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Die Erfindung bezieht sich auf Mikroskop zum Betrachten eines Objektes wahlweise im Hellfeld-Durchlicht-Kontrastverfahren oder im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrastverfahren.
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Bei Mikroskopen, insbesondere bei Lichtmikroskopen zum Betrachten von Objekten im Hellfeld-Durchlicht-Kontrastverfahren ist ein Mikroskopstrahlengang von einer Hellfeldlichtquelle durch das Objekt und durch das Mikroskopobjektiv hindurch in den Mikroskoptubus gerichtet.
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Mikroskope, die darüber hinaus zum Betrachten des Objektes im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrastverfahren ausgebildet sind, weisen außerdem eine Fluoreszenzeinrichtung auf, die im Wesentlichen aus folgenden Komponenten besteht:
- – einer multispektral emittierenden Lichtquelle, z.B. einer Bogenlampe HBO mit Linienspektrum, oder
- – einer Bogenlampe XBO mit kontinuierlichem Spektrum, oder
- – einer schmalbandig emittierenden Lichtquelle, z.B. einer LED (Light Emitting Diode), und
- – optischen Elementen zur Abbildung der Lichtquelle in das Objekt,
- – Anregungsfiltern zur Farbselektion bei der Beleuchtung,
- – einem Strahlteiler, und
- – Emissionsfiltern zur Farbselektion bei der Abbildung des Objektes.
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Meist ist die Lichtquelle außerhalb des Mikroskopaufbaus angebracht und über einen Leuchtenanschluss angekoppelt. Ein Satz Anregungsfilter ist in einer mechanischen Wechseleinrichtung angeordnet, etwa einem Revolver oder einem quer zur optischen Achse verlaufenden Schieber, so daß die Anregungsfilter in Abhängigkeit von ihren optischen Eigenschaften und in Abhängigkeit von den Objekteigenschaften in den Auflichtstrahlengang gestellt werden können. Ebenso ein Satz Emissionsfilter.
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Im Fall einer Bogenlampe als Lichtquelle ist zum Unterbrechen des Beleuchtungslichtes ein Shutter vorhanden. Bei Verwendung einer LED als Lichtquelle kann das Beleuchtungslicht durch Ein- und Ausschalten der Betriebsspannung für die LED erfolgen.
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Das Umschalten des Mikroskops von der Betriebsweise im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrastverfahren zur Betriebsweise im Hellfeld-Durchlicht-Kontrastverfahren erfolgt beispielhaft, indem die Wechseleinrichtungen für die Filtersätze auf eine Leerposition gestellt werden, so daß das von einer Hellfeldlichtquelle kommende Beleuchtungslicht ungefiltert passieren kann. Zugleich wird der Shutter geschlossen oder die Betriebsspannung für die Fluoreszenzanregungslichtquelle unterbrochen und die Hellfeldlichtquelle eingeschaltet. Die Hellfeldlichtquelle kann dabei zugleich auf einen vorgegebenen Helligkeitswert eingestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Fluoreszenzeinrichtungen mit einer LED oder mehreren LED´s als Lichtquelle für die Fluoreszenz-Auflicht-Beleuchtung.
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In dieser Weise ausgeführte Mikroskope sind vor allem von zwei Herstellern bekannt.
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Das sind einmal Mikroskope der Firma "FRAEN CORPORATION S.r.l.; Via Stelvio, 12; 20019 Settimo Milanese – MI"
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Hier erfolgt das Umschalten zwischen Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast und Hellfeld-Durchlicht-Kontrast durch das Ein- bzw. Ausschieben eines Spiegels in den Strahlengang, wodurch bei eingeschobenem Spiegel das Objekt von einer LED im Fluoreszenz-Auflicht und bei ausgeschobenem Spiegel von einer Hellfeldlichtquelle im Hellfeld-Durchlicht beleuchtet wird. Zugleich mit der Bewegung des Spiegels muß das Ein- und Ausschalten der LED und das Hin- und Herschieben eines Filterschiebers erfolgen, um zwischen einer Filter- und einer Leerposition zu wechseln. Die Fluoreszenzeinrichtung ist zum Nachrüsten für Lichtmikroskope ausgebildet, die an und für sich im Durchlicht-Verfahren zu betreiben und manuell zu bedienen sind. Nachteiligerweise ist diese Nachrüstung verhältnismäßig umständlich. Hinzu kommt, daß zum Umschalten zwischen Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast und Hellfeld-Durchlicht-Kontrast jeweils vier Handgriffe notwendig sind.
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Bei den einschlägigen Mikroskopen des zweiten Herstellers, der Firma „EUROIMMUN AG, Seekamp 31, D-23560 Lübeck“ erfolgt die Auswahl der Betriebsart "Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast" durch das Einschieben eines Filtersatzes in den Auflichtstrahlengang bei gleichzeitigem Einschalten einer LED als Lichtquelle für die Fluoreszenzanregung.
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Zum Umschalten zwischen Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast und Hellfeld-Durchlicht-Kontrast sind hier jeweils drei Handgriffe notwendig. Nachteilig kommt hinzu, daß aufgrund einer mechanischen Trennung von fest eingebautem Filtersatz und fest eingebauter Lichtquelle die Möglichkeit der kundenseitigen Auswahl verschiedener Fluoreszenzwellenlängen fehlt.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Mikroskop der eingangs beschriebenen Art ein weniger zeitaufwendiges, dabei aber unter ergonomischem Gesichtspunkt verbessertes Umschalten zwischen Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast und Hellfeld-Durchlicht-Kontrast und umgekehrt zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für ein Mikroskop, bei dem während des Hellfeld-Durchlicht-Kontrastverfahrens ein von einer Hellfeldlichtquelle ausgehender Beleuchtungsstrahlengang zum Objekt und ein Abbildungsstrahlengang vom Objekt durch das Mikroskopobjektiv hindurch in den Mikroskoptubus gerichtet ist, dadurch gelöst, daß
- – eine Fluoreszenzanregungslichtquelle, eine Beleuchtungsoptik, ein Filtersatz, der mindestens einen Anregungsfilter und einen Emissionsfilter umfaßt, sowie ein Strahlteiler zu einer Fluoreszenzbaugruppe zusammengefaßt sind, und
- – die Fluoreszenzbaugruppe beweglich gelagert ist, wobei
- – in einer ersten Bewegungsendlage sich der Strahlteiler und der Emissionsfilter außerhalb des Abbildungsstrahlengangs des Mikroskops und in einer zweiten Bewegungsendlage im Abbildungsstrahlengang zwischen dem Mikroskopobjektiv und dem Mikroskoptubus befinden.
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Die zweite Bewegungsendlage entspricht der Arbeitsposition der Fluoreszenzbaugruppe. In dieser Position ist die Betrachtung des Objektes im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast möglich. Dazu ist die Hellfeldlichtquelle ausgeschaltet und die Fluoreszenzanregungslichtquelle eingeschaltet, die Fluoreszenzanregungsstrahlung ist auf die Teilerschicht des Strahlteilers und von dort auf das Objekt gerichtet, und die von vom Objekt kommende Fluoreszenzemissionsstrahlung gelangt durch das Mikroskopobjektiv und die Teilerschicht und den Emissionsfilter hindurch in den Mikroskoptubus.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Erreichen der zweiten Bewegungsendlage mit der Betätigung eines Umschalters zum Ausschalten der Hellfeldlichtquelle und zum Einschalten der Fluoreszenzanregungslichtquelle verbunden.
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Alternativ kann das Erreichen der zweiten Bewegungsendlage mit der Betätigung eines separaten Ausschalters für die Hellfeldlichtquelle und eines separaten Einschalters für die Fluoreszenzanregungslichtquelle verbunden sein, und das Erreichen der ersten Bewegungsendlage mit der Betätigung eines separaten Ausschalters für die Fluoreszenzanregungslichtquelle und eines separaten Einschalters für die Hellfeldlichtquelle.
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Denkbar ist es weiterhin und liegt im Rahmen der Erfindung, wenn im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Bewegungsendlage ein Schalter zum Ausschalten der Fluoreszenzanregungslichtquelle und auch der Hellfeldlichtquelle vorgesehen ist. An der Position des Schalters sollte sich vorteilhaft eine Raststellung für die Fluoreszenzbaugruppe befinden, die zur Hemmung einer manuell ausgelösten Verschiebebewegung in dieser Position ausgebildet ist. Wird die Raststellung zu der einen oder anderen Bewegungsendlage hin verlassen, erfolgt bei Erreichen der jeweiligen Bewegungsendlage das Einschalten der dieser zugeordneten Lichtquelle.
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Bevorzugt ist die Fluoreszenzbaugruppe in einer Geradführung gelagert, und es ist eine manuelle Verschiebung vorgesehen. Zu diesem Zweck kann die Fluoreszenzbaugruppe mit einem Griffelement ausgestattet sein.
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Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, daß die Fluoreszenzbaugruppe mit einem elektro-motorischen Antrieb zu ihrer Verschiebung von der einen in die andere Bewegungsendlage gekoppelt ist. In dieser Variante können die den Bewegungsendlagen zugeordneten Schalter und der gegebenenfalls zwischen den beiden Bewegungsendlagen vorhandene Ausschalter mit einer Ansteuerschaltung verbunden sein, die mit dem elektro-motorischen Antrieb gekoppelt ist, und durch welche die bereits beschriebenen Schalt- und Bewegungsvorgänge veranlasst werden.
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In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Mikroskops sind mehrere Fluoreszenzbaugruppen verschiebbar auf einer Geradführung so angeordnet, daß sie einzeln in ihre Arbeitsposition gebracht werden können, wie untenstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert wird.
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Als Fluoreszenzanregungslichtquelle kann beispielsweise eine LED und als Hellfeldlichtquelle eine Weißlichtquelle, zum Beispiel eine Weißlicht-LED, vorgesehen sein.
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Der Vorteil der vorbeschriebenen Erfindung besteht vor allem darin, daß die Prozeßergonomie im Vergleich zum Stand der Technik verbessert und der Durchsatz von Objekten je Beobachter und Mikroskop erheblich erhöht wird. Potentielle Fehlerquellen bei der Bedienung sind weitestgehend ausgeschlossen.
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Aufgrund des modularen Aufbaus der Fluoreszenzbaugruppe ist in einfacher Weise eine Nachrüstung bei Lichtmikroskopen möglich.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Fluoreszenzbaugruppe und deren Einordnung in den Mikroskopstrahlengang während der Betrachtung einer Probe im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast in einer Seitenansicht,
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2 die Position der Fluoreszenzbaugruppe in einer Draufsicht während der Betrachtung eines Objektes im Hellfeld-Durchlicht-Kontrast,
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3 die Position der Fluoreszenzbaugruppe in einer Draufsicht während der Betrachtung eines Objektes im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast,
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4 ein Beispiel für die Schaltzustände der Lichtquellen während der Betrachtung eines Objektes im Hellfeld-Durchlicht-Kontrast,
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5 ein Beispiel für die Schaltzustände der Lichtquellen während der Betrachtung eines Objektes im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast,
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6 eine Prinzipdarstellung der Erfindung in einer Ausgestaltungsvariante mit mehreren Fluoreszenzbaugruppen in einer Draufsicht während der Betrachtung eines Objektes im Hellfeld-Durchlicht-Kontrast,
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7 die Prinzipdarstellung der Erfindung in einer Ausgestaltungsvariante mit mehreren Fluoreszenzbaugruppen in einer Draufsicht während der Betrachtung eines Objektes im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast.
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In 1 sind die im Zusammenhang mit der Erfindungsbeschreibung wesentlichen Komponenten des Mikroskopstrahlengangs, nämlich das Mikroskopobjektiv 1 und der Mikroskoptubus 2, lediglich symbolisch dargestellt. Ebenso ein zu beobachtendes Objekt 3.
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Mittels der erfindungsgemäßen Fluoreszenzbaugruppe 4, die in 1 in einer Seitenansicht dargestellt ist, ist die Beobachtung des Objektes 3 im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast möglich. Dazu weist die Fluoreszenzbaugruppe 4 auf:
- – eine LED 5, die beispielsweise Licht um eine Wellenlänge von 470 nm abstrahlt,
- – einen Anregungsfilter 6, der in diesem Fall lediglich für Licht der Wellenlänge 450 nm bis 490 nm transparent ist,
- – eine Beleuchtungsoptik 7, die für die Beleuchtung des Objektes 3 mit dem von der LED 5 kommenden Licht sorgt,
- – einen Strahlteiler 8, dessen Teilerschicht die Anregungsstrahlung der Wellenlänge < 500 nm reflektiert und die Emissionsstrahlung der Wellenlänge > 500 nm transmittiert, und
- – einen Emissionsfilter 9, der nur die Emissionsstrahlung > 510 nm transmittiert.
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Die angegebenen Wellenlängen beziehen sich lediglich auf das hier gewählte Ausführungsbeispiel. So ist beispielsweise die Verwendung von LED´s 5 denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, die Licht mit anderen Wellenlängen im Bereich von 300 nm bis 900 nm abstrahlen. Dann sind die optischen Eigenschaften der Filter und der Teilerschicht entsprechend anzupassen.
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Befindet sich die Fluoreszenzbaugruppe 4 in der dargestellten Position relativ zum Mikroskopstrahlengang mit den Komponenten Mikroskopobjektiv 1 und Mikroskoptubus 2, und ist die LED 5 als Lichtquelle eingeschaltet, wird das Objekt 3 mit Licht der Wellenlänge um 470 nm beleuchtet. Besteht das Objekt 3 aus einer Substanz, die bei dieser Wellenlänge zur Fluoreszenz angeregt wird, oder ist das Objekt 3 von Partikeln einer solchen Substanz durchsetzt, so wird von dem Objekt 3 ausgehende Emissionsstrahlung, beispielsweise wie beschrieben Licht der Wellenlänge > 510 nm vom Mikroskopobjektiv 1 gesammelt und gelangt durch die Teilerschicht des Strahlteilers 8 und durch den Emissionsfilter 9 hindurch in den Mikroskoptubus 2, so daß das Objekt 3 durch den Mikroskoptubus 2 hindurch betrachtet werden kann.
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Der Emissionsfilter 9 befindet sich in dieser Position der Fluoreszenzbaugruppe 4 ebenso wie der Strahlteiler 8 im Abbildungsstrahlengang und ist zwischen dem Strahlteiler 8 und dem Mikroskoptubus 2 angeordnet.
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Die Fluoreszenzbaugruppe 4 ist erfindungsgemäß modular aufgebaut, das heißt sie bildet eine Baueinheit, welche die Komponenten LED 5, Anregungsfilter 6, Beleuchtungsoptik 7, Strahlteiler 8 und Emissionsfilter 9 umfaßt.
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Wird die Fluoreszenzbaugruppe 4 aus dem Mikroskopstrahlengang entfernt und wird eine dem Mikroskopobjektiv 2 in Bezug auf das Objekt 3 gegenüberliegende Lichtquelle, beispielsweise eine Hellfeldlichtquelle 10, eingeschaltet, so ist die Betrachtung des Objektes 3 im Hellfeld-Durchlicht-Kontrast möglich.
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Um einen solchen Wechsel zwischen dem Fluoreszenz-Auflicht-Kontrastverfahren und dem Hellfeld-Durchlicht-Kontrastverfahren in unkomplizierter und wenig zeitaufwendiger Weise vornehmen zu können, ist erfindungsgemäß die Fluoreszenzbaugruppe 4, wie in 2 im Prinzip angedeutet, in einer Geradführung 19 gelagert und in den Pfeilrichtungen X verschiebbar.
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Dabei ist die Verschiebeweite durch zwei Bewegungsendlagen begrenzt, wobei sich Strahlteiler 8 und Emissionsfilter 9 des Filtersatz in einer ersten Bewegungsendlage außerhalb des Abbildungsstrahlengangs und in einer zweiten Bewegungsendlage im Abbildungsstrahlengang zwischen dem Mikroskopobjektiv 1 und dem Mikroskoptubus 2 befindet.
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In 2 ist die Fluoreszenzbaugruppe 4 in einer Draufsicht in Richtung der optischen Achse 12 des Abbildungsstrahlengangs in der Position dargestellt, die sie in der ersten Bewegungsendlage einnimmt. Wie ersichtlich, befindet sich der Strahlteiler 8 und der Emissionsfilter 9 in dieser Bewegungsendlage außerhalb der hier beispielhaft kreisrund gewählten, die optische Achse 12 zentrisch umschließenden Querschnittsfläche 13 des Abbildungsstrahlengangs.
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Ist hierbei, wie oben bereits anhand 1 beschrieben, die Hellfeldlichtquelle 10 eingeschaltet, kann das Objekt 3 im Hellfeld-Durchlicht-Kontrast betrachtet werden.
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Um das Objekt 3 dagegen im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast beobachten zu können, ist es lediglich erforderlich, die Fluoreszenzbaugruppe 4 in die zweite Bewegungsendlage zu verschieben. Dies kann beispielsweise durch eine manuell auf ein Griffelement 18 ausgeübte geringe Vorschubkraft erreicht werden.
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Nach ihrer Verschiebung befindet sich die Fluoreszenzbaugruppe 4 in der in 3 gezeigten Position, also in ihrer zweiten Bewegungsendlage. Es ist erkennbar, daß der Strahlteiler 8 und der Emissionsfilter 9 nun die Querschnittsfläche 13 des Abbildungsstrahlengangs überdecken.
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Ist in dieser Konstellation, wie ebenfalls bereits anhand 1 beschrieben, die Hellfeldlichtquelle 10 aus- und die LED 5 eingeschaltet, kann das Objekt 3 im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast beobachtet werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung, die anhand 4 und 5 erläutert werden soll, ist das Erreichen der ersten Bewegungsendlage der Fluoreszenzbaugruppe 4 mit der Betätigung eines Umschalters 14 verbunden. Wird die erste Bewegungsendlage erreicht, schaltet der Umschalter 14 die Hellfeldlichtquelle 10 ein und die LED 5 aus. Beim Verlassen der ersten Bewegungsendlage schaltet der Umschalter 14 die Hellfeldlichtquelle 10 aus und die LED 5 ein.
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Diesbezüglich zeigen 4 beispielhaft die Fluoreszenzbaugruppe 4 in der ersten Bewegungsendlage, 5 die Fluoreszenzbaugruppe 4 in der zweiten Bewegungsendlage.
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Die angedeutete Stellung des Schaltkontaktes 15 im Umschalter 14 weist jeweils auf die eingeschaltete Lichtquelle hin. Das Ein- und Ausschalten wird dabei durch das Herstellen oder Unterbrechen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer Stromversorgungseinheit 16 und der jeweiligen Lichtquelle bewirkt, nämlich der Hellfeldlichtquelle 10 oder der LED 5.
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6 und 7 zeigen eine Prinzipdarstellung der Erfindung in einer Ausgestaltungsvariante mit mehreren Fluoreszenzbaugruppen, hier mit einer Fluoreszenzbaugruppe 4.1 und einer Fluoreszenzbaugruppe 4.2. Die Fluoreszenzbaugruppen 4.1, 4.2 sind bezüglich der Art ihrer Komponenten LED 5.1, 5.2; Anregungsfilter 6.1, 6.2; Beleuchtungsoptik 7.1, 7.2; Strahlteiler 8.1, 8.2 und Emissionsfilter 9.1, 9.2 im Wesentlichen baugleich ausgeführt. Sie unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Wellenlänge der Anregungsstrahlung, mit der das Objekt 3 beleuchtet wird.
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Die beiden Fluoreszenzbaugruppen 4.1 und 4.2 sind in einer Geradführung 20 gelagert, in der sie einzeln in den Pfeilrichtungen Y verschiebbar sind.
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In 6 ist beispielhaft die Möglichkeit der Beobachtung des Objektes 3 im Hellfeld-Durchlicht-Kontrast dargestellt. Es befinden sich beide Fluoreszenzbaugruppe 4.1, 4.2 in einer Verschiebeposition, in der keiner ihrer Strahlteiler 8.1 bzw. 8.2 und Emissionsfilter 9.1 bzw. 9.2 die Querschnittsfläche 13 des Abbildungsstrahlengangs überdeckt. Ist hierbei die Hellfeldlichtquelle 10 eingeschaltet, kann das Objekt 3 im Hellfeld-Durchlicht-Kontrast beobachtet werden.
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Aus dieser Situation heraus kann wahlweise die Fluoreszenzbaugruppe 4.1 oder 4.2 in den Pfeilrichtungen Y soweit verschoben werden, bis der Strahlteiler 8.1 bzw. 8.2 und der Emissionsfilter 9.1 bzw. 9.2 die Querschnittsfläche 13 des Abbildungsstrahlengangs überdecken, wie dies in 7 anhand der Fluoreszenzbaugruppe 4.1 gezeigt ist.
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Ist hierbei die Hellfeldlichtquelle 10 aus-, dagegen die LED 5.1 eingeschaltet, kann das Objekt 3 im Fluoreszenz-Auflicht-Kontrast beobachtet werden.
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Mit der Wahl der zu verschiebenden Fluoreszenzbaugruppen 4.1 oder 4.2 kann demzufolge in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der Filtersätze die Wellenlänge der Fluoreszenzanregungsstrahlung vorgewählt werden, mit der das Objekt 3 beleuchtet werden soll.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es, wenn die Fluoreszenzbaugruppen 4, 4.1, 4.1 und die Geradführungen 19, 20 entweder fest im Körper des Mikroskops enthalten oder in einem Zwischentubus 11, 17 angeordnet sind. Im letzteren Fall lässt sich die Einheit modular entnehmen und auch im Sinne einer Nachrüstung für das Mikroskop nachträglich vereinfacht anbauen.
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Weiterhin ist es auch möglich, mehr als zwei Fluoreszenzbaugruppen nebeneinander in der Geradführung unterzubringen. Hierbei ist sollten die Fluoreszenzbaugruppen bei der Verschiebung mechanisch voneinander entkoppelt sein.
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Außerdem ist es denkbar, die Fluoreszenzbaugruppen auf einem Revolver unterzubringen. Durch Rotation des Revolvers lassen sich die unterschiedlichen Fluoreszenzbaugruppen in den Abbildungsstrahlengang einbringen. Eine Leerposition im Revolver ist dann für die Hellfeldbeobachtung vorzuhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mikroskopobjektiv
- 2
- Mikroskoptubus
- 3
- Objekt
- 4, 4.1, 4.2
- Fluoreszenzbaugruppe
- 5, 5.1, 5.2
- LED
- 6, 6.1, 6.2
- Anregungsfilter
- 7, 7.1, 7.2
- Beleuchtungsoptik
- 8, 8.1, 8.2
- Strahlteiler
- 9
- Emissionsfilter
- 10
- Hellfeldlichtquelle
- 11
- Zwischentubus
- 12
- optische Achse
- 13
- Querschnittsfläche
- 14
- Umschalter
- 15
- Schaltkontakt
- 16
- Stromversorgungseinheit
- 17
- Zwischentubus
- 18
- Griffelement
- 19
- Geradführung
- 20
- Geradführung
- X, Y
- Pfeilrichtungen
