DE10314125A1 - Anordnung zur Beleuchtung von Objekten mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beleuchtung von Objekten mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bei Mikroskopen, automatischen Mikroskopen und Geräten für fluorenszenzmikroskopische Anwendungen, z.B. bei Auslesegeräten für Titerplatten und Biochip-Readern.
- Bei der Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie werden in üblicher Weise Halogen- oder Bogenlampen als Weißlichtquellen verwendet, um in Kombination mit spektralen Filtern für die Beobachtung oder Messung elektromagnetische Strahlung geeigneter Wellenlänge auf ein zu untersuchendes Objekt oder auf eine zu untersuchende Probe zu bringen. Derartige Weißlichtquellen besitzen jedoch eine geringe Lebensdauer, so daß ein häufiger Wechsel der Lichtquelle vorgenommen werden muß. Bei diesen Lichtquellen ist auch eine starke Wärmeentwicklung zu verzeichnen, die sich ungünstig auf die Beobachtungen und Messungen auswirken kann. Weiterhin müssen in hohem Maße bei den Lichtquellen nicht genutzte Spektralanteile in irgendeiner Weise unterdrückt werden. Ein weiterer Nachteil dieser Lichtquellen besteht darin, daß ein rasches Ein- und Ausschalten nicht möglich ist, da diese Lichtquellen zum Nachglimmen neigen.
- Es sind LEDs mit einer für die Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie ausreichenden Lichtausgangsleistung von mehr als 100 mW bekannt und verfügbar. Dabei handelt es sich überwiegend um farbige LEDs mit einer spektralen Halbwertbreite von etwa 20 bis 50 nm. So gibt es auch Weißlicht-LEDs, die jedoch spektrale Maxima im blauen und grünen Bereich des Spektrums aufweisen. Die Ausgangsleistungen farbiger LEDs sind vergleichbar mit der Lichtleistung, die eine Halogen- oder Bogenlampe nach einer spektralen Filterung auf ca. 20 bis 60 nm Bandbreite des Anregungslichtes aufweist.
- Für visuelle Beleuchtungszwecke in der Mikroskopie ist es Stand der Technik, drei oder mehr LEDs unterschiedlicher Wellenlänge (RGB-Lichtquellen) zu überlagern, um weißes Licht, z.B. für Projektionszwecke, zu erhalten.
- In der
DE 100 17 823 A1 ist eine mikroskopische Beleuchtungsvorrichtung mit einer als Leuchtdiodenanordnung ausgebildeten Lichtquelle beschrieben. Diese Diodenanordnung kann aus Weißlichtdioden oder auch Infrarot-Leuchtdioden bestehen und so ausgebildet sein, daß verschiedene Beleuchtungsarten, wie Auflicht-, Durchlicht- oder kombinierte Beleuchtung der zu untersuchenden Objekte, realisiert werden können. Es kann auch eine "schiefe" Beleuchtung des Objektes erzielt werden. - Nachteil dieser Beleuchtungseinrichtung ist es, daß ein Einschalten und Einbringen verschiedener LEDs in den Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops nicht vorgesehen ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lichtquellenanordnung, insbesondere für Fluoreszenzmikroskope, zu schaffen, die es gestattet, rasch und präzise LED-Strahlungsquellen, welche Licht gleicher und/oder unterschiedlicher Wellenlänge aussenden, nacheinander im Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops zu positionieren.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gemäß dem Oberbegriff ausgeführten Anordnung mit den kennzeichnenden Mitteln des ersten Anspruchs gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung offenbart. Dabei ist die Aufnahmevorrichtung vorteilhaft als ein um die Achse drehbarer Drehteller, an dem die Halterungen vorgesehen sind, ausgebildet.
- Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es vorteilhaft, wenn die Halterungen so ausgebildet und an der Aufnahmevorrichtung angeordnet sind und auf der Aufnahmevorrichtung angebracht sind, daß die Hauptabstrahlrichtung der darauf angeordneten mindestens einen LED parallel zur Drehachse verläuft.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung kann es auch von Vorteil sein, daß die Halterungen der Aufnahmevorrichtung so ausgebildet und an der Aufnahmevorrichtung angeordnet sind, daß die Abstrahlrichtung der darauf angeordneten mindestens einen LED radial zur Drehachse verläuft.
- Um die von den LEDs erzeugte Strahlung zu bündeln oder zu richten und/oder diese zu homogenisieren, sind in Lichtrichtung hinter dem Lichtaustrittsfenster des Gehäuses eine Kollimatoroptik und/oder ein an sich auf dem Gebiet bekannter Strahlungshomogenisator im Gerätegehäuse vorgesehen.
- Um Lücken im Spektrum des Lichtes mit abzudecken, die nicht von einfarbigen LEDs abgedeckt werden, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn mindestens eine der LEDs eine weißes Licht aussendende LED (Weißlicht-LED) ist.
- Damit die verwendeten LED mit einem höheren Strom betrieben werden können und damit eine höhere Lichtausbeute erreicht werden kann, ist zwischen der Halterung der Aufnahmevorrichtung und der jeweiligen darauf angeordneten LED ein Peltier-Kühlelement zur Kühlung der LED vorgesehen.
- Für gewisse Anwendungen kann es auch von Vorteil sein, daß auf mindestens einer Halterung der Aufnahmevorrichtung eine Halogenlichtquelle oder andere Lichtquelle, z.B. ein Diodenlaser, angeordnet ist.
- Das Gehäuse der Anordnung ist vorteilhaft am Gerätegehäuse abnehmbar befestigt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse justierbar, z.B. mit Hilfe eines Schnellwechselringes in Form einer Ringschwalbe, am Gerätegehäuse angeordnet ist.
- Es ist ferner vorteilhaft, wenn mindestens eine LED in der Halterung auswechselbar in z.B. einer geeigneten Steckfassung angeordnet ist. Auch kann in vorteilhafter Weise mindestens eine LED mit dem zugeordneten Peltier-Kühlelement fest verbunden und zusammen mit diesem in der Halterung auswechselbar angeordnet sein. Bei einem Austausch werden dann die LED zusammen mit dem Peltier-Kühlelement als eine gesonderte Einheit ausgetauscht. LED und zugehöriges Peltier-Kühlelement können auch trennbar miteinander verbunden sein, so daß die LED ohne Peltier-Kühlelement gewechselt werden kann.
- Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
-
1 eine Anordnung mit einer als Drehteller ausgeführten Aufnahmevorrichtung, -
2 eine Draufsicht auf den Drehteller mit den darauf angeordneten LEDs, -
3 eine Anordnung mit einer Aufnahmevorrichtung, bei der die Halterungen radial zur Drehachse angeordnet sind -
4 eine Draufsicht auf die drehbare Aufnahmevorrichtung, -
5 eine Anordnung, bei welcher eine Kollimatoroptik und ein Lichthomogenisator vorgesehen sind und -
6 die Befestigung der Anordnung am Gerätegehäuse. - Bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels sind in den Figuren konstruktions- und funktionsgleiche Bauelemente und Bauteile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
- Die in
1 vereinfacht dargestellte Anordnung zur Beleuchtung von Objekten mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bei Mikroskopen umfaßt ein Gehäuse1 , in welchem eine Lichtaustrittsöffnung2 vorgesehen ist, durch die das Licht von als Lichtquelle verwendeten LEDs3 in den Beleuchtungsstrahlengang, z.B. eines Fluoreszenzmikroskops oder Auslesegerätes für Titerplatten oder Biochip-Reader, eingeleitet werden kann. Im Gehäuse1 ist eine auf einer Welle4 angeordnete und um eine Drehachse5 drehbare Aufnahmevorrichtung6 , in1 als Drehteller dargestellt, angeordnet, welche Halterungen7 umfaßt, an denen Peltier-Kühlelemente8 und die LEDs3 angebracht sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die LEDs3 und die zugehörigen Peltier-Kühlelemente8 zu einer Einheit zusammengefügt sind, um, falls notwendig, gemeinsam in einfacher Weise ausgewechselt wer den zu können. Durch diese Verbindung des Peltier-Kühlelementes8 mit der zugehörigen LED3 wird erreicht, daß die LEDs3 mit einem höheren Strom betrieben werden können und damit eine höhere Lichtausbeute erreichen. In1 sind vier LEDs3 ;3.1 an der Aufnahmevorrichtung6 angeordnet. Prinzipiell können auch mehr oder weniger LEDs3 ;3.1 dort vorhanden sein. Die LEDs3 ;3.1 und die zugeordneten Peltier-Kühlelemente8 sind vorteilhaft der einfachen und raschen Auswechselbarkeit halber durch Schnapp- oder Magnethalterungen (nicht dargestellt) an der Aufnahmevorrichtung6 gehalten. - Zum Antrieb der Welle
4 ist eine Antriebseinrichtung9 , z.B. ein steuerbarer Motor, vorgesehen, mit welchem die für die Beleuchtung der zu untersuchenden Objekte (nicht dargestellt) benötigte oder geeignete LED3 mit der gewünschten Schwerpunktwellenlänge in eine Position vor der Lichtaustrittsöffnung2 positioniert wird, so daß die von der LED3 ausgesendete Strahlung in den Beleuchtungsstrahlengang des Gerätes eingekoppelt werden kann. Die Hauptabstrahlrichtung der LED3 verläuft parallel zur Drehachse5 . - Für eine entsprechende Steuerung der Antriebseinrichtung
9 ist eine Steuereinheit10 vorgesehen, welche durch eine geeignete Software steuerbar ist. Alternativ kann die Positionierung der LEDs3 ;3.1 auch manuell oder durch manuelle Steuerung der Antriebseinrichtung9 erfolgen. - In Lichtrichtung hinter der Lichtaustrittsöffnung
2 sind bei der Ausführung nach1 eine Kollimatoroptik11 zur Lichtbündelung und gegebenenfalls Lichtfilter vorgesehen. Auch kann die Abstrahlfläche der LEDs3 ;3.1 so ausgebildet sein, daß eine das Licht sammelnde Wirkung erreicht wird. So ist die Abstrahlfläche des LED-Körpers linsenförmig ausgebildet,. wie dies in1 bei der LED3.1 dargestellt ist. - Vorteilhaft ist im Bereich des Gehäuses
1 , in dem sich die Lichtaustrittsöffnung2 befindet, ein Aufnahmeflansch12 am Gehäuse1 der Anordnung vorgesehen, welcher Elemente umfaßt, mit denen eine schnelle Befestigung der Anordnung am Gerätegehäuse18 ermöglicht wird. -
2 zeigt die Draufsicht auf die als Drehteller ausgebildete Aufnahmevorrichtung6 , auf welcher vier LEDs3 ;3.1 angeordnet sind. - Die
3 und4 zeigen in verschiedenen Ansichten eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer auf der durch die Antriebseinrichtung9 angetriebene Welle4 angeordneten, prismatischen Aufnahmevorrichtung13 , auf deren vier Umfangsflächen14 jeweils Halterungen7 , Peltier-Kühlelemente8 und die LEDs3 in analoger Weise wie bei der Anordnung nach den1 und2 angeordnet sind. Die Hauptabstrahlrichtung der LEDs3 ist bei dieser Ausführung radial zur Drehachse5 gerichtet. Anstelle von vier LEDs3 können auch bei entsprechender Ausbildung der prismatischen Aufnahmevorrichtung13 mehr oder weniger LEDs vorgesehen werden. - So sind auch bei dieser Anordnung auf jeder Umfangsfläche
14 der prismatischen Aufnahmevorrichtung13 in der Reihenfolge eine Halterung7 , ein Peltier-Kühlelement8 und die entsprechende LED3 positioniert. Die Kollimaterop tik11 , die der Lichtaustrittsöffnung2 zugeordnet ist, befindet sich im Gehäuse1 der Anordnung. Die Steuerung der Antriebseinrichtung9 erfolgt auch hier durch die Steuereinheit10 . -
5 zeigt exemplarisch die in1 und2 dargestellte Anordnung in Verbindung mit Elementen, die das von der LED3 durch die Lichtaustrittsöffnung2 abgestrahlte Lichtbündel formen und homogenisieren. So ist einer bei dieser Ausführung aus mehreren Bauteilen zusammengesetzten Kollimatoroptik15 in Lichtrichtung ein Strahlungshomogenisator16 nachgeordnet. Als Strahlungshomogenisator16 kann beispielsweise ein als Lichtleiter wirkender Glas- oder Kunststoffstab, ein Hohlstab mit verspiegelter Innenfläche oder ein mit Flüssigkeit gefüllter Lichtleiter vorgesehen sein, welcher einen runden oder vieleckigen Querschnitt aufweist. - Die einzelnen LEDs
3 werden vorzugsweise derart ausgewählt, daß ihr abgestrahltes Licht ein Spektrum aufweist, welches sich in guter Übereinstimmung mit den Absorptionsspektren von häufig verwendeten Fluorophoren, wie FITS, Cy3, Cy5, APC u.a., befindet. - Um Lücken im Spektrum der LEDs
3 bei den Beobachtungen und Messungen mit abzudecken, kann mindestens eine der LEDs3 durch eine Weißlichtquelle17 (2 ) ersetzt werden. Vorzugsweise kann man auch eine weißes Licht abstrahlende Weißlicht-LED einsetzen. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann auch eine LED-Position auf der Halterung7 mit einer Halogenlichtquelle17 , z.B. einer Halogenlampe mit Reflektor, bestückt sein. - In
6 ist eine bevorzugte einfache Befestigung des Gehäuses1 der Anordnung am Gerätegehäuse18 des Mikroskops oder Auslesegerätes dargestellt. Es ist ein Schnellwechselring, z.B. in Form einer Ringschwalbe, vorgesehen, bestehend aus dem am Gehäuse1 angeordneten Aufnahmeflansch12 und den am Gerätegehäuse18 angeordneten, mit dem Flansch12 zusammenwirkenden Gegenstück19 . Durch diese Verbindung ist eine rasche Auswechslung der gesamten Anordnung möglich. -
- 1
- Gehäuse
- 2
- Lichtaustrittsöffnung
- 3
- LED
- 3.1
- LED mit Sammellinse
- 4
- Welle
- 5
- Drehachse
- 6
- Aufnahmevorrichtung
- 7
- Halterung
- 8
- Peltier-Kühlelement
- 9
- Antriebseinrichtung
- 10
- Steuereinheit
- 11
- Kollimatoroptik
- 12
- Aufnahmeflansch
- 13
- Aufnahmevorrichtung
- 14
- Umfangsflächen
- 15
- Kollimatoroptik
- 15.1; 15.2
- Bauteil
- 16
- Strahlungshomogenisator
- 17
- Halogenlichtquelle
- 18
- Gerätegehäuse
- 19
- Gegenstück
Claims (10)
- Anordnung zur Beleuchtung von Objekten mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bei Mikroskopen, automatischen Mikroskopen und Geräten für fluoreszenzmikroskopischen Anwendungen, umfassend LED-Lichtquellen zur Objektbeleuchtung, welche im Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops oder Gerätes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – daß eine um eine Drehachse (
5 ) drehbare Aufnahmevorrichtung (6 ;13 ) mit Halterungen (7 ) für jeweils mindestens eine LED (3 ;3.1 ) vorgesehen ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (6 ) in einem am Gerätegehäuse (18 ) ansetzbaren oder im Gerätegehäuse (18 ) positionierten Gehäuse (1 ) angeordnet ist, – und daß eine Antriebseinrichtung (9 ) zur definierten Einstellung der Aufnahmevorrichtung (6 ;13 ) derart vorgesehen ist, daß die LED (3 ;3.1 ) mit der jeweils für Messungen und/oder Beobachtungen benötigten Schwerpunktwellenlänge vor einer Lichtaustrittsöffnung (2 ) des Gehäuses (1 ) positionierbar ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (
7 ) so ausgebildet und auf der Aufnahmevorrichtung (6 ) angebracht sind, daß die Hauptabstrahlrichtung der darauf angeordneten mindestens einen LED (3 ;3.1 ) parallel zur Drehachse (5 ) verläuft. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (
7 ) der Aufnahmevorrichtung (13 ) so ausgebildet sind, daß die Abstrahlrichtung der darauf angeordneten mindestens einen LED (3 ;3.1 ) radial zur Drehachse (5 ) verläuft. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Lichtrichtung hinter der Lichtaustrittsöffnung (
2 ) des Gehäuses (1 ) eine Kollimatoroptik (11 ;15 ) und/oder ein Strahlungshomogenisator (16 ) im Gerätegehäuse (1 ) vorgesehen ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der LEDs (
3 ;3.1 ) eine weißes Licht aussendende Weißlicht-LED ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Halterung (
7 ) der Aufnahmevorrichtung (6 ;13 ) und der jeweiligen darauf angeordneten LED (3 ;3.1 ) ein Peltier-Kühlelement (8 ) zur Kühlung der LED (3 ;3.1 ) vorgesehen ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Halterung (
7 ) der Aufnahmevorrichtung (6 ;13 ) eine Halogenlichtquelle (17 ) oder andere Lichtquelle angeordnet ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit Hilfe eines Schnellwechselringes in Form einer Ringschwalbe am Gerätegehäuse (
18 ) angeordnet ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine LED (
3 ;3.1 ) ohne das zugehörige Peltier-Kühlelement (8 ) auswechselbar in der Halterung (7 ) angeordnet ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine LED (
3 ;3.1 ) mit dem zugeordneten Peltier-Kühlelement (8 ) fest verbunden ist und zusammen mit diesem in der Halterung (7 ) auswechselbar angeordnet ist.
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