 beschrieben, als unterschiedlich große Lochblenden auf einer drehbaren Scheibe angeordnet sein können, zur Regulierung der Lichtleistung „missbraucht“. Bei dieser Methode werden die äußeren Anteile des Beleuchtungslichtstrahles durch die ausgewählte Aperturlochblende abgeschattet und die Gesamtlichtleistung des Beleuchtungslichtstrahles damit reduziert. Da die Lage des Beleuchtungslichtstrahles relativ zur Aperturblende in der Regel schwankt und darüber hinaus der Querschnitt, des – beispielsweise von einer Wendel oder einem Lichtbogen ausgehenden – Beleuchtungslichtstrahles nicht rund ist, führt die Verwendung der Aperturblende als Abschwächelement oft zu extremen zeitlichen Schwankungen der Beleuchtungslichtleitungen und ist darüber hinaus nicht reproduzierbar. - Aus der
DE 198 58 206 C2 ist ein Auflichtmikroskop mit der Möglichkeit zur Einstellung der Lichtleistung des Beleuchtungslichts offenbart. Die Einstellbarkeit der Lichtleistung wird durch Abschatten des Beleuchtungslichtstrahlenbündels mit beweglichen Filterschiebern erreicht, wobei die bewegliche Filterschieber derart ausgestaltet sind, dass hiermit selektiv ausschließlich die Intensität eines Anregungsbandes des Lichts der Lichtquelle reduziert wird, ohne jedoch die übrigen Spektralbereiche des Lichts der Lichtquelle zu reduzieren. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Auflichtmikroskop anzugeben, das eine effiziente, reproduzierbare und zuverlässige Einstellung der Beleuchtungslichtleistung erlaubt.
- Diese Aufgabe wird durch Auflichtmikroskop gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Abbildungsoptik vorgesehen ist, die eine zur Pupillenebene optisch korrespondierende Ebene erzeugt, wobei zumindest ein über den gesamten Querschnitt des Beleuchtungslichtstrahlenbündels gleichmäßig wirkendes Abschwächmittel in der optisch korrespondierende Ebene in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbar ist und wobei das Abschwächmittel Strukturelemente aufweist und die Beleuchtungslichtstärke mittels der Strukturelemente gleichmäßig über den gesamten Strahlquerschnitt des Beleuchtungslichtstrahlenbündels reduziert.
- Die Erfindung hat den Vorteil, dass zuverlässig eine Möglichkeit zur gezielten Reduzierung der Beleuchtungslichtleistung in einem Auflichtmikroskop gegeben ist, die eine zeitliche Schwankung der Lichtleistung vermeidet und die darüber hinaus unabhängig von der Art der Lichtquelle reproduzierbar ist.
- Da das Abschwächelement erfindungsgemäß im Beleuchtungsstrahlengang in einer zur Pupillenebene des Objektivs optisch korrespondierende Ebene angeordnet ist – also einer Fourierebene zur Fokalebene des Objektivs – ist die Struktur des Abschwächmittels, die beispielsweise eine Gitterstruktur oder eine Siebstruktur oder ein Lochmuster sein kann, in der zu beobachtenden Probenebene nicht sichtbar. Die Probe wird folgerichtig nicht mit einem Siebmuster oder einem Lochmuster beleuchtet; vielmehr ergibt sich eine Abschwächung der Beleuchtung über das gesamte Bildfeld. Gleichzeitig ist eine ungewollte Änderung der Lichtleistung dadurch vermieden, dass das Abschwächmittel über den gesamten Querschnitt des Beleuchtungslichtstrahlenbündels wirkt – und nicht etwa nur auf die Randbereiche –.
- Da das Beleuchtungslichtstrahlenbündel in der Ebene in der das Abschwächmittel einbringbar ist fokussiert ist und daher einen kleinen Querschnitt aufweist, kann das Abschwächmittel kompakt ausgestaltet sein, was insbesondere eine Reduzierung der Trägheitsmomente ermöglicht, die für ein schnelles motorisiertes Einbringen, Entfernen oder Wechseln der Abschwächmittel vorteilhaft ist.
- In einer bevorzugen Ausgestaltung weist das Abschwächmittel einen Farbfilter, der sowohl als absorptiv oder reflexiv ausgebildet sein kann, auf. In einer anderen Variante beinhaltet das Abschwächmittel eine Streuscheibe. Das Abschwächmittel kann erfindungsgemäß, insbesondere die Sieb-, Gitter-, oder Lochstruktur, lithografisch hergestellt sein.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Vorratsmittel vorgesehen, das das zumindest eine Abschwächmittel trägt und das vorzugsweise als Revolver oder als Schiebeschlitten oder als drehbare Scheibe ausgeführt ist. Das Vorratsmittel kann mehrere Abschwächmittel tragen, die unterschiedliche Abschwächgrade aufweisen.
- In einer ganz besonders bevorzugten Variante weist das Vorratsmittel eine Neutralposition auf, die das Beleuchtungslichtstrahlenbündel unbeeinflusst passieren lässt. Besonders vorteilhafter Weise kann das Vorratsmittel eine Blockierposition aufweisen, die den Beleuchtungslichtstrahlengang unterbricht. Das Vorratsmittel ist vorzugsweise mit einem Antriebsmittel, das beispielsweise als Schrittmotor ausgeführt sein kann, motorisch angetrieben. Weiterhin kann ein Steuerungsmittel vorgesehen sein, das das Antriebsmittel steuert.
- In einer bevorzugen Ausgestaltung ist das Beleuchtungslichtstrahlenbündel während eines Objektivwechsels oder während eines Austauschs eines anderen optischen Elements, das im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sein kann, automatisch abschwächbar oder blockierbar; wodurch zuverlässig vermieden ist, dass ungewollt – beispielsweise durch Reflexion oder Streuung an Fassungen oder Halterungen – Beleuchtungslicht zum Auge des Benutzers gelangen kann. Das oft auftretende, den Benutzer störendende Aufblitzen während des Wechsels, Einbringens oder Entfernens optischer Elemente tritt erfindungsgemäß nicht auf. Besonders vorteilhaft ist einer Ausgestaltungsform, bei der beim Einbringen oder Entfernen von Filtern, Filtermodulen oder Strahlteilermodulen, das Beleuchtungslichtstrahlenbündel automatisch abschwächbar oder blockierbar ist.
- In einer bevorzugen Ausgestaltung ist das Auflichtmikroskop ein Fluoreszenzmikroskop.
- Außer den beschriebenen, direkt von dem Vorratsmittel getragenen Abschwächmitteln können weitere optische Elemente vorgesehen sein, die nicht unmittelbar in der von der Abbildungsoptik erzeugten zur Pupillenebene optisch korrespondierende Ebene angeordnet sind, die jedoch am Vorratsmittel befestigt sind und somit von diesem in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbar sind. Insbesondere für weitere optische Elemente, die durch zu hohe Lichtintensitäten beschädigt werden, ist es von Vorteil diese außerhalb der optisch korrespondierenden Ebene, in der das Beleuchtungslichtstrahlenbündel einen Fokus – und somit hohe Intensität – aufweist, anzuordnen. Die weiteren optischen Elemente können beispielsweise Filter, insbesondere Absorptionsfilter, oder zusätzliche Abschwächelemente sein.
- In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäßes Auflichtmikroskop und -
2 ein Vorratsmittel mit Abschwächelementen. -
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Auflichtmikroskop mit einer Lichtquelle1 zur Erzeugung eines Beleuchtungslichtstrahlenbündels3 . Das Beleuchtungslichtstrahlenbündel3 wird von einer Optik5 fokussiert und gelangt über ein Vorratsmittel7 , in dem mehrere in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbare ein Abschwächmitttel11 und ein weiteres Abschwächmittel13 , die beide als engmaschige Gitter ausgeführt sind angeordnet sind, durch eine Abbildungsoptik27 zu einem dichroitischen Strahlteiler15 , der das Beleuchtungslichtstrahlenbündel3 zu einem Objektiv17 reflektiert. Das Objektiv17 fokussiert das Beleuchtungslichtstrahlenbündel3 auf die Probe19 , die mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert ist. Das von der Probe ausgehende Detektionslicht21 gelangt durch das Objektiv17 zu dem Strahlteiler15 , passiert diesen, eine Tubusoptik23 und das Okular25 , um in das Auge73 des Benutzers zu gelangen. Das Vorratsmittel7 ist als Revolverscheibe31 ausgeführt, die die Abschwächmittel11 ,13 trägt. Durch Drehen der Revolverscheibe31 ist jeweils eines der unterschiedlich stark abschwächenden Abschwächmittel11 ,13 in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbar und damit der Abschwächungsgrad einstellbar. Die Abschwächmitttel11 ,13 sind in einer zur Pupillenebene29 des Objektivs17 optisch korrespondierenden Ebene9 angeordnet, die von der Abbildungsoptik27 erzeugt ist. Die Revolverscheibe31 ist von einem Antriebsmittel33 , das als Schrittmotor35 ausgeführt ist, motorisch angetrieben. Der Schrittmotor35 ist von dem elektronischen Steuerungsmittel37 gesteuert. Das Objektiv17 ist in einen von einem Motor39 , der auch von dem elektronischen Steuerungsmittel37 gesteuert ist, angetriebenen Objektivrevolver55 eingeschraubt, der ein weiteres Objektiv41 trägt. Der Strahlteiler15 ist in einem Strahlteiler-Filtermodul47 angeordnet, das einen Anregungsfilter43 und einen Detektionsfilter45 aufweist. Das Strahlteiler-Filtermodul47 ist in einem Karussell49 angeordnet, das den Einfachen Wechsel des Strahlteiler-Filtermoduls47 durch Drehen um die Welle51 erlaubt. Das Karussell49 ist von einem weiteren Motor53 angetrieben, der von dem elektronischen Steuerungsmittel37 gesteuert ist. - Die Revolverscheibe
31 weist eine in dieser Figur nicht gezeigte Neutralposition, die das Beleuchtungslichtstrahlenbündel unbeeinflusst passieren lässt, und eine ebenfalls nicht gezeigte Blockierposition, die den Beleuchtungslichtstrahlengang unterbricht, auf. Das Steuerungsmittel37 is ausgeführt, dass vor einem Objektivwechsel oder dem Wechsel des Strahlteiler-Filtermoduls47 das Beleuchtungslichtstrahlenbündel durch Einstellen der Blockierposition automatisch unterbrochen wird und nach dem Wechselvorgang durch Einstellen der Neutralposition oder durch Einbringen eines vorgewählten Abschwächmittels11 ,13 wieder freigegeben wird. - Es ist außerdem vorgesehen, dass ein manuelles Betätigen des Karussells
49 oder des Objektivrevolvers55 von dem Steuerungsmittel37 registriert wird und dieses sofort den Beleuchtungsstrahlengang durch Einbringen der Blockierposition unterbricht. -
2 zeigt ein Vorratsmittel7 , das als Revolverscheibe31 ausgeführt ist und das ein Abschwächmittel11 , das als Strichgitter ausgeführt ist, und weitere Abschwächmittel57 ,59 ,61 ,63 ,65 , die Wabengitterstruktur bzw. ein Lochmuster aufweisen. Außerdem ist eine Blockierposition67 , die als geschwärzte Metallscheibe ausgeführt ist, und eine Neutralposition69 , nämlich eine Durchlassöffnung in der Revolverscheibe31 vorgesehen. Weitere Blockierpositionen könnten zwischen allen Abschwächmitteln vorgesehen sein, was das Einstellen beschleunigen würde und ein Überstreichen mehrerer Abschwächmittel und somit ein ungewolltes Aufblitzen vermeidet. Die Revolverscheibe31 ist um die Drehachse75 drehbar gelagert. - Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lichtquelle
- 3
- Beleuchtungslichtstrahlenbündel
- 5
- Optik
- 7
- Vorratsmittel
- 9
- zur Pupillenebene
29 des Objektivs17 optisch korrespondierende Ebene - 11
- Abschwächmitttel
- 13
- weiteres Abschwächmittel
- 15
- dichroitischer Strahlteiler
- 17
- Objektiv
- 19
- Probe
- 21
- Detektionslicht
- 23
- Tubusoptik
- 25
- Okular
- 27
- Abbildungsoptik
- 29
- Pupillenebene
- 31
- Revolverscheibe
- 33
- Antriebsmittel
- 35
- Schrittmotor
- 37
- Steuerungsmittel
- 39
- Motor
- 41
- weiteres Objektiv
- 43
- Anregungsfilter
- 45
- Detektionsfilter
- 47
- Strahlteiler-Filtermodul
- 49
- Karussell
- 51
- Welle
- 53
- weiterer Motor
- 55
- Objektivrevolver
- 57
- weiteres Abschwächmittel
- 59
- weiteres Abschwächmittel
- 61
- weiteres Abschwächmittel
- 63
- weiteres Abschwächmittel
- 65
- weiteres Abschwächmittel
- 67
- Blockierposition
- 69
- Neutralposition
- 73
- Auge
- 75
- Drehachse
Claims (16)
- Auflichtmikroskop mit einer Lichtquelle (
1 ) zur Erzeugung eines Beleuchtungslichtstrahlenbündels (3 ), das durch ein Objektiv (17 ), das in einer Pupillenebene (29 ) eine Objektivpupille aufweist, entlang eines Beleuchtungsstrahlenganges auf eine Probe (19 ) richtbar ist, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Abbildungsoptik (27 ) vorgesehen ist, die eine zur Pupillenebene (29 ) optisch korrespondierende Ebene (9 ) erzeugt, – wobei zumindest ein über den gesamten Querschnitt des Beleuchtungslichtstrahlenbündels (3 ) gleichmäßig wirkendes Abschwächmittel (11 ) in der optisch korrespondierenden Ebene (9 ) in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbar ist, – und wobei das Abschwächmittel (11 ) Strukturelemente aufweist und die Beleuchtungslichtstärke mittels der Strukturelemente gleichmäßig über den gesamten Strahlquerschnitt des Beleuchtungslichtstrahlenbündels (3 ) reduziert. - Auflichtmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschwächmittel (
11 ) eine Gitterstruktur oder eine Siebstruktur oder ein Lochmuster aufweist. - Auflichtmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschwächmittel (
11 ) ein Farbfilter aufweist. - Auflichtmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abschwächmittel (
11 ) eine Streuscheibe beinhaltet. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abschwächmittel (
11 ) lithografisch hergestellt ist. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abschwächmittel (
11 ) in einem Vorratsmittel (7 ) angeordnet ist. - Auflichtmikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsmittel (
7 ) ein Revolver (31 ) oder ein Schiebeschlitten oder eine drehbare Scheibe ist. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsmittel (
7 ) mehrere Abschwächmittel (11 ;13 ), die unterschiedliche Abschwächgrade aufweisen, trägt. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsmittel (
7 ) eine Neutralposition (69 ) aufweist, die das Beleuchtungslichtstrahlenbündel (3 ) unbeeinflusst passieren lässt. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsmittel (
7 ) eine Blockierposition (67 ) aufweist, die den Beleuchtungslichtstrahlengang unterbricht. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmittel (
33 ) vorgesehen ist, mit dem das Vorratsmittel (7 ) motorisch angetrieben ist. - Auflichtmikroskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (
33 ) einen Schrittmotor (35 ) beinhaltet. - Auflichtmikroskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerungsmittel (
37 ) vorgesehen ist, das das Antriebsmittel (33 ) steuert. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungslichtstrahlenbündel (
3 ) während eines Objektivwechsels automatisch abschwächbar oder blockierbar ist. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein austauschbares optisches Element im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist, wobei das Beleuchtungslichtstrahlenbündel (
3 ) während eines Austauschs des optischen Elements automatisch abschwächbar oder blockierbar ist. - Auflichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflichtmikroskop ein Fluoreszenzmikroskop ist.
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