DE19914049C2

DE19914049C2 - Konfokales Laserscanmikroskop

Info

Publication number: DE19914049C2
Application number: DE1999114049
Authority: DE
Inventors: Johann Engelhardt; Joachim Bradl
Original assignee: Leica Microsystems Heidelberg GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 1999-03-27
Filing date: 1999-03-27
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2019-03-28
Also published as: DE19914049A1

Description

Die Erfindung betrifft ein konfokales Laserscanmikroskop, mit einem Laser, einem Detektor und zwei gegeneinander gerichteten, beiderseits der Objektebene angeordneten Objektiven mit einem gemeinsamen Fokus, wobei eine optische Vorrichtung zur Aufteilung des Laserlichts auf die beiden Objektive und zur Zusammenführung des von den beiden Objektiven kommenden Detektionslichts vorgesehen ist und dabei ein interferometrischer Beleuchtungsstrahlengang ausgebildet ist, und wobei den beiden Objektiven ein zwischen den beiden Objektiven anbringbarer Objekttisch zugeordnet ist.

Aus der DE 40 40 441 A1 ist ein gattungsbildendes Laserscanmikroskop bekannt, wobei es sich dabei im Konkreten um ein doppelkonfokales Rastermikroskop handelt, bei dem eine Strahlteilervorrichtung zur Aufspaltung des beleuchtenden Lichts in zwei kohärente Anteile vorgesehen ist. Das so aufgeteilte Licht dient zur Beleuchtung des Objekts durch die gegeneinander gerichteten Objektive. Die vom Objekt durch die gegeneinander gerichteten Objektive kommenden, zueinander kohärenten Lichtstrahlen werden mit einem als Strahlvereiniger wirkenden Strahlteiler zusammengeführt. Mit dem dort realisierten optischen Aufbau ist eine hohe Auflösung entlang der optischen Achse realisierbar, die jenseits der beugungsbegrenzten Abbildungsgrenze liegt.

Bei dem aus der DE 40 40 441 A1 bekannten Mikroskop handelt es sich um ein so genanntes "High-End"-Mikroskop, bei dem ein interferometrischer Strahlengang realisiert ist. Ein solches Mikroskop ist in der Konstruktion äußerst aufwendig und daher - bereits in der Grundausstattung - im Vergleich zu herkömmlichen Mikros kopen teuer. Darüber hinaus sind diese "High-End"-Mikroskope spezielle Aufbauten, die auf optischen Bänken einen ganz erheblichen Platzbedarf aufweisen und dementsprechend anfällig im Hinblick auf äußere Einflüsse sind. Vor allem aber ist für die dort vorgesehene "High-End"-Mikroskopie ein besonderes Mikroskop erforderlich, so dass diese hochauflösende Technologie den herkömmlichen Mikroskopen bislang nicht zugänglich gemacht worden ist.

Aus der DE 39 18 412 A1 ist für sich gesehen ein Rastermikroskop bekannt, bei dem zwei gegeneinander ausgerichtete und beiderseits der Objektebene angeordnete Objektive vorgesehen sind. Hierbei dient das eine Objektiv zur Beleuchtung und das andere Objektiv zur eigentlichen Objektabbildung. Weiterhin weist dieses Ra stermikroskop einen Auflichtmodus auf, bei dem das Objekt lediglich durch ein Mi kroskopobjektiv beleuchtet sowie abgebildet wird.

Aus der DE 196 29 725 A1 ist ein Doppelobjektiv-System für ein Mikroskop bekannt, insbesondere für ein Rastermikroskop. Dieses Doppelobjektiv-System weist keine beiderseits der Objektebene gegeneinander gerichtete Objektive auf, die einen gemeinsamen Fokus haben. Demgemäß ist es mit diesem Doppelobjektiv-System nicht möglich, einen interferometrischen Strahlengang für die Beleuchtung und/oder Detektion gemäß erfindungsgemäßer Lehre zu realisieren. Weiterhin ist der Objekttisch nicht in dem Doppelobjektiv-System integriert.

Wie auch bei dem aus der DE 39 18 412 A1 bekannten Rastermikroskop dient bei dem aus der DE 196 29 725 A1 bekannten Doppelobjektiv-System lediglich eines der beiden Objektive zur Beleuchtung des Objekts, das andere Objektiv dient zur Abbildung des Objekts. Dies bedeutet, dass eines der beiden Objektive des Dop pelobjektiv-Systems als Kondensor wirkt, der im Brockhaus, Naturwissenschaften und Technik, folgendermaßen definiert ist: "in optischen Geräten eine Linsen- oder Spiegelanordnung zwischen Lichtquelle und dem zu befeuchtenden Objekt". Ledig lich das zweite Objektiv wirkt sinngemäß als Objektiv, das ebenfalls im Brockhaus, Naturwissenschaften und Technik folgendermaßen definiert ist: "dem Objekt zuge wandtes abbildendes Element eines optischen Instruments. Bei der Abbildung wirft es vom Objekt in der Regel ein reelles umgekehrtes vergrößertes oder auch ver kleinertes Bild, das entweder in einer Auffangebene ausgewertet oder weiter ab gebildet wird".

Alternativ zu dem Betriebsmodus - das Objekt mit dem einen Objektiv zu beleuchten und mit dem anderen Objektiv abzubilden - ist bei dem aus der DE 196 29 725 A1 bekannten Doppelobjektiv-System vorgesehen, dass die beiden Strahlengänge in Bezug auf Beleuchtung und Beobachtung vertauscht werden können oder dass lediglich ein Strahlengang in konventioneller Weise als Beleuchtungs- und als Beob achtungsstrahlengang genutzt wird. Demgemäß handelt es sich bei dem aus der DE 196 29 725 A1 bekannten Doppelobjektiv-System um ein Kondensor-Objektiv- System und nicht etwa um ein Doppelobjektiv-System.

Schließlich ist aus der DE 195 30 136 C1 eine Vorrichtung zur Kompensation temperaturbedingter Ausdehnungen bekannt. Zur Abbildung des Objekts ist lediglich ein Objektiv vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus dem gat tungsbildenden Stand der Technik bekannte höchstauflösende Mikroskoptechnik bei herkömmlichen Mikroskopen, so beispielsweise bei konfokalen Laserscanmikrosko pen, realisieren zu können, insbesondere auch durch Nachrüsten.

Das beanspruchte, durch den Patentanspruch 1 beschriebene Laserscanmikroskop, das die zuvor aufgezeigte Aufgabe löst, ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Objektive zusammen mit der optischen Vorrichtung zur Aufteilung des Laser- und Zusammenführung des Detektionslichts innerhalb eines Gehäuses zu einer modularen Baugruppe zusammengefasst sind, dass der zwischen den beiden Objektiven anbringbare Objekttisch von außerhalb des Gehäuses her zugänglich und verstellbar ist und dass die Baugruppe eine Schnittstelle zum Ankoppeln an ein konventionelles Mikroskop anstelle eines herkömmlichen Objektivs oder Objektivrevolvers aufweist.

Erfindungsgemäß ist zunächst einmal erkannt worden, dass ein interferometrischer Aufbau, insbesondere der aus der DE 40 40 441 A1 bekannte Aufbau, prinzipiell in ein konventionelles Mikroskop bzw. Mikroskopstativ integriert werden kann. Somit kann man herkömmliche Mikroskope, insbesondere konfokale Laserscanmikroskope, nachträglich mit höchstauflösenden Mikroskoptechniken, wie sie beispielsweise aus der DE 40 40 441 A1 bekannt sind, ausstatten, ohne dabei den eigentlichen Charakter des herkömmlichen Mikroskops aufzugeben und eine aufwendige und teure Umrüstung durchführen zu müssen. Insbesondere ist erkannt worden, dass die Realisierung höchstauflösender Mikroskoptechniken an herkömmlichen Mikroskopen auch im Nachhinein möglich ist, nämlich dadurch, dass man die wesentlichen Bauteile, die für die höchstauflösende Mikroskoptechnik verantwortlich sind, zu einer nachrüstbaren Baugruppe zusammenfasst. Daher sind die Objektive, der Strahlteiler/Strahlvereiniger sowie der zwischen den Objektiven angeordnete Objekttisch zu einer modularen Baugruppe zusammengefasst. Diese Baugruppe weist eine Schnittstelle zum Ankoppeln an den Beleuchtungs- /Detektionsstrahlengang des Mikroskops auf. Die modulare Baugruppe ist - für sich gesehen - unabhängig handbar und kann mit ihrer Schnittstelle an das Mikroskop angekoppelt werden, wobei eine Ankopplung an den Beleuchtungs- /Detektionsstrahlengang unabdingbar ist. Hierdurch ist insbesondere in vorteilhafter Weise eine Nachrüstung/Aufrüstung bestehender Mikroskope möglich.

Des weiteren lässt sich die Baugruppe mit ihrer Schnittstelle an Stelle eines herkömmlichen Objektivs bzw. Objektivrevolvers in das Mikroskopstativ einbringen und dabei in das Mikroskop - in dessen Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengang - ankoppeln. Insoweit ist eine Umrüstung auf einfache Weise möglich, nämlich nach Entnahme des Objektivs bzw. des Objektivrevolvers, wodurch ein Ankoppeln der hier in Rede stehenden High-End-Baugruppe ebenfalls möglich ist.

Im Hinblick auf eine konkrete Ausgestaltung der die optischen Bauteile umfassenden Baugruppe sind die Bauteile der Baugruppe auf einer Grundplatte montiert. Zur Ver meidung einer temperaturabhängigen Veränderung des Strahlengangs ist es von besonderem Vorteil, wenn die Grundplatte aus einem Material mit geringem Wär meausdehnungskoeffizienten gefertigt ist. Insoweit kommen Materialien wie Invar oder Suprainvar in Frage. Diese Werkstoffe haben im Verlauf der hier auftretenden Temperaturen nahezu keine thermische Ausdehnung, so dass eine temperaturbe dingte Veränderung des Strahlengangs bzw. eine entsprechende Dejustage nahezu ausgeschlossen ist.

Im Hinblick auf eine besonders sichere Positionierung der optischen Baugruppe ist es von weiterem Vorteil, wenn die optischen Bauteile der Baugruppe - vorzugsweise auf der Grundplatte angeordnet - in einem Gehäuse angeordnet sind. Zur Vermei dung äusserer Einflüsse könnte das Gehäuse hermetisch abgedichtet sein. Auch eine thermische Isolation ist von Vorteil, um nämlich äussere Temperatureinflüsse auf den Justagezustand wirksam zu vermeiden.

Zur wirksamen Vermeidung einer Dejustage könnte man innerhalb des Gehäuses eine definierte Temperatur vorgeben, in derem Bereich der Strahlengang justiert ist. Zum Erhalt dieser Temperatur könnte die optische Baugruppe ein Bauteil mit defi nierter, zumindest weitgehend konstanter Wärmeabgabe umfassen. Das wärmeabgebende Bauteil müsste derart dimensioniert sein, dass es geeignet ist, die Bau gruppe auf einer konstanten Betriebstemperatur zu halten, und zwar unter Berück sichtigung der dort möglicherweise realisierten thermischen Isolation. Bei dem wär meabgebenden Bauteil könnte es sich um eine Laserlichtquelle, vorzugsweise um einen Diodenlaser, handeln.

Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung einer Dejustage aufgrund thermischer Aus dehnungen liegt darin, dass die optischen Bauteile der Baugruppe derart konstruiert und auf der Grundplatte - gegebenenfalls mittels besonderer Halter - montiert und angeordnet sind, dass sich temperaturbedingte Ausdehnungen gegenseitig kompen sieren und daher keinen Einfluss auf den optischen Justierzustand der Baugruppe haben. Dies lässt sich ganz besonders dann realisieren, wenn einzelne Bauteile der art konstruiert sind, dass sie ausschliesslich eine lineare Ausdehnung, d. h. eine Aus dehnung in einer Richtung, aufweisen. Durch entsprechende endseitige Halterungen und einander entgegengerichtete Ausdehnungen kann eine gegenseitige Kompen sation im Temperaturverlauf stattfinden, ohne dass sich der Strahlengang verändert. Auch durch diese Massnahme ist eine Dejustage zumindest weitgehend vermieden.

Die optische Baugruppe könnte neben den beiden einander entgegengerichteten Objektiven und dem Strahlteiler/Strahlvereiniger weitere optische Bauteile aufweisen. Ein weiteres Bauteil, welches in vorteilhafter Weise ebenfalls integraler Bestandteil der Baugruppe ist, ist der Objekttisch, der zwischen den Objektiven angeordnet ist. Bei an das Mikroskop angekoppelter Baugruppe bzw. bei angekoppeltem Gehäuse ist der Objekttisch horizontal ausgerichtet, so dass die zu untersuchenden Objekte in konventioneller Weise auf den Tisch auflegbar sind.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn der Objekttisch von aussen des Gehäuses zugänglich ist. Insoweit lässt sich der Objekttisch von ausserhalb bedienen, insbe sondere mit der zu untersuchenden Probe bestücken, ohne dass dazu ein Öffnen des Gehäuses erforderlich ist. Im Rahmen einer solchen Anordnung ist der Objekt tisch und das darauf liegende Objekt durch das Gehäuse geschützt.

Der Objekttisch könnte nicht nur von ausserhalb des Gehäuses mit einem Objekt belegt werden, sondern auch von ausserhalb des Gehäuses einstellbar bzw. verstellbar sein. Dazu könnte der Objekttisch motorangetrieben sein, wobei zur Betäti gung des Objekttisches ein Betätigungsorgan, vorzugsweise in Form eines Joysticks oder Trackballs, vorgesehen sein kann.

Die die optischen Bauteile enthaltende Baugruppe könnte des weiteren eine Optik zur Verlagerung der Pupille der in der Baugruppe verwendeten Objektive umfassen. Dadurch ist eine Anpassung an den durch die Baugruppe nunmehr erweiterten Strahlengang möglich. Die Optik zur Verlagerung der Pupille könnte durch eine virtu elle Abbildung oder durch eine reelle Zwischenabbildung realisiert sein. Im Konkreten könnte die Verlagerung der Pupille durch eine im Beleuchtungs- /Detektionsstrahlengang nahe der Einkopplungsstelle angeordnete Optik realisiert sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Verlagerung der Pupille durch den Austausch der Tubuslinse des Mikroskops realisiert ist. Wesentlich ist insoweit, dass eine Verla gerung der Pupille zur Anpassung nach Einbringung der Baugruppe in das Mikroskopstativ an Stelle des Objektivrevolvers möglich ist, nämlich eine Anpassung der Lage der Pupille der Objektive, da die Objektive in der Baugruppe, beispiels weise in einem Interferometermodul, weiter vom Mikroskopstativ entfernt sind als das im konventionellen Betriebsmodus mit Objektivrevolver der Fall ist. Ein Austausch der Tubuslinse, die auf einem geeigneten Linsenrad angeordnet sein könnte, ist grundsätzlich denkbar.

Die Baugruppe könnte des weiteren einen im Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengang angeordneten Spiegel zur Umlenkung des Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengangs umfassen. Durch Verwendung eines solchen Spiegels und durch die damit erreichte Umlenkung des Strahlengangs lässt sich eine kompakte Bauweise der Baugruppe realisieren.

Zwischen der Einkopplungsstelle und dem Strahlteiler, vorzugsweise zwischen der Einkopplungsstelle und dem voranstehend genannten Spiegel, könnte im Beleuch tungs-/Detektionsstrahlengang ein Shutter angeordnet sein, nämlich zum Ausblen den des Strahls oder zumindest eines Teilstrahls.

Unmittelbar den beiden Objektiven vorgeordnet könnte dann ebenfalls wieder ein Spiegel zur Umlenkung des Beleuchtungs-/Detektionslichts vorgesehen sein. Diese beiden Spiegel dienen ebenfalls zur Realisierung einer kompakten Bauweise der ge samten Baugruppe, wodurch sich die Grösse des erforderlichen Gehäuses reduzie ren lässt. Im Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengang zwischen dem Strahlteiler und dem Spiegel kann dann wiederum ein Shutter vorgesehen sein, der ebenfalls zum Ausblenden bzw. Teilausblenden des Lichtstrahls dient, und zwar je nach den Erfor dernissen der konkreten Anwendung.

Des weiteren ist es denkbar, dass die Baugruppe optische Bauteile zur Beeinflus sung von Interferenzerscheinungen, insbesondere zum Phasenabgleich, umfasst, nämlich um einen interferometrischen Strahlengang zu realisieren. Dazu könnten ganz besondere Interferometer integriert sein, so beispielsweise Sagnac-, Michel son-, Twyman-Green- oder Mach-Zehnder-Interferometer, die sich zur Bildung eines interferometrischen Strahlengangs ganz besonders eignen. Des weiteren könnte die Baugruppe optische Bauteile zum Betrieb der 4Pi-, SWFM-, I²M-, I³M-, I⁵M-Mikro skoptechnologie umfassen, wobei es sich dabei um eine äusserst komplizierte "High- End"-Mikroskoptechnologie unter Verwendung unterschiedlichster Mikroskopmetho den handelt. Für all diese Methoden ist wesentlich, dass mit gegeneinander gerich teten Objektiven gearbeitet wird.

In weiter vorteilhafter Weise lassen sich die wesentlichen optischen Bauteile der Baugruppe zwecks Justage positionieren, nämlich durch den Bauteilen zugeordnete Aktoren. Diese Aktoren könnten über Steuereinheiten ansteuerbar sein, wobei die Steuereinheiten ausserhalb der Baugruppe oder innerhalb der Baugruppe - in diese integriert - vorgesehen sein können. In besonders vorteilhafter Weise sind die Akto ren rechnergesteuert, so dass sich eine Justage mittels geeignetem Rechnerpro gramm durchführen lässt. Eine entsprechende Benutzerführung - zur Justage - ist denkbar.

Des weiteren könnten verschiedene Kenngrössen des Betriebszustandes der Bau gruppe mittels Detektoren detektierbar sein, wobei die Detektoren integrale Be standteile der Baugruppe sind. Dabei kann es sich um mechanische, elektronische und/oder optische Sensoren handeln, die sich zur Detektion der jeweiligen Kenn grössen - zur Ermittlung des Betriebszustandes der Baugruppe - besonders eignen. Hierdurch ist eine automatisierte Justage des Systems bzw. des Moduls möglich.

Wie bereits zuvor erwähnt, könnte die Baugruppe eine eigene Lichtquelle umfassen, wobei diese Lichtquelle gleichzeitig zur Temperierung der Baugruppe dienen kann. Diese Lichtquelle könnte darüber hinaus zur Generierung eines Hilfsstrahlengangs zur Justage der Bauteile dienen. Der Hilfsstrahlengang könnte dabei als interferome trischer Strahlengang generiert sein, wobei die Lichtquelle integraler Bestandteil der Baugruppe ist. Ebenso ist es denkbar, die Lichtquelle als externe Lichtquelle in die Baugruppe einzukoppeln, wobei dabei jede beliebige Lichtquelle - ungeachtet deren Grösse - in Frage kommt. Die Einkopplung mittels Lichtleitfaser ist denkbar.

Die Lichtquelle könnte als Festkörper-, Dioden- oder Gaslaser ausgeführt sein.

Schliesslich sei angemerkt, dass die Baugruppe eine Fluoreszenz-Auflicht-Einheit, einen Binokular-Tubus und/oder eine Schnittstelle zu einer konfokalen Einheit umfassen könnte. Weitere Ausgestaltungen unter Nutzung herkömmlicher Mikroskoptechniken sind denkbar.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol gende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbei spiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

die einzige Figur in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau der die optischen Bauteile enthaltenden optischen Baugruppe, die aufgrund ihrer modularen Bauweise an das lediglich angedeutete Mikroskop - nachträglich - ankoppelbar ist.

In der schematischen Darstellung der Figur ist der das herkömmliche Mikroskop 1 betreffende Bereich lediglich angedeutet. Dabei handelt es sich bei dem hier darge stellten Ausführungsbeispiel um ein konfokales Laserscanmikroskop. Dieses Laser scanmikroskop umfasst eine in der Figur nicht gezeigte Lichtquelle, einen ebenfalls in der Figur nicht gezeigten Detektor und mindestens zwei Objektive 2, wobei beidseits der Objektebene 3 je eines der Objektive 2 angeordnet ist. Die beiden Objektive 2 sind gegeneinander gerichtet und haben einen gemeinsamen Fokus.

Die Figur zeigt des weiteren, dass im Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengang 4 min destens ein Strahlteiler 5 zur Aufteilung des Beleuchtungslichts 6 auf die Objektive 2 und ein Strahlvereiniger 5 zur Zusammenführung des von den Objektiven 2 kom menden Detektionslichts 7 vorgesehen ist. Dabei sei angemerkt, dass es sich bei dem Strahlteiler und Strahlvereiniger 5 um ein einziges optisches Bauteil handeln kann, wie dies in der Figur gezeigt ist.

Die Objektive 2 und der Strahlteiler/Strahlvereiniger 5 sind zu einer modularen Baugruppe 8 zusammengefasst, wobei die Baugruppe 8 eine Schnittstelle 9 zum Ankoppeln an den Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengang 10 des Mikroskops 1 aufweist.

Bei dem erfindungsgemässen Mikroskop 1 ist der relativ komplizierte Teil des Interfe renzmikroskops, d. h. die die entsprechenden optischen Bauteile enthaltende Bau gruppe, modular ausgebildet, so dass die modulare Baugruppe 8 grundsätzlich an ein konventionelles Mikroskop ankoppelbar ist. Somit lässt sich ein im allgemeinen teures Forschungsmikroskop nicht nur für konventionelle Betriebsmodi verwenden, sondern auch für den höchstauflösenden Mikroskopbetrieb, nämlich durch Modifika tion mittels der ankoppelbaren modularen Baugruppe. Insoweit lassen sich konven tionelle Baugruppen eines Mikroskops auch für den höchstauflösenden Mikroskop- Modulbetrieb verwenden. So könnte die Beleuchtung mit einer dem Mikroskop be reits zugeordneten Hochdruckdampf-Lichtquelle realisiert werden. Auch ist es denk bar, die Suche des Objekts im konventionellen Fluoreszenz-Auflichtstrahlengang durchzuführen, um danach die Parameter des gesamten Mikroskopsystems für eine Datenaufnahme mit dem höchstauflösenden Modul einstellen zu können. Auch liesse sich der relevante Objektteil des zu untersuchenden Objekts aufnehmen bzw. begrenzen. Die modulare Baugruppe 8 kann für alle Mikroskopmethoden Verwendung finden, die zwei gegeneinander gerichtete Mikroskopobjektive nutzen. Hinsichtlich dieser Mikroskoptechnologien wird lediglich beispielhaft auf die EP 0 491 289 B1, US 4,621,911 und US 5,671,085 verwiesen. Insbesondere ist es mit diesem Modul möglich, das Objekt entweder mit dem Objektraster - oder mit dem Strahlscanverfahren zwei- bzw. dreidimensional aufzunehmen.

Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Mikroskops bzw. der dort in erfindungswesentlicher Hinsicht relevanten modularen Baugruppe 8 sind die optischen Bauteile auf einer Grundplatte 11 montiert. Diese Grundplatte 11 ist aus einem Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizien ten gefertigt. Im hier vorliegenden Falle handelt es sich bei dem Material der Grund platte 11 um Suprainvar.

Die modulare Baugruppe 8 bzw. die die optischen Bauteile aufweisende Grundplatte 11 ist in einem Gehäuse 12 angeordnet, wobei das Gehäuse 12 thermisch isoliert ist. Durch Nutzung der sich im Temperaturverlauf unwesentlich ausdehnenden Grund platte 11 und durch Vorkehrungen des Gehäuses 12 haben begrenzte Temperatur schwankungen im Umfeld des Mikroskops keinen störenden Einfluss auf den justierten Strahlengang der modularen Baugruppe 8 bzw. des dort realisierten Inter ferometers.

Zur weiteren Elimination des Einflusses von Temperaturschwankungen im Umfeld des Mikroskops ist es von Vorteil, wenn die optischen Bauteile mittels ganz besonde rer Halterungen befestigt bzw. positioniert sind und diese wiederum derart konstruiert und auf der Grundplatte 11 befestigt sind, dass sich Materialausdehnungen aufgrund von Temperaturschwankungen nahezu vollständig ausgleichen, so dass kein Ein fluss auf den optischen Justierzustand der Baugruppe 8 im Temperaturverlauf statt findet.

Wie bereits zuvor erwähnt, könnte das Gehäuse hermetisch - luftdicht - abgedichtet sein, so dass Luftströmungen im Umfeld des Mikroskops 1 keinen störenden Einfluss auf den Strahlengang des Interferometers haben. Insoweit dürfen innerhalb der Bau gruppe 8 keine Bauteile eingebaut und betrieben werden, die als Wärmequelle die Baugruppe 8 unregelmässig stark beheizen, zumal dadurch der interferometrische Strahlengang beeinflusst wird. Allerdings ist es von Vorteil, wenn beispielsweise ein Diodenlaser mit einer definierten, konstanten Wärmeabstrahlung als integraler Be standteil der Baugruppe 8 vorgesehen ist, da sich dieser zusätzlich temperaturstabilisierend auf die Baugruppe 8 auswirkt. Insoweit könnte die Baugruppe 8 samt dem zu untersuchenden Objekt 13 auf einer insoweit günstigen Betriebstemperatur ge halten werden, so beispielsweise auf 37°C für sogenannte in-vivo-Objekte.

Die Figur lässt des weiteren erkennen, dass ein modifizierter Objekttisch 14 vorge sehen ist. Der Objekttisch 14 erstreckt sich zwischen den beiden Objektiven 2 horizontal. Somit ist eine der Bedienungsperson vertraute Benutzungssituation reali siert, wie sie nämlich bei üblichen Mikroskopen gegeben ist. Der Objekttisch 14 ist zur Positionierung relativ zu den Objektiven 2 für den Bediener manuell oder motori siert von ausserhalb bedienbar. Als in der Figur nicht gezeigte Bedienelemente kommt ein Joystick oder ein Trackball in Frage, wodurch eine Motorsteuerung akti vierbar und steuerbar ist.

In der Figur ist des weiteren angedeutet, dass die Baugruppe 8 bzw. die die Bau gruppe 8 umfassenden optischen Bauteile - zumindest teilweise - mit Aktoren 15 ausgestattet sind, die zur Beeinflussung des Interferometers dienen. Die Aktoren 15 dienen zur Positionierung des Objekttisches 14 (die zur Betätigung des Objekttisches dienenden Aktoren sind in der Figur nicht gezeigt), der dort vorgesehenen Spiegel 16 und des Strahlteilers/Strahlvereinigers 5 im Beleuchtungs- /Detektionsstrahlengang 4, dessen optische Achse 17 - der Deutlichkeit halber - ebenfalls in der Figur angedeutet ist. Auch eine Betätigung der Objektive 2 ist mittels in der Figur nicht gezeigter Aktoren möglich.

Die Steuereinheiten der Aktoren 15 sind ausserhalb der Baugruppe 8 angeordnet, wobei die Ansteuerung der Aktoren 15 rechnergesteuert erfolgt.

Die in der Figur gezeigten Shutter 18 dienen zum Ausblenden des Lichtstrahls 19 oder zumindest eines Teilstrahls 20. Auch diese Shutter 18 sind der modularen Bau gruppe 8 zugeordnet.

Bei dem in der einzigen Figur gezeigten konkreten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Kombination eines höchstauflösenden 4Pi-Mikroskop-Moduls (modulare Baugruppe 8) mit einem konventionellen konfokalen Laserscanmikroskop (CLSM). Dabei ist die modulare Baugruppe in dem Gehäuse 12 anstelle des in der Figur nicht gezeigten Objektivrevolvers vorgesehen, wobei die modulare Baugruppe 8 mit Hilfe der kompatiblen Schnittstelle 9 in das Mikroskop 1 eingesetzt bzw. an das Mikroskopstativ angekoppelt ist. Somit ist eine Nutzung des Okulars im konventio nellen Mikroskopmodus insbesondere zur Objektfindung bzw. Objekteingrenzung von Vorteil. Mit der hier vorgeschlagenen Anordnung ist es des weiteren möglich, im konventionellen konfokalen Laserscanmikroskop ein zwei-/dreidimensionales Bild aufzunehmen.

Des weiteren zeigt die Figur schematisch die zur Pupillenverlagerung vorgesehene Optik 21 für die in der Baugruppe 8 verwendeten Objektive 2. Die Einbringung der Baugruppe 8 in das Mikroskopstativ an Stelle des dort sonst vorgesehenen Ob jektivrevolvers erfordert eine Anpassung der Lage der Pupille der Objektive 2, da diese in dem hier gezeigten Interferometermodul (modulare Baugruppe 8) weiter vom Mikroskopstativ entfernt sind als das im konventionellen Betriebsmodus mit Objektivrevolvern der Fall ist. Eine solche Pupillenverlagerung lässt sich durch eine reelle oder durch eine virtuelle Zwischenabbildung bewerkstelligen. Ebenso ist der Austausch der Tubuslinse möglich, die im Mikroskopstativ auf einem geeigneten Lin senrad angeordnet sein kann, welches in der Figur ebenfalls nicht gezeigt ist. Eine virtuelle Pupillenverlagerung liesse sich dadurch in vorteilhafter Weise durch den Austausch der Tubuslinse realisieren, ohne weiterreichende Massnahmen ergreifen zu müssen.

Bezugszeichenliste

1

Mikroskop (konventioneller Teil)

2

Objektive

3

Objektebene

4

Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengang (in der modularen Baugruppe)

5

Strahlteiler/Strahlvereiniger

6

Beleuchtungslicht

7

Detektionslicht

8

modulare Baugruppe

9

Schnittstelle zum Ankoppeln an das Mikroskop

10

Beleuchtungs-/Detektionsstrahlengang (des Mikroskops)

11

Grundplatte (für die optischen Bauteile der modularen Baugruppe)

12

Gehäuse (für die optischen Bauteile der modularen Baugruppe)

13

Objekt (Probe)

14

Objekttisch

15

Aktoren

16

Spiegel

17

optische Achse (des Beleuchtungs-/Detektions strahlengangs)

18

Shutter

19

Lichtstrahl

20

Teilstrahl

21

Optik (zur Pupillenverlagerung)

Claims

1. Konfokales Laserscanmikroskop, mit einem Laser, einem Detektor und zwei gegeneinander gerichteten, beiderseits der Objektebene (3) angeordneten Objektiven (2) mit einem gemeinsamen Fokus, wobei eine optische Vorrichtung (5) zur Aufteilung des Laserlichts (6) auf die beiden Objektive (2) und zur Zusammenführung des von den beiden Objektiven (2) kommenden Detektionslichts (7) vorgesehen ist und dabei ein interferometrischer Beleuchtungsstrahlengang ausgebildet ist, und wobei den beiden Objektiven (2) ein zwischen den beiden Objektiven (2) anbringbarer Objekttisch (14) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Objektive (2) zusammen mit der optischen Vorrichtung (5) zur Aufteilung des Laser- und Zusammenführung des Detektionslichts innerhalb eines Gehäuses (12) zu einer modularen Baugruppe (8) zusammengefasst sind, dass der zwischen den beiden Objektiven (2) anbringbare Objekttisch (14) von außerhalb des Gehäuses (12) her zugänglich und verstellbar ist und dass die Baugruppe (8) eine Schnittstelle (9) zum Ankoppeln an ein konventionelles Mikroskop (1) anstelle eines herkömmlichen Objektivs oder Objektivrevolvers aufweist.

2. Laserscanmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Bauteile der Baugruppe (8) auf einer Grundplatte (11) montiert sind, die aus einem Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt ist und vorzugsweise aus Invar, insbesondere aus Suprainvar besteht.

3. Laserscanmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (8) ein Bauteil mit definierter, konstanter Wärmeabgabe umfasst, das die Baugruppe (8) auf einer konstanten Betriebstemperatur hält, wobei es sich vorzugsweise um einen Diodenlaser handelt.

4. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Bauteile der Baugruppe (8) zur Aufrechterhaltung des optischen Justierzustandes vermittels besonderer Halter auf der Grundplatte (11) befestigt sind, innerhalb denen sich temperaturabhängige Ausdehnungen kompensieren.

5. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Objekttisch (14) motorangetrieben ist und die Betätigung vorzugsweise vermittels eines Joysticks oder eines Trackballs erfolgt.

6. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Pupille der beiden in der Baugruppe (8) verwendeten Objektive (2) vermittels einer geeigneten Optik an das Mikroskop anpassbar ist und vorzugsweise durch eine virtuelle Abbildung oder eine reelle Zwischenabbildung realisierbar ist, wobei insbesondere die Tubuslinie des Mikroskops (1) austauschbar ist.

7. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (8) mikroskopseitig einen Spiegel (16) sowie einen strahlunterbrechenden Shutter (18) umfasst.

8. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (8) optische Bauteile zum Phasenabgleich umfasst und interferometrische Untersuchungen oder die 4Pi-, SWFM-, I²M-, I³M-, I⁵M-Mikroskoptechnik ermöglicht.

9. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (8) und/oder ihre Bauteile vermittels Aktoren justierbar sind, die vorzugsweise rechnergesteuert ansteuerbar sind.

10. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (8) Detektoren umfasst, die vorzugsweise integraler Bestandteile der Baugruppe (8) sind.

11. Laserscanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Baugruppe (8) eine Lichtquelle vorgesehen ist, mit der zur Justierung der Bauteile ein Hilfsstrahlengang generierbar ist, der vorzugsweise als interferometrischer Strahlengang ausgebildet ist.

12. Laserscanmikroskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle integraler Bestandteil der Baugruppe (8) ist oder als externe Lichtquelle in die Baugruppe (8) einkoppelbar ist.