DE9110926U1 - Blitzlicht-Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop - Google Patents
Blitzlicht-Beleuchtungseinrichtung für ein MikroskopInfo
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Description
EUROPEAN PATENT ATTORNEY BRiENNER STRASSE 52 TELEOKAMM SOMBEZ
MANDATAIRESENBREVETSEUROPEENS D-8OOO MÜNCHEN 2 fax (089) 52 68
13164 Dr.v.B/Ri/R12 3.09.1991
Max-Planck-Gesellschaft
zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Bunsenstraße 10
3400 Göttingen
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Beleuchtungseinrichtung
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Es ist bekannt, bei mikrobiologischen Untersuchungen photoaktivierbare
Substanzen, insbesondere sogenannte "caged compounds" (z. B. Ca [Nitr-5, DM-Nitrophen, Diazo-2], cAMP,
cGMP, IP-,, usw.) zu verwenden. Um diese Substanzen in ihre
biologisch wirksame Form überzuführen ist eine Beleuchtung mit einem energiereichen UV-Blitz erforderlich.
Man hat bisher zu diesem Zweck eine direkt beim Mikroskop angeordnete Blitzlicht-Beleuchtungseinrichtung verwendet, die
einen am Mikroskopobjektiv vorbei schräg auf das Präparat fallenden Blitzlichtstrahl liefert. Dies hat verschiedene
Nachteile: Erstens wird der Raum am Mikroskop durch die relativ voluminöse Blitzlampen-Beleuchtungseinheit unerwünscht
eingeschränkt. Da das Licht schräg auf das sich gewöhnlich in einer Perfussionsflüssigkeit befindliche Präparat fällt und
der Einfallswinkel nahe am Winkel für die Totalreflexion
liegt, ist die geringe Lichtausbeute bei einem aufrechten Mikroskop mit Auflichtbeleuchtung unbefriedigend. Häufig
sollen gleichzeitig mit der Calciumbestimmung durch die photoaktivierbaren Substanzen auch elektrische Ableitungen von
Zellen durchgeführt werden, wobei dann jedoch Störungen durch ein Übersprechen von der Blitzeinheit auf die relativ
empfindliche Meßelektronik für die Erfassung der abgeleiteten elektrischen Signale eintritt. Eine direkte Einstrahlung des
UV-Blitzes mittels einer Quarz-Lichtleitfaser, deren Lichtaustrittsende
nahe am Präparat angeordnet ist, hätte den Nachteil, daß der Blitzfleck auf dem Präparat wegen der hohen
numerischen Apertur von UV-durchlässigen Quarzfasern unerwünscht groß ist und außerdem ein ständiges Nachjustieren
notwendig ist.
Fluoreszenzmikroskope enthalten gewöhnlich einen dichroischen Spiegel zum Reflektieren von Beleuchtungslicht in dem Mikroskopstrahlengang,
das kurzwelliger ist als das vom untersuchten Objekt ausgehende Meßlicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Blitzlicht-Beleuchtungseinrichtung anzugeben,
welche den Platz am Mikroskop nicht wesentlich einschränkt und eine hohe Beleuchtungsstärke am Präparat sowie eine gezielte
Beleuchtung des Präparats gestattet.
Diese Aufgabe wird bei einer Blitzlicht-Beleuchtungseinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen
und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen
.
Durch die vorliegende Beleuchtungseinrichtung wird eine hohe Lichtausbeute und damit eine hohe Beleuchtungsstärke erreicht.
Ort und Größe des beleuchteten Bereiches läßt sich bei vor-
teilhaften Ausführungsformen der Erfindung einfach einstellen.
Der Platz am Mikroskop, bei dem es sich vorzugsweise um ein aufrechtes Mikroskop handelt, wird nicht wesentlich eingeschränkt.
Die Notwendigkeit von Nachjustierungen der Beleuchtungseinrichtung entfällt.
Die vorliegende Beleuchtungseinrichtung läßt sich mit Vorteil für biologische Untersuchungen verwenden, z.B. zur selektiven
Freisetzung von caged compounds in bestimmten Bereichen einer Nervenzelle, z.B. einem Dendritenast. Gleichzeitig durchgeführte
Potentialableitungen und ortsselektive Calciumbestimmungen lassen sich ohne Störungen durchführen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Beleuchtungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Lichtquelleneinheit für die vorliegende
Beleuchtungseinrichtung und
Figur 2 eine Lichteinkopplungseinheit, welche einem nur teilweise dargestellten Mikroskop zugeordnet ist.
Figur 2 eine Lichteinkopplungseinheit, welche einem nur teilweise dargestellten Mikroskop zugeordnet ist.
Die in der Zeichnung dargestellte bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ermöglicht sowohl die Aktivierung von photoaktivierbaren Verbindungen,
wie Käfig-Verbindungen, durch energiereiche UV-Strahlungsblitze als auch gleichzeitig eine bildmäßige Erfassung der
Calciumionenkonzentration im Präparat mit hoher zeitlicher Auflösung und gewünschtenfalls gleichzeitige elektrische
Potentialmessungen am Präparat. Um dies zu ermöglichen sind der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung
mindestens zwei Lichtquelleneinheiten 10 (Figur 1), die jeweils über einen flexiblen Lichtwellenleiter 16 mit
einer Einkopplungseinheit 12 (Figur 2) optisch gekoppelt sind, die einem nur schematisch dargstellten Mikroskop 14 zugeordnet
ist und den wesentlicheren Teil der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Lichtquelleneinheit für die Blitzlichtbeleuchtung und die
Lichtquelleneinheiten für die Beleuchtung des Präparats mit sichtbarer oder UV-Strahlung zur Fluoreszenzanregung von
Calciumindikatoren sollen alle unter Bezugnahme auf Figur 1 erläutert werden. Generell enthält jede Lichtquelleneinheit
ein handelsübliches Lampengehäuse 18, in dem sich eine Lichtquelle 20 und ein zugehöriges optisches System 24 befinden.
Ferner enthält jede Lichtquelleneinheit 10 einen Adapter 32 mit einer Linse zum Fokussieren der Strahlung der Lichtquelle
20 in ein Lichteintrittsende 16a eines zugehörigen Lichtwellenleiters 16, der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus
einer Quarz-Monofaser mit einem Durchmesser von 1,2 mm besteht. Das Lichteintrittsende 16a des Lichtwellenleiters 16 ist
mittels einer x-y-Verstelleinheit 34a, die zu einer optischen Bank 34 gehört, in Querrichtung zum Strahlengang sowie längs
des Strahlenganges verstellbar gehaltert.
Die Lichtquelleneinheit für die Blitzlichtbeleuchtung enthält als Lichtquelle 20 eine Xenon-Blitzröhre, die mit einem nicht
dargestellten Versorgungsteil üblicher Bauart gekoppelt ist. Das optische System, das in Fig. 1 nur schematisch dargestellt
ist, enthält in diesem Fall einen Quarzkondensor, ein UV-Filter und ein Quarzobjektiv. Zwischen dem Lampengehäuse 18
und dem Adapter 32 kann ein Lichtverschluß 28 vorgesehen sein.
Bei den Lichtquelleneinheiten für die Fluoreszenzbeleuchtung besteht die Lichtquelle 20 aus einer Xenon-Hochdrucklampe,
hinter der ein konkaver Spiegel 22 angeordnet ist. Das optische System 24 ist ein Quarzkondensor. Im Strahlengang vor dem
Adapter 32 kann ein optisches Filter (nicht dargestellt) vorgesehen sein und bei der Beleuchtungseinrichtung für UV-Anregung
ist ferner noch ein Filterwechsler 30 vorgesehen, der beispielsweise ein motorgetriebenes Filterrad enthalten kann,
in dem Filter mit unterschiedlichem Transmissionsbereich angeordnet sind, die beim Drehen des Filterrades in schnellem
Wechsel nacheinander in den Beleuchtungsstrahlengang eingeschaltet werden.
Die in Figur 2 dargestellte Einkopplungseinheit 12 ist lichteingangsseitig
mit zwei Faserlichtleitern 16s und 16u gekoppelt. Der Faserlichtleiter 16s führt zu einer Fluoreszenzbeleuchtungseinheit
10, welche Licht im Spektralbereich zwischen 400 nm und z.B. 520 nm zur Fluoreszenzanregung eines auf sichtbares
Licht reagierenden Calciumionenindikators, z.B. Fluo-3, das
mit Licht von 470 nm anregbar ist, dient. Das Lichtaustrittsende des Lichtleiters 16s ist in einer x-y-Verstel!vorrichtung
36aa gelagert, welche zu einer optischen Bank 36a gehört und das Lichtaustrittsende 16sa in Querrichtung zum Strahlengang
und längs des Strahlenganges zu verstellen gestattet. Die optische Bank 36a enthält ferner längs des Strahlenganges eine
Linse 38a, eine Irisblende 40a, die als Gesichtsfeldblende wirkt, sowie einen Filterhalter 42a. Der Strahlengang des
sichtbaren Lichtes geht dann durch einen dichroischen Spiegel 43, der Strahlung mit einer Wellenlänge über 400 nm durchläßt,
Strahlung mit einer Wellenlänge unter 400 nm jedoch reflektiert. Der Strahlengang des sichtbaren Lichts geht dann durch einen
Adapter 44, der eine Linse enthält und das sichtbare Licht wird dann durch einen im Mikroskopstrahlengang 48 angeordneten
teildurchlässigen Spiegel 46, insbesondere einen dichroischen Spiegel, der Licht mit einer Wellenlänge unter 520 nm reflektiert
und längerwelliges Licht durchläßt, durch eine Telan-Linse 52 und das Mikroskopobjektiv 54 auf das Präparat reflektiert.
Der an die oben beschriebene Blitzlampen-Beleuchtungseinheit angeschlossene Lichtwellenleiter 16u, bei dem es sich ebenfalls
um eine Quarz-Monofaser der oben angegebenen Art handeln kann, ist mit seinem Lichtaustrittsende 16ua in einer x-y-Verstellvorrichtung
36b gehaltert, auf die eine Linse 38b sowie eine Irisblende 40b und ein Filterhalter 42b folgen, die
wie die entsprechenden Elemente im Strahlengang des sichtbaren Lichts auf einer optischen Bank 36b gehaltert sind. Der
Strahlengang des UV-Lichts fällt dann auf den dichroischen Spiegel 43 und wird von diesem durch die Adapterlinse 44
reflektiert und folgt dann dem oben beschriebenen Strahlengang
des sichtbaren Lichts, d.h. er wird vom teildurchlässigen Spiegel 46 durch die Telan-Linse 52 und das Mikroskop-Objektiv
54 auf das Präparat gelenkt. Das vom Präparat ausgehende Licht gelangt durch das Mikroskopobjektiv 54, die Telan-Linse 52 und
durch den teildurchlässigen Spiegel 46 hindurch zu einem Bilderfassungssystem
50, das eine mit einem elektronischen Bildverarbeitungssystem verbundene elektronische Kamera oder ein
Okular enthalten kann.
Um die elektronische Kamera gegen Überlastung durch reflektiertes Blitzlicht zu schützen, ist im Strahlengang
zwischen dem teildurchlässigen Spiegel 46 und der Bilderfassungseinrichtung
50 ein schnell arbeitender Verschluß vorgesehen, der in nicht dargestellter Weise mit der Stromversorgung
für die Blitzlampe synchronisiert sein kann und für die Dauer eines Blitzes kurzzeitig geschlossen wird.
Da die Lichtquelleneinheiten wegen der Lichtwellenleiter in genügendem Abstand vom Mikroskop 14 angeordnet werden können,
sind keine Störungen durch mechanische Erschütterungen oder elektrische Störimpulse zu befürchten. Es können daher auch
Potentialmessungen mit feinen Elektroden 56, die nur schematisch dargestellt sind, gleichzeitig mit einer bildmäßigen
Erfassung der Calciumionenkonzentration in Echtzeit durchgeführt werden.
Wenn man nicht mit blitzlichtaktivierten Substanzen und einem Calcium-Indikator, der mit sichtbarem Licht aktivierbar ist,
arbeiten will, sondern mit einem UV-aktivierbaren Calcium-Indikator, wie Fura-2, wird der Lichtwellenleiter 16u eingangsseitig
an eine für UV-Strahlung ausgelegte Fluoreszenzbeleuchtungseinheit 10 der oben beschriebenen Art angeschlossen,
deren Filterwechsler entsprechende UV-Filter enthält.
Claims (8)
1. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (14), das einen teildurchlässigen, insbesondere dichroischen Mikroskop-Spiegel
(46) zum Reflektieren von Beleuchtungslicht von einer äußeren Beleuchtungseinheit in einen Mikroskopstrahlengang (48)
enthält, dadurch gekennzeichnet daß die Beleuchtungseinheit
- eine Einkopplungseinheit (12) mit einem ersten Strahlengang, der von einem Lichtausgangsende (16sa) eines ersten Lichtwellenleiters
(16s) durch einen teildurchlässigen Einkoppel-Spiegel (43) hindurch und eine Adapteroptik (44) zum
Mikroskop-Spiegel (46) führt, ferner mit einem zweiten Strahlengang, der von einem Lichtausgangsende (16ua) eines
zweiten Lichtwellenleiters (16u) über den in Reflexion arbeitenden teildurchlässigen Einkoppel-Spiegel (43) und
die Adapteroptik (44) zum Mikroskop-Spiegel (46) führt,
- eine erste Lichtquelleneinheit, die optisch mit einem Lichteintrittsende
(16a) des ersten Lichtwellenleiters (16s) gekoppelt ist, und
- eine zweite Lichtquelleneinheit für
Blitzlicht, die optisch mit einem Lichteingangsende des zweiten Lichtwellenleiters (16u) gekoppelt ist, enthält.
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der teildurchlässige Einkoppelspiegel (43) ein
dichroischer Spiegel ist; daß die erste Lichtquelleneinheit eine Lichtquelle für relativ langwelliges Licht, das vom
dichroischen Einkoppelspiegel durchgelassen wird, enthält und daß die zweite Lichtquelleneinheit eine Lichtquelle für
relativ kurzwelliges Licht, das vom dichroischen Einkoppelspiegel reflektiert wird, enthält.
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Mikroskop-Spiegel ein für die Reflexion von
Licht mit einer Wellenlänge unter etwa 520 nm ausgelegter dichroischer Spiegel ist und daß der Einkoppel-Spiegel (43)
ein für eine Reflexion von Licht mit einer Wellenlänge unter etwa 400 nm ausgelegter dichroischer Spiegel ist.
4. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtquelleneinheit
eine Blitzlampe enthält.
5. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtquelleneinheit zwischen der Lichtquelle (20) und dem Lichteintrittsende (16a)
des ersten Lichtwellenleiters (16s) einen Filterwechsler (30) und eine Einkoppeloptik (32) enthält.
6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppeleinheit im ersten
Strahlengang zwischen dem Lichtaustrittsende (16sa) des ersten Lichtwellenleiters (16s) und dem Einkoppel-Spiegel (43)
eine optische Blende, insbesondere eine Irisblende enthält.
7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahlengang zwischen
dem Lichtaustrittsende (16ua) des zweiten Lichtwellenleiters (16u) und dem Einkoppelspiegel (43) eine optische Blende
(40b), insbesondere eine Irisblende enthält.
8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende quer zum zugehörigen
Strahlengang verstellbar gelagert ist.
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ID=6870890
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