DE19729245C1 - Mirror objective and the use thereof - Google Patents

Mirror objective and the use thereof

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DE19729245C1
DE19729245C1 DE1997129245 DE19729245A DE19729245C1 DE 19729245 C1 DE19729245 C1 DE 19729245C1 DE 1997129245 DE1997129245 DE 1997129245 DE 19729245 A DE19729245 A DE 19729245A DE 19729245 C1 DE19729245 C1 DE 19729245C1
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DE1997129245
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Rolf Guenther
Norbert Garbow
Stefan Hummel
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Evotec Biosystems GmbH
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit einem Spiegelobjektiv nach Anspruch 1 und die Fokussierung von elektromagnetischer Strahlung durch die optische Vorrichtung. The present invention relates to an optical device comprising a mirror objective according to claim 1 and the focusing of electromagnetic radiation by the optical device.

Über die reine Analytik einzelner Moleküle hinaus sind für viele Bereiche - wie auch beispielsweise im Screening nach pharmakologisch aktiven Substanzen - Aussagen über Zustandsparameter der Moleküle wichtig, wie deren Konformation und Wechsel wirkung mit anderen Molekülen oder molekularen Strukturen. Information about the condition parameters of molecules important as their conformation and exchange effectively with other molecules or molecular structures - beyond the mere analysis of single molecules addition, for many areas - as for example in screening for pharmacologically active substances. Moderne Methoden der evolutiven Biotechnologie befassen sich mit hochkomplexen Kollektiven von Molekü len. Modern methods of evolutionary biotechnology deal with highly complex collectives of Molecule len. Es gilt dabei, Moleküle mit spezifischen Wechselwirkungseigenschaften gegen über Zielstrukturen zu identifizieren, dh, eine sogenannte "Fitness" bezüglich einer erwünschten Funktion zu messen. It is a case to identify molecules with specific interaction properties to target structures, ie, with respect to measure a so-called "fitness" of a desired function. Eine solche Fitness läßt sich auf thermodynami sche Parameter wie Bindungskonstanten bzw. Geschwindigkeitskonstanten zurückfüh ren. Such fitness can be ren on thermodynamic parameters such as specific binding constants and rate constants zurückfüh.

Zur Lösung bestimmter Problemstellungen muß oftmals eine sehr große Probenzahl bewältigt werden, die mehr oder weniger zeitgleich analysiert werden sollen. To solve specific problems a very large number of samples must often be managed to be more or less analyzed simultaneously. Hierbei liegen die zu analysierenden Moleküle oftmals nur in kleinen Konzentrationen vor. Here, the molecules to be analyzed are often available only in small concentrations. Als vorteilhafte Analyseverfahren haben sich die Methoden der konfokalen Fluoreszenz spektroskopie bewährt. As an advantageous method of analysis, the methods of confocal fluorescence spectroscopy have proven.

Die WO 94/16313 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung von einem oder wenigen Molekülen durch Verwendung der laserangeregten Fluores zenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS). WO 94/16313 describes a method and apparatus for the identification of one or a few molecules through the use of laser-excited fluorescence zenz correlation spectroscopy (FCS). Das Meßprinzip der FCS beruht darauf, daß fluorophore Moleküle in äußerst verdünnten Lösungen gemessen werden, indem ein relativ kleines Meßvolumen von vorzugsweise ≦ 10 -14 I der Lösung dem Anregungs licht eines Lasers ausgesetzt wird. The measuring principle of the FCS is because fluorophore molecules are measured in extremely dilute solutions, by a relatively small measuring volume of preferably ≦ -14 10 l of solution to the excitation light of a laser is exposed. Moleküle mit entsprechendem Anregungsspektrum, die sich in eben diesem Volumen aufhalten, werden angeregt. Molecules with appropriate excitation spectrum who are in this same volume are excited. Dieses Meßvolumen kann dann mittels der emittierten Fluoreszenzstrahlung auf einen Detektor hoher Sensitivität abgebildet werden. This measurement volume can then be imaged onto a detector by means of high sensitivity of the emitted fluorescence radiation. Es wird die Änderung der Fluoreszenzintensität, die durch die infolge der Diffusionsbewegung wechselnde Molekülzahl im Meßvolumen entsteht, analysiert. It is the change in fluorescence intensity caused by the changing due to the diffusion movement number of molecules in the measuring volume analyzed. Die in WO 94/16313 beschriebene, mit konfokaler Optik ausge stattete Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch eine im Emissionsstrahlengang in der Bildebene des Objektives angeordnete Lochblende oder einen die Lochblende ersetzenden Detektor aus. The equipped apparatus described in WO 94/16313, been with confocal optics is particularly characterized by means disposed in the emission beam path in the image plane of the lens aperture or the pinhole detector replaced. Insbesondere weist die verwendete Optik eine hohe nume rische Apertur auf. In particular, the optics used to a high nume generic aperture.

Die WO 96/13744 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung stoffspezifischer Parameter eines oder weniger Moleküle mittels Korrelations-Spek troskopie, wobei auf die Prinzipien der Nahfeldoptik zurückgegriffen wird. WO 96/13744 describes a method and an apparatus for determining material-specific parameters of one or less molecules by means of spotting correlation spectroscopy, wherein use is made of the principles of the near-field optics.

Die Kopplung optischer Faserarrays an Linsensysteme ist beschrieben (Kufner et al., Micro-optics and lithography, VUBPress, Brussels, 1997, S. 103 und 104; Sazaki et al., Put-in microconnectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays, IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 4, p. 908-911, 1992). The coupling optical fiber array of lens systems described (Kufner et al, micro-optics and lithography, VUBPress, Brussels, 1997, pp 103 and 104;. Sazaki et al, Put-in micro connectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays. , IEEE photon. Technol. Lett. Vol. 4, p. 908-911, 1992).

Katadioptrische Systeme (Mangin-Spiegel, Cassegrain Systeme) sind in der Literatur beschrieben (Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, The Design of Optical Systems; Mc-Graw-Hill Inc., 1990). Catadioptric systems (Mangin mirror, Cassegrain systems) are described in the literature (Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, The Design of Optical Systems, McGraw-Hill Inc., 1990). Wegen des Aufbaus dieser Systeme aus mehreren einzelnen optischen Elementen sind einer Miniaturisierung konstruktiv Grenzen ge setzt. Due to the construction of these systems a plurality of individual optical elements of miniaturization are constructive limits ge sets.

Die Offenlegungsschrift GB 21 19 112 A betrifft ein optisches System mit einem Spiegelobjektiv zur Fokussierung der durch eine Apertur in das Spiegelobjektiv eintre tenden elektromagnetischen Strahlung auf einen mittels reflektiver Flächen vor uner wünschter Untergrundstrahlung abgeschirmten Detektor. Laid-Open Publication GB 21 19 112 A relates to an optical system with a mirror objective for focusing through an aperture in the mirror objective eintre Tenden electromagnetic radiation to a shielded by reflective surfaces from unwanted wünschter background radiation detector.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System mit einem Spiegel objektiv zu schaffen, das einen für mindestens zwei Wellenlängen beugungsbegrenz ten aberrationsfreien Fokus und eine möglichst große numerische Apertur aufweist und das sowohl für den Beleuchtungs- wie auch für den Detektionsstrahlengang genutzt wird, wobei die "Sehfelder" der Excitationsstrahlenquelle und des Detektors in der zu untersuchenden Probe sich überlagern bzw. im wesentlichen identisch sind. The object of the present invention is to provide an optical system with a mirror lens having a beugungsbegrenz for at least two wavelengths th aberration focus and the greatest possible numerical aperture and which is used both for illumination as well as for the detection beam path, wherein the "fields of view" of the Excitationsstrahlenquelle and the detector in the sample to be examined are superimposed or are substantially identical.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird gelöst durch eine optische Vorrich tung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungen der Erfin dung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. The object underlying the invention problem is solved by an optical Vorrich processing according to claim 1. Advantageous embodiments and applications of the dung OF INVENTION are specified in the remaining claims.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. An exemplary embodiment of the invention is explained with reference to the drawings. Im einzelnen zeigen: In detail:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines miniaturisierten Spiegelobjektivs, Fig. 1 is a side view of a miniaturized mirror objective,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vielzahl von arrayweise angeordneten Spiegelobjektiven zur quasi-parallelen Untersuchung einer Vielzahl von Proben Fig. 2 is a schematic representation of a plurality of array-arranged mirror lenses for quasi-parallel analysis of a plurality of samples

In Fig. 1 ist schematisch ein Spiegelobjektiv in Seitenansicht dargestellt. In Fig. 1, a mirror objective is illustrated in schematic side view. In dem in Fig. 1 dargestellten Fall dient das Spiegelobjektiv 10 der Fokussierung von einfallen der Excitationsstrahlung 12 , die im folgenden auch als "Excitationslicht" bezeichnet wird, in einem Fokus 14 , der innerhalb der zu untersuchenden Probe 16 angeordnet ist, wobei in Folge des Excitationslichts 12 in der Probe 16 Emissionsstrahlung bzw. Emissionslicht erzeugt wird, die das Spiegelobjektiv 10 in zur Einfallsrichtung des Excitationslichts entgegengesetzter Richtung verläßt. In the example shown in Fig. 1 case, the mirror objective 10 of the focusing of incident of the excitation radiation 12, which is also referred to as "Excitationslicht" is used in a focus 14, which is arranged inside of the test sample 16, wherein a result of the Excitationslichts in the sample 16 emitting radiation or emission light 12 is generated, the 10 in the direction of incidence of Excitationslichts leaving the mirror objective opposite direction. Das Spiegelobjektiv 10 weist mindestens ein optisches Element 18 aus einem optisch transparenten Material auf und eine dem einfallenden Excitationslicht 12 zugewandte erste Außenfläche 20 sowie eine der Probe 16 und damit dem Fokus 14 zugewandte und der ersten Außenfläche 20 abgewandte zweite Außenfläche 22 auf. The mirror objective 10 has at least one optical element 18 of an optically transparent material and the incident Excitationslicht 12 facing first outer surface 20 and a sample 16, and thus the focus 14 facing and the first outer surface 20 facing away from second outer surface 22. Die erste Außenfläche weist eine bildseitig konkave erste Außenfläche 24 auf, die eine im wesentlichen lichtreflektierende Be schichtung 26 trägt. The first outer surface comprises an image side concave first outer surface 24, the coating a substantially light reflecting Be 26 carries. Die erste Außenfläche 24 weist einen allseitig von der Beschich tung 26 umschlossenen Bereich 28 auf, indem sie frei von der Beschichtung 26 ist. The first outer surface 24 has a processing on all sides from coating 26 enclosed area 28 by being free of the coating 26th Der Bereich 28 stellt damit eine Durchgangsöffnung für das Excitations- und das Emissionslicht dar. Das Material der Beschichtung 26 ist derart gewählt, daß die erste Außenfläche 24 in ihrem mit dem Beschichtungsmaterial 26 versehenen Bereich für von innen auftreffende Strahlung wie eine Spiegelfläche (erste Spiegelfläche) wirkt. Thus the region 28 is a passage opening for the excitation and the emission light. The material of the coating 26 is selected such that the first outer surface 24 as a mirror surface in its provided with the coating material 26 range for incident from the inside radiation (first mirror surface) acts.

Die zweite Außenfläche 22 weist unterschiedlich gewölbte Abschnitte auf. The second outer surface 22 has different curved portions. In ihrem mittleren Bereich und der Öffnung 28 gegenüberliegend ist die zweite Außenfläche 22 mit einem relativ stark konvex gewölbten Abschnitt 32 versehen, an den sich nach außen hin allseitig ein weniger stark gewölbter Flächenabschnitt 34 ringförmig an schließt. In its central region, and the opening 28 opposite the second outer surface 22 is provided 32 with a relatively strongly convex portion located on all sides, a less strongly curved surface portion 34 connects to the outwardly annularly on. Der Abschnitt 32 der zweiten Außenfläche 22 ist mit einem Beschichtungs material von außen beschichtet, das im wesentlichen spiegelnd ist. The portion 32 of the second outer surface 22 is coated with a coating material from the outside, which is substantially specular. In ihrem Abschnitt 34 ist die zweite Außenfläche 22 lichtdurchlässig, so daß über diesen Abschnitt 34 Licht, im allgemeinen unter Lichtbrechung, in das Element 18 ein- bzw. aus dem Element 18 austreten kann. In its portion 34, the second outer surface 22 is transparent so that one light 34 on this section generally below refraction, in the element 18 and can exit from the element 18th Insoweit handelt es sich bei dem Abschnitt 34 der zweiten Außenfläche 22 um eine Lichtdurchlaßfläche, insbesondere um eine Refraktions fläche, während der Abschnitt 32 für von innen auftreffendes Licht wie eine Spiegel fläche (zweite Spiegelfläche) wirkt. In that regard, it is at the portion 34 of the second outer surface 22 around a Lichtdurchlaßfläche, in particular a refraction surface, while the section 32 acts for incident light from the inside as a mirror surface (second mirror surface).

Wie man anhand von Fig. 1 erkennen kann, befindet sich das Spiegelobjektiv 10 in unmittelbarer Nähe einer Glas- oder Kunststoffplatte bzw. -folie 38 , wobei der Bereich zwischen der Folie 38 und der zweiten Außenfläche 22 des Elements 18 durch eine Immersionsflüssigkeit 40 ausgefüllt ist, bei der es sich insbesondere um Wasser oder um Immersionsöl handelt. As can be seen with reference to FIG. 1, is the mirror objective 10 in close proximity to a glass or plastic plate or foil 38, wherein the region between the film 38 and the second outer surface 22 of the element is filled with an immersion liquid 40 18 , which is in particular is water or immersion oil. Auf der dem Spiegelobjektiv 10 abgewandten Seite der Folie 38 befindet sich die zu untersuchende Probe 16. Die Dicke der Folie beträgt vorzugsweise zwischen 100 bis 200 µm. Facing away from the mirror objective 10 side of the film 38 is located to the test sample 16. The thickness of the film is preferably between 100 to 200 microns.

Die Funktionsweise des Spiegelobjektivs 10 und insbesondere die Ausbreitung von Licht innerhalb des Spiegelobjektivs sind wie folgt. The operation of the mirror objective 10 and in particular the spread of light within the mirror objective are as follows. Über die Öffnung 28 tritt Excita tionslicht 12 in das optische Element 18 ein. Excita occurs tion light through the opening 28, the optical element 12 in 18 a. Dieses Excitationslicht 12 wird an der zweiten Spiegelfläche 32 divergent gespiegelt und trifft auf die erste Spiegelfläche 24 auf. This Excitationslicht 12 is mirrored divergent at the second mirror surface 32 and is incident on the first mirror surface 24th Von dort wird das Excitationslicht 12 in Richtung auf die Lichtdurchlaßfläche 34 gespiegelt. From there, the Excitationslicht is mirrored towards the Lichtdurchlaßfläche 34 12th Durch diese Lichtdurchlaßfläche 34 tritt das Excitationslicht 12 insbeson dere unter Lichtbrechung aus und durch die Immersionsflüssigkeit 40 hindurch. By this Lichtdurchlaßfläche 34, the Excitationslicht 12 occurs in particular under light refraction and by the immersion liquid 40. Des weiteren durchdringt das Excitationslicht 12 die Folie 38 und wird im Fokus 14 fokus siert. Further penetrates the Excitationslicht 12, the film 38 and is in focus 14 Siert focus. Der sich in der zu untersuchenden Probe 16 befindende Fokus 14 weist insbe sondere ein Volumen im Bereich von ≦ 10 -12 I, bevorzugt ≦ 10 -14 I, auf. Which exploiting Dende in the sample to be examined 16 focus 14 has in particular sondere a volume in the range of ≦ 10 -12 I, preferably ≦ 10 -14 I, on. In der Probe 16 durch das Excitationslicht 12 des Fokus 14 angeregte Emissionsstrahlung gelangt in zur Ausbreitungsrichtung des Excitationslichts 12 entgegengesetzter Richtung zurück in das optische Element 18 und über die Öffnung 28 aus diesem heraus. In the sample 16 through the Excitationslicht 12 of the focus 14 stimulated emission radiation in the direction of propagation of the Excitationslichts 12 opposite direction passes back out into the optical element 18 and via the opening 28 in this.

Der Vorteil des hier beschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Spiegelobjektives 10 besteht darin, daß die Reflektionsflächen und die insbesondere als Spiegelfläche ausgestaltete Lichtdurchlaßfläche 34 an einem gemeinsamen Element ausgebildet sind. The advantage of the mirror objective 10 described herein and shown in Fig. 1 is that the reflection surfaces and configured in particular as a mirror surface Lichtdurchlaßfläche are formed on a common element 34. Damit läßt sich das Spiegelobjektiv einteilig, dh monolithisch realisieren. So that the mirror objective can be in one piece, that is realized monolithically. Das wiederum hat Vorteile im Hinblick auf eine Miniaturisierung des Spiegelobjektivs. This in turn has advantages in terms of miniaturization of the mirror objective. So lassen sich beispielsweise Spiegelobjektive 10 herstellen, deren Erstreckungen quer zur Lichteinfallsrichtung und in Lichteinfallsrichtung im Millimeter- oder im Submilli meterbereich liegen. Thus, for example, mirror 10 can be manufactured lenses whose extensions are transverse to the direction of light incidence and in the light incidence direction in the millimeter or micrometer range Submilli.

Als besonders vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, daß der Abstand zwischen der optisch durchlässigen Folie 38 und dem Fokus 14 geringer als 1000 µm ist und insbesondere zwischen 50 µm und 300 µm beträgt. Particularly advantageous is also preferred that the distance between the optically transmissive film 38 and the focus 14 is less than 1000 microns and more preferably between 50 microns and 300 microns. Hierdurch lassen sich Adsorp tionseffekte der zu untersuchenden Substanzen an der optisch durchlässigen Folie 38 sowie Störeffekte, wie z. Thereby Adsorp can tion effects of the test substances on the optically permeable film 38 as well as interference effects such. B. Streueffekte beim Durchtritt der Excitations- und/oder Emissionsstrahlung innerhalb der Probe, minimieren. B. scattering effects during the passage of the excitation and / or emission radiation within the sample, minimize.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtdurchlaßfläche 34 gekrümmt, insbesondere hyperbolisch oder sphärisch. In a preferred embodiment, the Lichtdurchlaßfläche 34 is curved, in particular hyperbolic or spherical. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Lichtdurchlaßfläche 34 planar auszuprägen. However, it may also be advantageous to stamp out the planar Lichtdurchlaßfläche 34th Sie kann ferner mit diffraktiven optischen Elementen versehen sein. It can further be provided with diffractive optical elements. Die Lichtdurchlaßfläche 34 kann insbesondere eine Be schichtung aus dielektrischen und/oder polarisationsselektiven und/oder farbigen Materialien aufweisen. The Lichtdurchlaßfläche 34 may, in particular a coating of dielectric loading and / or polarization-selective and / or colored materials have.

Das optisch transparente Material des optischen Elementes 18 kann eine homogene Brechzahl aufweisen. The optically transparent material of the optical element 18 can have a homogeneous refractive index. In einer weiteren Ausgestaltung besteht das optische Element 18 jedoch aus optisch transparenten Materialien mit unterschiedlichen Brechzahlen. In a further embodiment, however, the optical element 18 is made of optically transparent materials with different refractive indices. In bevorzugter Weise variiert die Brechzahl des optischen Elementes 18 radialsymme trisch zur optischen Achse 11 und/oder entlang der optischen Achse 11. Preferably, the refractive index of the optical element 18 varied radialsymme symmetrical to the optical axis 11 and / or along the optical axis. 11

Es ist ferner bevorzugt, die erste Spiegelfläche 24 elliptisch oder sphärisch auszuge stalten, während die zweite Spiegelfläche 32 insbesondere sphärisch ist. It is further preferred, the first mirror surface 24 or elliptically spherical extracts Stalten, while the second mirror surface 32 is, in particular spherical.

Die Abbildungseigenschaften des Spiegelobjektives sind in bevorzugter Weise an die Dicke der Folie 38 und/oder die Brechzahl der lmmersionsflüssigkeit 4 0, der Folie 38 , welche insbesondere ein Deckglas sein kann, und/oder der Probe 16 anzupassen. The imaging properties of the mirror objective are to be adjusted, preferably, to the thickness of the film 38 and / or the refractive index of lmmersionsflüssigkeit 4 0, of the film 38, which may in particular be a cover glass, and / or the sample sixteenth Hierzu lassen sich insbesondere die Krümmungsradien der ersten Spiegelfläche 24 und/oder der zweiten Spiegelfläche 32 und/oder der Lichtdurchlaßfläche 34 in geeig neter Weise gestalten. For this purpose, in particular, the radii of curvature of the first mirror surface 24 and / or the second mirror surface 32 and / or 34 can be designed in Lichtdurchlaßfläche geeig neter manner. In einer weiteren Ausgestaltung kann das Spiegelobjektiv auch ohne Folie 38 und/oder lmmersionsflüssigkeit 40 verwendet werden, wobei die Probe 16 in diesem Fall insbesondere als sog. hängender Tropfen mit der Außenseite 22 in Kontakt steht. In another embodiment of the mirror objective can be used lmmersionsflüssigkeit 40 without foil 38 and / or wherein the sample is 16 in this case in particular as a so-called. Hanging drop with the outer side 22 in contact. Ferner ist für das optische Element 18 ein optisch transparentes Material mit einer geeigneten Brechzahl wählbar. Further, an optically transparent material having an appropriate refractive index is selected for the optical element 18th Hierbei kann es sich um im Stand der Technik bekannte Glas- oder auch geeignete Kunststoffmaterialien, wie z. This may be in the art known glass or suitable plastic materials such. B. Polycarbonate, optischer Qualität handeln. As polycarbonates, acting optical quality.

Im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung 28 ist insbesondere eine Blende angeordnet. In the area of light passage opening 28, a diaphragm is arranged in particular. Es kann ferner bevorzugt sein, die Blende durch einen Detektor, insbesondere durch miniaturisierte Detektorelemente, zu ersetzen. It may also be preferable to replace the diaphragm by a detector, in particular by means of miniaturized detecting elements. Das erfindungsgemäße Spiegelobjektiv 10 weist eine nur sehr geringe chromatische Aberration und Queraberration auf, so daß es insbesondere vorteilhaft ist, im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung 28 eine optische Faser, insbesondere eine Monomodefaser, anzukoppeln. The mirror objective 10 according to the invention has a very low chromatic aberration and lateral aberration, so that it is particularly advantageous in the field of light transmission aperture 28, an optical fiber, in particular a single-mode fiber to be coupled. Die von der Probe ausgehende Emissionsstrahlung kann mit dieser Faser gesammelt und beispielsweise über einen dichroitischen Spiegel einer geeigneten Detektionsvorrichtung zugeführt werden. The radiation emanating from the sample emitted radiation can be collected with this fiber and supplied for example via a dichroic mirror of a suitable detection device. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kopplung zwischen Glasfaser und dem ein geeignetes Kopplungsmaterial aufweisenden Spiegelobjektiv mittels Ver schmelzung mit der Faser oder über einen sog. Plug-in-Microconnector (Kufner et al., Micro-optics and lithography, VUBPress, Brussels, 1997, S. 103 und 104; Sazaki et al., Put-in microconnectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays, IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 4, p. 908-911, 1992) herzustellen. It has proven advantageous, the coupling between the optical fiber and the a suitable coupling material having mirror objective by means of encryption merger with the fiber or a so-called. Plug-in Micro Connector (Kufner et al., Micro-optics and lithography, VUBPress, Brussels, 1997, pp 103 and 104;. Sazaki et al, put in micro connectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays, IEEE photon Technol Lett vol 4, p 908-911, to produce 1992)...... Allgemein können Mittel zur variablen Ankopplung der optischen Faser im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung 28 und/oder entlang der optischen Achse 11 vorgesehen sein. Generally, means may be provided along the optical axis 11 for the variable coupling of the optical fiber in the region of light passage opening 28 and / or.

Es kann ferner bevorzugt sein, weitere optische Elemente, insbesondere Linsen und/oder Spiegel und/oder optische Filter entlang der optischen Achse 11 des Spie gelobjektives 10 anzuordnen. It may also be preferable to further optical elements, in particular lenses and / or mirrors and / or optical filter along the optical axis 11 of the Spie gelobjektives to arrange 10th

Um mögliche Variationen der Dicke der optisch durchlässigen Folie auszugleichen und/oder um die Oberflächenform des Spiegelobjektives 10 zu variieren, kann es bevorzugt sein, insbesondere an der ersten Außenseite 20 Piezoaktuatoren und/oder elektrostriktive Aktuatoren anzuordnen. In order to compensate possible variations of the thickness of the optically transparent film and / or to vary the surface shape of the mirror objective 10, it may be preferable, especially at the first outer side 20 piezo actuators and / or electrostrictive actuators to arrange. Eine Krümmungsradius-veränderung der Spiegelflächen 24 und/oder 32 und/oder der Lichtdurchlaßfläche 34 läßt sich auch durch eine geeignete Anordnung eines ausdehungsfähigen Materials, beispielsweise eines temperierbaren Metallrahmens, im Bereich des optischen Elementes 18 erzie len. A radius of curvature change of the mirror surfaces 24 and / or 32 and / or the Lichtdurchlaßfläche 34 can also be by a suitable arrangement of a ausdehungsfähigen material, for example a temperature-controlled metal frame erzie in the region of the optical element 18 len.

In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Außenseite 22 vollständig oder zumindest partiell mit einem optisch transparenten Material beschichtet. In a further embodiment, the second outer side 22 is fully or at least partially coated with an optically transparent material. Dieses besitzt insbesondere dieselbe Brechzahl wie die verwendete lmmersionsflüssigkeit 40 . This particular has the same refractive index as the lmmersionsflüssigkeit used 40th Durch geeignete Beschichtung läßt sich eine planare Fläche des Spiegelobjektives 10 auf der der Immersionsflüssigkeit zugewandten Seite erzielen. By suitable coating to a planar surface of the mirror objective 10 can on the side facing the immersion liquid page achieve.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lage des erfindungsgemäßen Spiegel objektives 10 zu einem die zu untersuchende Probe 16 enthaltenen Gefäß dreidimen sional z. In a preferred embodiment, the position of the mirror objective according to the invention is the 10 to a sample 16 to be examined vessel contained three-dimen sional z. B. mittels der Piezotechnik steuerbar. B. controlled by means of piezo technology. Hierzu können Mittel zum Positionieren des Spiegelobjektives 10 relativ zur Probe 16 vorgesehen sein. For this purpose, means for positioning the mirror objective 10 can be provided relative to the sample sixteenth Es wird ferner ermög licht, die Probe zu rastern. It is further allowed light to scan the sample.

Es ist weiterhin bevorzugt, die erfindungsgemäße Mikrooptik in Form eines Multiarrays anzuordnen, um somit eine Vielzahl von Proben 16 , welche in geeigneten sog. Mikro titrationsplatten vorliegen, quasi gleichzeitig untersuchen zu können. It is further preferred to arrange the micro-optics according to the invention in the form of a multi-array to thereby, a plurality of samples 16, which are present in appropriate titration plates called. Micro investigate virtually simultaneously. Ein derartiger Aufbau ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Such a structure is shown schematically in Fig. 2. Hierdurch ergeben sich insbesondere Verwendungsmöglichkeiten im Bereich des Hochdurchsatz-Screenings nach pharma kologisch aktiven Substanzen. In this way, in particular using possibilities arise in the field of high-throughput screening for pharmaceutical ecologically active substances. Die in Spalten und Reihen angeordneten optischen Elemente 18 sind integral an einem gemeinsamen Trägerkörper 44 ausgebildet und weisen Lichtleiter 46 auf, die zu einem optischen Linsenarray 48 mit einer Vielzahl von Linsen 50 führen, über die Excitationsstrahlung in die Lichtleiter 46 eingekoppelt und Emissionsstrahlung der Proben aus den Lichtleitern 46 ausgekoppelt wird. Arranged in columns and rows, optical elements 18 are integrally formed on a common support body 44 and have optical fiber 46 leading to an optical lens array 48 having a plurality of lenses 50, coupled via the excitation radiation into the light guide 46 and the emission radiation of the samples from the light guides is coupled 46th

Das erfindungsgemäße Spiegelobjektiv 10 ist insbesondere in der optischen Raster mikroskopie wie z. The mirror objective 10 according to the invention is in particular in the optical-scanning microscopy such. B. der laserangeregten Fluoreszenzrastermikroskopie einsetzbar. For example, the laser-excited fluorescence scanning microscopy can be used. Es kann ferner auch bevorzugt Verwendung in der Spektroskopie finden. It may also also are preferably used in spectroscopy. Hier sind insbesondere die Lumineszenzspektroskopie wie FCS, Ramanspektroskopie, Licht streuung und Absorptionsspektroskopie zu nennen. In particular the luminescence as FCS, Raman spectroscopy, scatter light and to call absorption spectroscopy. Die Excitation der in der Probe 16 befindlichen Moleküle kann durch Ein- oder Mehrphotonenanregung erfolgen. The excitation of the molecules in the sample 16 may be by single or multi-photon excitation.

Ein weiteres Verwendungsfeld des erfindungsgemäßen Spiegelobjektives 10 ist in der Medizintechnik und hier insbesondere in der Endoskopie zu sehen. Another field of use of mirror objective 10 of the invention can be seen in medical and particularly in endoscopy.

Claims (17)

  1. 1. Optische Vorrichtung mit einem Spiegelobjektiv mit 1. An optical device comprising a mirror objective with
    • 1. mindestens einem optischen Element ( 18 ) aus einem optisch transpa renten Material, wobei 1. at least one optical element (18) of an optically transpa pensions material, wherein
    • 2. das optische Element ( 18 ) eine erste Außenfläche ( 20 ) und eine zu dieser abgewandte und dem Fokus ( 14 ) zugewandte zweite Außen fläche ( 22 ) aufweist, 2. The optical element (18) has a first outer surface (20) and facing an opposite to it and the focus (14), second outer surface (22),
    • 3. die erste Außenfläche ( 20 ) eine bildseitig konkave erste Spiegelfläche ( 24 ) mit einer Lichtdurchlaßöffnung aufweist, und 3. the first outer surface (20) having an image side concave first mirror surface (24) with a light transmission opening, and
    • 4. die zweite Außenfläche ( 22 ) eine objektseitig konvexe zweite Spiegel fläche ( 32 ), die auf der optischen Achse ( 11 ), der Lichtdurchlaßöffnung ( 28 ) der ersten Außenfläche ( 20 ) gegenüberliegend, angeordnet ist, und eine um die zweite Spiegelfläche ( 32 ) herum angeordnete Lichtdurchlaß fläche ( 34 ) aufweist, wobei 4. the second outer surface (22) an object-side convex second mirror surface (32) on the optical axis (11) of the light passage opening (28) of the first outer surface (20) oppositely disposed, and one (the second mirror surface 32) having disposed around light transmission area (34), wherein
    • 5. durch die Lichtdurchlaßöffnung ( 28 ) von einer Strahlungsquelle einfal lende elektromagnetische Strahlung ( 12 ) an der zweiten Spiegelfläche ( 32 ) in Richtung auf die erste Spiegelfläche ( 24 ) und von dort in Rich tung auf die Lichtdurchlaßfläche ( 34 ) reflektiert wird, wo sie aus der zweiten Außenfläche ( 22 ) des optischen Elementes ( 18 ) austritt und im Fokus ( 14 ) fokussiert wird und 5 through the light passage opening (28) from a radiation source einfal loin electromagnetic radiation (12) on the second mirror surface (32) towards the first mirror surface (24) and from there tung in Rich on the Lichtdurchlaßfläche (34) is reflected where it emerges from the second outer surface (22) of the optical element (18) and the focus (14) is focused and
    • 6. im Fokus ( 14 ) erzeugte elektromagnetische Strahlung durch die Licht durchlaßfläche ( 34 ) in das optische Element ( 18 ) gelangt und an der ersten Spiegelfläche ( 24 ) in Richtung auf die zweite Spiegelfläche ( 32 ) sowie von dort in Richtung auf die Lichtdurchlaßöffnung ( 28 ) reflektiert wird, durch die sie aus dem optischen Element ( 18 ) austritt, und wobei 6. Focus (14) passes electromagnetic radiation generated by the light transmitting surface (34) into the optical element (18) and on the first mirror surface (24) towards the second mirror surface (32) and from there towards the light transmission opening (28) is reflected by it from the optical element (18) emerges, and wherein
    • 7. im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung ( 28 ) mindestens eine Blende und/oder eine optische Faser angeordnet ist. 7 in the area of light passage opening (28) at least one aperture and / or an optical fiber is arranged.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdurchlaß fläche ( 34 ) gekrümmt, insbesondere hyperbolisch oder sphärisch und/oder mit diffraktiven optischen Elementen versehen ist. Is 2. The device according to claim 1, characterized in that the light transmission area (34) is curved, in particular spherical or hyperbolic and / or provided with diffractive optical elements.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdurchlaßfläche ( 34 ) insbesondere mit dielektrischen und/oder polarisa tionsselektiven und/oder farbigen Materialien beschichtet ist. 3. Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that the Lichtdurchlaßfläche (34), in particular with dielectric and / or polarization while selective and / or colored materials is coated.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch transparente Material des optischen Elementes ( 18 ) eine inhomo gene Brechzahl aufweist, die insbesondere radialsymmetrisch zur optischen Achse ( 11 ) und/oder entlang der optischen Achse ( 11 ) variiert. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optically transparent material of the optical element (18) has a inhomo gene refractive index which in particular radially symmetrical to the optical axis (11) and / or along the optical axis (11) varied.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spiegelfläche ( 32 ) sphärisch ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second mirror surface (32) is spherical.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spiegelfläche ( 24 ) elliptisch oder sphärisch ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first mirror surface (24) is elliptical or spherical.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Fokus ( 14 ) und zweiter Außenfläche ( 22 ) eine optisch transpa rente Folie ( 38 ) und/oder Immersionsflüssigkeit ( 40 ), insbesondere Wasser oder Immersionsöl, befindet. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the focus (14) and second outer surface (22) an optically transpa pension film (38) and / or the immersion liquid (40), in particular water or oil immersion, is located.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung ( 28 ) mindestens eine Monomodefaser, angeordnet ist. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the area of light passage opening (28) is arranged at least one single-mode fiber.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung ( 28 ) und/oder entlang der optischen Achse ( 11 ) Mittel zur variablen Ankopplung einer optischen Faser angeordnet sind. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the area of light passage opening (28) and / or along the optical axis (11) are arranged means for variably coupling an optical fiber.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß längs der optischen Achse ( 11 ) weitere optische Elemente, insbesondere Linsen und/oder Spiegel und/oder optische Filter, angeordnet sind. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that along the optical axis (11), further optical elements, in particular lenses and / or mirrors and / or optical filters, are arranged.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere an der ersten Außenfläche ( 20 ) Mittel, insbesondere Piezoaktua toren und/oder elektrostriktive Aktuatoren, zur Variation der Oberflächenform des Spiegelobjektivs angeordnet sind. 11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that in particular on the first outer surface (20) comprises means, in particular Piezoaktua factors and / or electrostrictive actuators for variation of the surface shape of the mirror objective are arranged.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Außenfläche ( 22 ) vollständig oder partiell mit einem optisch transpa renten Material, welches insbesondere den Brechzahl der verwendeten Immer sionsflüssigkeit ( 40 ) aufweist, beschichtet ist, wobei die Oberfläche des Mate rials zur Immersionsflüssigkeit ( 40 ) hin insbesondere plan ausgestaltet ist. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the second outer surface (22) is completely or partially optically transpa pensions material having in particular the refractive index of the immersion liquid (40) used is coated with a, wherein the surface the mate rials to the immersion liquid (40) is configured in particular towards plan.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Positionierung des Spiegelobjektivs ( 10 ) relativ zur Probe ( 16 ) vorge sehen sind. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that pre-positioning means of the mirror objective (10) relative to the sample (16) are seen.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere optische Elemente ( 18 ) insbesondere als Array ( 42 ) in vorzugsweise orthogonal zueinander verlaufenden Spalten und Reihen insbesondere mono lithisch auf einem gemeinsamen Trägerkörper ( 44 ) angeordnet sind. 14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that a plurality of optical elements (18), in particular as an array (42) are arranged in preferably mutually orthogonal columns and rows, in particular mono lithisch on a common carrier body (44).
  15. 15. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für die optische Rastermikroskopie, insbesondere für die laserangeregte Fluoreszenz rastermikroskopie. 15. Use of a device according to one of claims 1 to 14 for the optical-scanning microscopy, in particular for laser-excited fluorescence scanning microscopy.
  16. 16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für die Spektroskopie, insbesondere Lumineszenzspektroskopie wie Fluoreszenzkorre lationsspektroskopie, Ramanspektroskopie, Lichtstreuung, Absorptionsspektros kopie, insbesondere mit Ein- oder Mehrphotonenanregung. 16. Use of a device according to one of claims 1 to 14 for spectroscopy, luminescence spectroscopy, in particular as Fluoreszenzkorre lationsspektroskopie, Raman spectroscopy, light scattering, Absorptionsspektros copy, especially with single or multi-photon excitation.
  17. 17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in der Medizintechnik, insbesondere in der Endoskopie. 17. Use of a device according to one of claims 1 to 14 in medical technology, in particular in endoscopy.
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